Propulsor amplificado oscilante de campo magnético

El motor oscilante amplificado de campo magnético (MOA; a menudo denominado motor de plasma por los medios de comunicación) es un sistema electrotermodinámico versátil, capaz de acelerar casi cualquier medio gaseoso cargado eléctricamente (aplicación de plasma) a velocidades extremadamente altas, generando así un chorro de plasma de alta energía en el escape y también fluidos conductores de electricidad (aplicación hidrodinámica) en general.

Para ello, MOA utiliza una llamada onda de Alfvén, un principio físico dentro de la magnetohidrodinámica que fue descrito por primera vez en 1942 por el posterior ganador del Premio Nobel Hannes Alfvén y que establece que los campos magnéticos fluctuantes pueden inducir ondas de densidad en medios conductores de electricidad (por ejemplo, plasma, agua salada, etc.). Estas ondas de densidad pueden alcanzar velocidades muy altas y, como las partículas dentro del medio están acopladas a ellas, las partículas también se aceleran a velocidades muy altas, alcanzando en consecuencia energías cinéticas muy altas.

Debido al mecanismo de calentamiento basado en la compresión adiabática, el MOA es fundamentalmente diferente de otros propulsores electrotérmicos, especialmente del propulsor magnetoplasmadinámico o MPD con el que a veces se lo compara con el término colectivo de motor de plasma.

Debido a las altas velocidades de escape y al elevado impulso específico asociado y/o a la elevada energía de las partículas, surgen dos áreas de aplicación principales: los vuelos espaciales y el recubrimiento de materiales especiales. En el caso de los vuelos espaciales, el elevado impulso específico conduce a una reducción significativa del consumo de combustible (hasta un 90 %) en comparación con los motores de iones de última generación actuales. En el caso del recubrimiento, la elevada energía cinética de las partículas de escape conduce a una gran profundidad de penetración en el material de destino. Esto permite, por ejemplo, endurecer acero, aluminio y otros metales, pero también modificar las propiedades materiales del vidrio y los plásticos.

Una ventaja adicional del concepto MOA es su comportamiento libre de corrosión, lo que se traduce en una larga vida útil del sistema. Los mismos campos magnéticos que generan las ondas Alfvén impiden que partículas de alta energía golpeen la pared del propulsor o cualquier otro componente estructural del MOA, evitando así cualquier daño inducido por partículas de forma casi inherente.

Aplicación de plasma

En principio, el propulsor MOA está compuesto por cinco subsistemas:

• Generador de plasma,
• Tubo central,
• Coil primario,
• Bobina secundaria,
• Unidades de suministro y control.

El generador de plasma produce un flujo continuo de partículas ionizadas que se desplazan por el interior del tubo central hacia la tobera de escape magnética. Estas partículas pueden ser, por ejemplo, moléculas de nitrógeno o hidrógeno, así como gases nobles como el argón o el xenón o cualquier otro gas. Al estar ionizadas, las partículas reaccionan en los dos campos magnéticos generados por la bobina primaria y la secundaria. De estas dos, la bobina primaria está permanentemente encendida, ya que también forma la tobera de escape magnética, mientras que la bobina secundaria se enciende y se apaga cíclicamente para deformar las líneas de campo magnético del sistema. Mediante esta deformación se generan ondas de Alfvén que, en el siguiente paso, transportan, comprimen y aceleran el medio propulsor hasta alcanzar parámetros específicos predefinidos. Finalmente, las unidades de suministro y control se encargan de que el propulsor MOA funcione dentro de los parámetros previstos.

