Propulsión de naves espaciales sin propelente

En una maniobra de asistencia gravitatoria, también llamada honda gravitatoria, se utiliza la atracción gravitatoria de un cuerpo celeste para cambiar la trayectoria de una nave espacial. Esto puede resultar en un ahorro significativo de combustible para misiones interplanetarias. ^{[ 2 ]}

La técnica ha sido utilizada por muchas naves espaciales, quizás la más famosa por ^la Voyager 2 para visitar los planetas Júpiter , Saturno , Urano y Neptuno en una sola misión. ^{[ 11 ]} La primera asistencia gravitatoria fue realizada en 1959 por la Luna 3. [ ^{12 ]} La Mariner 10 fue la primera nave espacial interplanetaria en utilizar una asistencia gravitatoria, sobrevolando Venus en 1974 para llegar al planeta Mercurio . ^{[ 13 ]}

Las maniobras de asistencia aerogravitatoria son una familia de maniobras relacionadas que combinan la asistencia gravitatoria con el frenado aerodinámico para aumentar su efectividad. Aún no se han demostrado en vuelo. ^{[ 14 ]}

El frenado aerodinámico utiliza la resistencia aerodinámica para reducir la órbita de una nave espacial. Históricamente, se ha utilizado para desorbitar naves espaciales al final de su vida útil o para ajustar el apoapsis de un orbitador (a menudo interplanetario). ^{[ 1 ]}

Demostrada por primera vez alrededor de la Tierra por Hiten (1991), la aerofrenación es una técnica bien establecida para naves espaciales interplanetarias. Fue utilizada alrededor de Venus por Magellan (1993) y Venus Express (2014), así como alrededor de Marte por MGS (1997), Mars Odyssey (2001), MRO (2006) y TGO (2016).

La magnitud de las fuerzas aerodinámicas puede incrementarse con estructuras desplegables llamadas velas de arrastre . El concepto fue demostrado por las misiones NanoSail-D2 (2010), InflateSail (2017) y RemoveDEBRIS (2018). ^{[ 2 ]}

Las velas solares intentan maximizar la presión de la radiación solar sobre la nave espacial mediante el uso de materiales ligeros para crear una gran superficie reflectante. Aunque no se utiliza ampliamente, la tecnología fue demostrada con éxito por la misión interplanetaria IKAROS (2010) y la LightSail-2 en órbita terrestre (2019). Dado el empuje muy bajo producido por la radiación solar, las velas solares solo son prácticas para naves espaciales pequeñas como los cubesats . ^{[ 1 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 3 ] [ 2 ]}

Los cables electrodinámicos producen una fuerza de Lorentz al hacer pasar una corriente a través de un cable largo (es decir, un alambre) que se extiende desde la nave espacial para interactuar con el campo magnético del planeta que orbita. ^{[ 1 ] [ 17 ] [ 3 ]}

Una aplicación propuesta de los cables en el espacio es el intercambio de momento angular orbital entre naves espaciales. Las aplicaciones incluyen el despliegue de cargas útiles (como en el concepto de gancho espacial ) o cambios orbitales , en los que una nave espacial impulsa rápidamente a otra a una órbita más alta y luego recupera el momento perdido con algún otro método de propulsión, posiblemente más lento. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]}

Las velas magnéticas son un método propuesto para generar empuje a partir de la interacción de la fuerza de Lorentz entre un campo magnético a gran escala generado por la nave espacial y el plasma (partículas cargadas) en el entorno circundante, originado por el viento solar o el medio interestelar . El concepto fue propuesto por primera vez por Robert Zubrin en 1990, y desde entonces se han propuesto muchas variaciones, aunque la tecnología aún no se ha demostrado en el espacio. ^{[ 2 ] [ 20 ]}

Un concepto similar, el sistema de propulsión de plasma minimagnetosférico, crea una minimagnetosfera alrededor de una nave espacial. La generación de plasma requiere una pequeña cantidad de propulsor, pero la burbuja magnética creada podría ser mucho mayor que la nave espacial. ^{[ 21 ]}

Las velas eléctricas, o velas E, son análogas a las velas magnéticas en el sentido de que intercambian momento con partículas cargadas en el entorno de la nave espacial, pero se basan en fuerzas electrostáticas en lugar de magnéticas para hacerlo. Se extienden cables o una malla desde la nave espacial y se cargan mediante un cañón de electrones a bordo para crear un campo eléctrico . Si el espaciado de los cables es del orden de la longitud de Debye del plasma circundante, el campo actuará como una barrera sólida para las partículas cargadas en el plasma, desacelerándolas y, por lo tanto, transfiriendo momento de ellas a la malla unida a la nave espacial. ^{[ 22 ] [ 3 ] [ 2 ]}

Los frenos de plasma son una variación del concepto de vela eléctrica (E-sail) destinado a la desorbitación de pequeños satélites, propuesto por primera vez en 2010. Se construyeron demostradores en los cubesats ESTCube-1 (2013), Aalto-1 (2017), FORESAIL-1 (2022) y ESTCube-2 (2023); debido a diversas razones, ninguno se ha desplegado con éxito. ^{[ 10 ] [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]} Otro demostrador se lanzó a bordo del cubesat FORESAIL-1p, lanzado en noviembre de 2025. ^{[ 26 ]} A junio de 2026No se ha realizado ninguna demostración exitosa en el espacio.

Al igual que las velas solares, las velas propulsadas por láser son una forma de propulsión fotónica. Sin embargo, mientras que las velas solares utilizan la luz emitida por el Sol, una vela propulsada por láser utilizaría luz producida artificialmente proveniente de un conjunto de láseres terrestres o espaciales. ^{[ 3 ] [ 2 ]}

El proyecto Breakthrough Starshot , anunciado en 2016, tenía como objetivo construir un satélite interestelar utilizando una vela propulsada por láser. En 2025, se informó que el proyecto estaba suspendido indefinidamente. ^{[ 27 ]}

Un cohete de fotones produce empuje al emitir grandes cantidades de radiación electromagnética. Según la ley de conservación del momento , el momento de los fotones emitidos se equilibra con un cambio en el momento de la nave espacial, produciendo así empuje. ^{[ 28 ] [ 3 ]} Estos dispositivos se consideran poco prácticos. ^{[ 29 ]}

La propulsión de campo es un término utilizado por algunos autores para clasificar propuestas especulativas de sistemas de propulsión avanzados que requerirían una investigación significativa o nuevos principios físicos fundamentales para su desarrollo. Algunos ejemplos incluyen propulsores de plasma , propulsores magnetoplasmadinámicos y dispositivos similares. ^{[ 6 ]} Hasta 1996, ningún sistema de propulsión de campo de este tipo había sido validado experimentalmente. ^{[ 5 ]}