New way to protect spacecraft during re-entry using magnetic fields/Nueva forma de proteger naves espaciales al reentrar usando campos magnéticos
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A group of Japanese researchers, along with European teams, are developing a technology that uses magnetic fields to protect spacecraft during atmospheric reentry. Known as magnetohydrodynamic aerobraking (MHD), it actively alters the plasma environment that generates the extreme heat, rather than passively resisting it. The idea is surprisingly elegant and is based on a fundamental principle of physics. When a spacecraft re-enters the atmosphere at hypersonic speeds, the air in front of it is compressed and heated, forming a plasma (ionized, conductive gas) and a shock wave.
Un grupo de investigadores japoneses, junto con equipos europeos, están desarrollando una tecnología que utiliza campos magnéticos para proteger las naves espaciales durante la reentrada atmosférica. Se conoce como aerofrenado magnetohidrodinámico (MHD) y en lugar de intentar resistir pasivamente el calor extremo, altera activamente el entorno de plasma que lo genera. La idea es sorprendentemente elegante y se basa en un principio de la física. Cuando una nave espacial reentra en la atmósfera a velocidades hipersónicas, el aire frente a ella se comprime y calienta hasta formar un plasma (gas ionizado y conductor) y una onda de choque.
This plasma can reach temperatures of thousands of degrees and is the main source of heat threatening the spacecraft's integrity. To solve this problem, the spacecraft would generate a very strong magnetic field around itself, for example, using superconducting coils. Since plasma is conductive, it interacts with the magnetic field. This interaction generates a force (called the Lorentz force) that can push and modify the plasma flow. By applying this force, the shock wave and some of the superheated plasma are pushed away from the spacecraft's surface.
Este plasma puede alcanzar temperaturas de miles de grados y es la principal fuente de calor que amenaza la integridad de la nave. Pare solucionar este problema, la nave generaría un campo magnético de gran intensidad a su alrededor, por ejemplo, mediante bobinas superconductoras. El plasma, al ser conductor, interactúa con el campo magnético. Esta interacción genera una fuerza (llamada fuerza de Lorentz) que puede empujar y modificar el flujo de plasma. Al aplicar esta fuerza, se consigue alejar la onda de choque y parte del plasma sobrecalentado de la superficie de la nave.
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This has been observed experimentally as an increase in the thickness of the plasma layer, which acts as a protective cushion. The potential of this technology is enormous and could represent a turning point in the design of space missions. By reducing the heat reaching the surface, it would be possible to do without some of the heavy and expensive ablative heat shields (which are consumed with each use). This would allow for an increase in the payload of spacecraft or make them lighter and completely reusable, drastically reducing mission costs and the generation of space debris.
Esto se ha observado experimentalmente como un aumento en el grosor de la capa de plasma, que actúa a modo de colchón protector. El potencial de esta tecnología es enorme y podría suponer un antes y un después en el diseño de misiones espaciales. Al reducir el calor que llega a la superficie, se podría prescindir de parte de los pesados y costosos escudos térmicos ablativos (que se consumen en cada uso). Esto permitiría aumentar la carga útil de las naves o hacerlas más ligeras y completamente reutilizables, reduciendo drásticamente los costes de las misiones y la generación de basura espacial.
Plasma not only generates heat but also blocks radio signals, causing the well-known "communications blackout" during reentry. By altering and displacing the plasma layer, this magnetic shield could maintain communications with the spacecraft at all times. This technology is particularly interesting for return missions from the Moon or Mars, where reentry speeds are much higher (greater than 11 km/s) and the heat generated is extreme. Tests have shown heat reductions of up to 40% in a lunar return and up to 80% in an interstellar return in simulations.
El plasma no solo genera calor, sino que también bloquea las señales de radio, causando el conocido "apagón de comunicaciones" durante la reentrada. Al alterar y desplazar la capa de plasma, este escudo magnético podría mantener las comunicaciones con la nave en todo momento. Esta tecnología es especialmente interesante para misiones de retorno desde la Luna o Marte, donde las velocidades de reentrada son mucho mayores (superiores a los 11 km/s) y el calor generado es extremo. Las pruebas han mostrado reducciones de calor de hasta un 40% en un retorno lunar y hasta un 80% en un retorno interestelar en simulaciones.
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Furthermore, the interaction of the magnetic field with the plasma could generate additional braking force (increasing aerodynamic drag), which would help slow the spacecraft. Although the initial results are very promising, the technology is still in the experimental phase. The next step is to test these systems on a larger scale and under real flight conditions to confirm their viability. Concrete plans already exist to test this technology in actual flights, although we are still in a transitional phase between laboratory experiments and space missions.
Además, la interacción del campo magnético con el plasma podría generar una fuerza de frenado adicional (aumentando la resistencia aerodinámica), lo que ayudaría a desacelerar la nave. Aunque los resultados iniciales son muy prometedores, la tecnología aún se encuentra en fase experimental. El siguiente paso es probar estos sistemas a mayor escala y en condiciones de vuelo reales para confirmar su viabilidad. Ya existen planes concretos para probar esta tecnología en vuelos reales, aunque aún estamos en una fase de transición entre los experimentos de laboratorio y las misiones espaciales.
The short-term goal is to conduct demonstration flight experiments using capsules re-entering Earth orbit from low Earth orbit (for example, launched on a sounding rocket). This phase would validate the system's performance in a real-world environment. The long-term vision is for this technology to become a thermal protection and braking system for future space missions, such as those returning from the Moon or Mars. In short, significant progress is being made. Researchers are already developing plans to take this technology into space, marking the beginning of a new and exciting phase of development.
El objetivo a corto plazo consiste en realizar experimentos de vuelo de demostración usando cápsulas que reingresen desde una órbita baja (por ejemplo, lanzadas en un cohete sonda). Esta fase serviría para validar el comportamiento del sistema en un entorno real. El horizonte a largo plazo es que esta tecnología se convierta en un sistema de protección térmica y frenado para futuras misiones espaciales, como las que regresen de la Luna o Marte. En resumen, se están dando pasos muy firmes. Los investigadores ya están diseñando planes para llevar esta tecnología al espacio, lo que marca el inicio de una nueva y apasionante fase de desarrollo.
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https://cordis.europa.eu/article/id/456306-a-world-first-magnetic-shield-for-spacecraft-re-entry
This is a very interesting way to handle spacecraft re-entry! Instead of using only normal heat shields, MHD tech could use magnets to push very hot plasma away from the space, lowering heat and maybe adding more braking power. The chance to cut down on communications blackout is especially cool. If bigger flight tests prove these results, magnetic protection could be key for reusability and future trips back from the Moon or Mars.
Mirá qué interesante esa idea de usar la fuerza de Lorentz para desviar el plasma en lugar de solo aguantar pasivamente el calor. Pensá que a veces la protección más fuerte no es un escudo pesado, sino una fuerza invisible que actúa a tiempo. Es así nomás.
Me llamó la atención que propongan usar bobinas superconductoras para generar el campo magnético, eso es genial porque evita la necesidad de blindajes masivos. Si logran desplazar la onda de choque, la diferencia se nota en la reducción de masa y coste del vehículo.
Queridos hermanos, al leer que investigadores japoneses y europeos planean usar bobinas superconductoras para generar un campo magnético que desvíe el plasma de miles de grados durante la reentrada, veo una imagen tangible del escudo protector que el Señor describe en la Escritura (Salmo 91). En mi experiencia, esa fuerza de Lorentz que aleja el calor extremo me recuerda la gracia que nos separa del pecado y nos permite volver a la tierra con vida. 🙏