Como el concepto requiere un generador de plasma para producir las partículas ionizadas, MOA puede describirse en principio como un sistema de propulsión eléctrica, similar a un motor iónico. Sin embargo, debido a la interacción de los campos magnéticos, las partículas también se comprimen y se calientan adiabáticamente, convirtiendo así todo el sistema en un sistema electrotermodinámico. La combinación de principios eléctricos y termodinámicos conduce también a una unificación de las respectivas ventajas. Como tal, MOA se caracteriza por una parte por la alta eficiencia de los sistemas de propulsión eléctrica y por otra parte por la capacidad de acelerar un gran número de partículas, al igual que un sistema térmico, logrando así un empuje relativamente alto con un impulso específico alto. La combinación de alta energía de partículas/velocidad de escape y empuje relativamente alto en esta forma es una propuesta novedosa. La alta flexibilidad para cambiar el empuje y el impulso específico en vuelo mediante la adaptación del flujo de masa y el consumo de energía es en este momento una característica única que ofrece este novedoso concepto de propulsor.

Aplicación hidrodinámica

En la aplicación hidrodinámica, el MOA se diferencia principalmente en que ya no es necesaria la fuente de plasma. Para su función es fundamental el apoyo con un fluido conductor de electricidad o un electrolito disponible en un tanque o un depósito ambiental (agua salada del mar, etc.).

El MOA fue inventado y definido originalmente por Manfred Hettmer en 1982. También desarrolló el sistema a partir de un modelo teórico hasta convertirlo en un dispositivo práctico después de haber alcanzado un nivel básico de financiación propia gracias a su espíritu emprendedor en el sector de las TI. En 1998, dio el primer paso lógico: comenzó a codificar una simulación por ordenador y en 1999 construyó una maqueta para definir componentes y funciones (al principio sin fuente de plasma). Mediante el establecimiento de contactos profesionales, Hettmer también pudo formar un pequeño equipo. Las primeras pruebas con un modelo funcional de placa de pruebas se realizaron en un laboratorio del LRT (Instituto de Astronáutica) de la Universidad Técnica de Múnich en Garching. La primera solicitud de patente se presentó en 2003.

El concepto MOA también se confirmó en el dictamen pericial de Horst Loeb (ganador de la medalla Stuhlinger en 2005) de la Universidad Justus-Liebig de Gießen, basándose en el concepto técnico y los datos de simulación creados por Hettmer.

Por fin, se pudo utilizar un laboratorio de la Universidad Técnica de Graz para realizar más pruebas. En el Instituto de Redes de Comunicación y Comunicaciones por Satélite se continuó con la campaña de pruebas y se demostró la viabilidad del concepto MOA. Los resultados obtenidos se presentaron en el Congreso Internacional de Astronáutica en Fukuoka, Japón, el 21 de octubre de 2005. Un artículo escrito por Hettmer se publicó en una revista alemana en 2006.

La empresa especializada denominada QASAR Technologieentwicklung Ges.m.b.H. (registro de empresas austriaco HG Wien FN 268333h), fundada por Hettmer en 2003, se había creado para seguir desarrollando la tecnología MOA y para probar posibles aplicaciones terrestres, tanto para vuelos espaciales como en el área de recubrimientos y otras áreas. En el verano de 2005, el prototipo MOA alcanzó el nivel de preparación tecnológica 5 (TRL 5) después de que el componente y/o la placa de pruebas se hayan validado en un entorno relevante.

Tras el cierre de QASAR Technologieentwicklung Ges.m.b.H. a principios de 2009 debido a problemas internos con accionistas e inversores, Hettmer continuó el proyecto en gran medida con fondos propios, dentro de las posibilidades disponibles. Está previsto implementar una aplicación comercial.

• Propulsión de naves espaciales

• QASAR Technologie(s)
• Primera patente presentada AT502984 (A1)
• Patente dentro del esp@cenet de la Oficina Europea de Patentes
• Resumen del Congreso Astronáutico Internacional 2005
• Resumen del Congreso Astronáutico Internacional 2010
• Acta Astronáutica - Volumen 63
• Olas de Alfvén en la Enciclopedia de Matemáticas
• Velocidades térmicas en el plasma de un dispositivo MOA, M.Hettmer, Int J Aeronautics Aerospace Res. 2023;10(1):297-300