Un equipo de investigadores del Instituto de Ciencias Tecnológicas de la Universidad de Wuhan, en China, ha diseñado un prototipo de un motor de propulsión a chorro que emplea aire y electricidad para producir plasma a alta presión y temperatura. Escalado a dimensiones mayores, este motor podría impulsar un avión del tamaño de un jet, sin emplear combustibles fósiles y por lo tanto sin emisiones de carbono ni gases de efecto invernadero que fomenten el calentamiento global.
En los motores de propulsión que se utilizan en los aviones a reacción, se genera un chorro de gases hacia atrás, que, de acuerdo con la tercera ley de Newton, empuja el avión hacia delante. Para obtener estos gases, una turbina de aviación emplea una mezcla de combustibles fósiles que contaminan la atmósfera. La premisa de la que parte esta investigación es la sustitución de estos gases por plasma generando el mismo efecto de propulsión sin ningún tipo de emisiones.
Junto con el sólido, el líquido y el gaseoso, el plasma es el cuarto estado de agregación de la materia en el que una determinada proporción de sus partículas están cargadas eléctricamente o ionizadas. Al igual que los gases, no tiene una forma y un volumen definido a no ser que se encuentre confinado en un contenedor. Aunque el plasma es el estado de agregación más abundante en el Universo, en la Tierra existe de forma natural solo en ciertas capas de la atmósfera como la magnetosfera o la ionosfera y en las auroras y vientos polares.
Sin embargo, el plasma también se puede generar. Los propulsores de chorro de plasma que se han creado hasta ahora, como el de la sonda espacial Dawn de la NASA, usan plasma de xenón, que no puede superar la fricción de la atmósfera de la Tierra y que, por lo tanto, no son lo suficientemente potentes para su uso en el transporte aéreo. El equipo dirigido por Jau Tang, profesor de la Universidad de Wuhan, ha creado un chorro de plasma comprimiendo aire a alta presión e ionizándolo empleando microondas. Es decir, emplea una fuente eléctrica y sustituye la luz (xenón) por aire inyectado, mucho más potente.
Diagrama esquemático de un prototipo de propulsor de plasma de aire. Este dispositivo consta de una fuente de alimentación de microondas, un compresor de aire, una guía de ondas de microondas comprimido y un encendedor de llama. Crédito: Jau Tang y Jun Li.
Para el ensayo del motor se empleó un magnetrón, que es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía electromagnética en forma de microondas. Estas pasan a través de un circulador, que se usa para absorber las microondas reflejadas que se dirigen a un sintonizador que optimiza la potencia dentro de la cámara de ionización de aire. Un encendedor genera un chorro de plasma que se hace pasar a través de un tubo de cuarzo.
El prototipo del motor a reacción de chorro de plasma logró levantar una bola de acero de un kilogramo sobre un tubo de cuarzo de 24 milímetros de diámetro. En él, el aire a alta presión se convierte en un chorro de plasma que pasa a través de la cámara de ionización del microondas. A escala, la presión de empuje correspondiente es comparable a la de un motor de un avión comercial.
Aumentando el número y la escala de estos propulsores, cada uno de ellos con una fuente de microondas de alta potencia, el diseño del prototipo puede ampliarse al tamaño necesario para hacer volar un avión del tamaño de un jet. Los autores están trabajando en mejorar la eficiencia del dispositivo y lograr este objetivo. "Nuestros resultados demuestran que un motor a reacción de este tipo basado en plasma de aire de microondas puede ser una alternativa potencialmente viable al motor a reacción convencional de combustible fósil", asegura Tang en un documento de acceso libre publicado en la revista AIP Advances.
