Universidad de Colorado crea túnel de plasma único para simular condiciones extremas de reingreso espacial

El innovador laboratorio, inaugurado a finales de 2025, genera flujos de plasma que alcanzan velocidades de cientos a miles de kilómetros por hora y temperaturas de hasta 4.982 grados Celsius o más, recreando el entorno hipersónico al que se enfrentan las naves espaciales al regresar a la Tierra.

El proyecto está liderado por Hisham Ali, profesor asistente del Departamento de Ciencias de Ingeniería Aeroespacial Ann y H.J. Smead, quien ha dedicado su carrera a prevenir accidentes como el desastre del transbordador Columbia ocurrido el 1 de febrero de 2003, cuando siete tripulantes, incluida la exalumna de CU Boulder Kalpna Chawla, perdieron la vida después de que el plasma ingresara a la nave a través de un defecto en su escudo protector.

"Una de las fases más críticas y peligrosas de cualquier misión espacial es cuando las naves espaciales reingresan a la atmósfera terrestre", explicó Ali según la Universidad de Colorado. "Si vamos a llevar más humanos a la órbita a través del turismo espacial, necesitamos hacerlo de manera segura y efectiva, y ese es un problema desafiante".

Los científicos denominan "hipersónico" a este tipo de vuelo, que se produce cuando los vehículos alcanzan velocidades de Mach 5 (cinco veces la velocidad del sonido) o superiores. A nivel del mar, esto equivale a unos 6.115 kilómetros por hora.

El túnel de plasma funciona en un laboratorio sin ventanas en el Campus Este de CU Boulder. El sistema utiliza un generador de 40 kilovatios y consta de un tubo de vidrio de cuarzo, conocido como boquilla, que alimenta una cámara más grande sellada con acero inoxidable de varios centímetros de grosor.

Para simular las condiciones del vuelo hipersónico, el equipo necesita dos elementos fundamentales: velocidad y calor. Para generar velocidad, inyectan un flujo de gas argón en el túnel, que es succionado por un potente sistema de vacío capaz de extraer más de 20.000 metros cúbicos de aire por hora, convirtiéndolo en uno de los equipos más potentes de su tipo en cualquier universidad estadounidense.

El calor se produce cuando los investigadores bombardean el plasma con ondas de radio que oscilan, generando corrientes eléctricas dentro del gas hasta que explota convirtiéndose en plasma. Una vez que el argón está encendido, el equipo puede inyectar aire normal en el túnel.

La instalación permite a los investigadores probar cómo se comportan nuevos materiales resistentes al calor y otros diseños tecnológicos en condiciones extremas. El equipo utiliza un brazo metálico para introducir estos elementos en el flujo de plasma, que instantáneamente forma una onda de choque alrededor del obstáculo.

Los investigadores ya han colaborado con una empresa aeroespacial para probar un nuevo tipo de material resistente al calor y tienen planes para trabajar con varias compañías más en los próximos meses.

Además de recrear la atmósfera terrestre, la instalación puede simular las condiciones atmosféricas de otros planetas. "Una vez que nuestro plasma está encendido, podemos inyectar dióxido de carbono y crear un plasma compuesto de dióxido de carbono fluyente, similar a lo que una nave espacial podría experimentar en Marte", explicó Ali.

Uno de los desafíos más persistentes del vuelo hipersónico que el equipo está abordando es la dificultad para maniobrar a esas velocidades. Cualquier elemento que sobresalga de un avión o nave espacial, como alas o alerones, se quemaría casi instantáneamente, lo que impide que los pilotos cambien fácilmente la trayectoria de una nave espacial después de reingresar a la órbita terrestre si algo sale mal.

El equipo de Ali espera superar esta limitación aprovechando una propiedad inusual: el magnetismo. Los plasmas están compuestos por partículas cargadas, y con un imán lo suficientemente potente, potencialmente se podría cambiar el flujo de esas partículas. Los investigadores visualizan que las futuras naves espaciales podrían emplear imanes ultrapoderosos para empujar las ondas de choque de plasma a su alrededor, generando suficiente fuerza para girar, al menos un poco.

El interés de Ali por el vuelo hipersónico comenzó durante una excursión escolar al Centro de Cohetes y Espacio de EE.UU. en Huntsville, Alabama, cuando estaba en quinto grado. Allí, un guía mostró una baldosa similar a las que los ingenieros de la NASA utilizaban para proteger los transbordadores espaciales del calor durante el reingreso.

"Pusieron un soplete en un lado y nos dejaron poner nuestras manos en el otro. Todavía se podía sentir que estaba frío", recordó Ali. "Me pareció muy interesante".

Este túnel de plasma representa un paso significativo en la misión de Ali de ayudar a los humanos a explorar el sistema solar y regresar de manera segura, contribuyendo a prevenir tragedias como la del Columbia y a mejorar la seguridad de futuras misiones espaciales, incluido el creciente sector del turismo espacial.