El Transbordador Espacial, que fue diseñado con el objetivo de situar a personas y objetos en órbita terrestre, ha cumplido su misión con éxito, pero para ir a otros planetas y sistemas solares harán falta motores de propulsión interplanetaria mucho más avanzados. Una de las propuestas más prometedoras es el VASIMR, de Chang Díaz, cuya pasión por las naves espaciales viene de lejos, "construí mi primer cohete cuando era niño, en Costa Rica, jugando con mis primos. Era un montaje de cajas de cartón, con sillas por dentro. Tenía hasta radio", habló acerca de su invento, que podría propulsar naves espaciales a Marte en viajes de menos de cuatro meses, si logra superar algunos obstáculos técnicos y financieros.

Con los cohetes movidos por combustibles químicos, mezcla de sólidos y líquidos, que aún usamos hoy, un viaje a Marte llevaría por lo menos 10 meses en una nave espacial poco segura y limitada. El combustible sería un peso muerto durante la mayor parte del viaje, ocuparía demasiado espacio, y dejaría poco hueco para la tripulación y la carga útil. Un viaje largo en esas condiciones sería un duro castigo para el organismo humano. Meses de exposición a la microgravedad debilitan los músculos y los huesos, y la radiación persistente del espacio acabaría con los sistemas inmunológicos. El cohete de propulsión química nos permitió ir a la Luna y establecer una presencia permanente en el espacio, pero para explorar el sistema solar tenemos que desarrollar un nuevo tipo de propulsión. Una nave espacial debe ser segura, rápida, fiable y capaz de interrumpir la misión y regresar a la Tierra en caso de un fallo importante. Su sistema de propulsión tiene que dirigir eficazmente la nave durante la fase de crucero y realizar correctamente las maniobras en los puntos de salida y destino.

La tecnología de plasma es la solución, ya que el plasma es un gas ionizado eléctricamente cargado y supercaliente cuya energía puede ser convertida en impulso. En ello se está trabajando con un prototipo del motor VASIMR, el VX-10, en el Laboratorio de Propulsión Avanzada del Centro Espacial Johnson en Houston.
 

El funcionamiento es como un globo al que se le desata el nudo: el aire que va saliendo lo hace correr por todas partes. Usamos hidrógeno gaseoso que calentamos a temperaturas extremas. El calor de las partículas equivale a velocidad. Para calentar el gas lo bombardeamos con ondas de radio, algo parecido a lo que hace un microondas para hervir agua. Así los átomos pierden sus electrones y el gas se transforma en plasma tan caliente como el Sol. Este plasma es como una sopa compuesta de partículas cargadas: iones positivos y electrones negativos. El plasma, considerado el cuarto estado de la materia, se encuentra de forma natural en los rayos, las nebulosas y el interior de las estrellas y alcanza temperaturas de cientos de miles de grados. Puede derretir cualquier material. Se controla mediante campos magnéticos. Es la única forma de manejar el plasma. Se usan electroimanes y bobinas magnéticas muy livianas de materiales superconductores, para crear una tobera magnética, una especie de conducto invisible que transporta el plasma sin que éste toque las paredes del motor. Después sale por el escape del motor a velocidades extremas.
 

El motor espacial de plasma para la misión tripulada a Marte de la NASA, es un motor avanzado concebido para trasladar personas a ese planeta, y ha superado los umbrales actuales de corriente, potencia y empuje para un dispositivo de este tipo conocido como propulsor Hall. El X3 es otro de los tres prototipos de "motores de Marte" que se convertirán en un sistema de propulsión completo con financiación de la NASA. El desarrollo ha sido liderado por Alec Gallimore, profesor de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Michigan.
 

Los propulsores Hall ofrecen una propulsión de naves espaciales basada en plasma excepcionalmente eficiente, acelerando pequeñas cantidades de propulsor muy rápidamente, utilizando campos eléctromagnéticos. Pueden alcanzar velocidades máximas con una pequeña fracción del combustible requerido en un cohete químico. “Las misiones de Marte están en el horizonte, y ya sabemos que los propulsores Hall funcionan bien en el espacio”, dijo Gallimore. El X3 propulsor Hall rompió el record de empuje anteriormente establecido por un propulsor Hall.
 

La empresa Ad Astra Rocket, es otra de las tres compañías estadounidenses seleccionadas por la NASA para establecer una alianza público-privada para el avance de la exploración espacial. El motor de magnetoplasma de impulso específico variable conocido como VASIMR por las siglas de su nombre en inglés (Variable Specific Impulse Magnetoplasma Rocket) es un motor para propulsión de vehículos espaciales a base de plasma, creado por la Ad Astra Rocket Company, dirigida por el ex-astronauta costarricense  Franklin Chang-Díaz.
 

El motor VASIMR fue ideado por Chang Díaz en 1979, donde comenzó a trabajar en el laboratorio de diseño, Charles Stark Draper, en Cambridge, Massachusetts. Avanzando en el proyecto se trasladó al centro de fusión de plasma en el MIT, Instituto Tecnológico de Massachusetts, dedicado a la enseñanza e investigación de Ingeniería y Ciencias, de primer nivel mundial, donde se encuentran varios Ingenieros Aeronáuticos y Aeroespaciales españoles, al igual que en la NASA, la ESA, Agencia Europea del Espacio o  Airbus Military, en sus distintas plantas. En 1994 se trasladó al Centro Espacial Lyndon B. Johnson de la NASA, hasta el año 2005, en que se retiró de la NASA para dedicar su tiempo al proyecto del motor; ahí fue cuando se asoció con la empresa Ad Astra Rocket, que trabaja con la colaboración de la NASA, la Universidad de Houston y otras empresas gubernamentales y privadas, nacionales y extranjeras para la realización del proyecto con un presupuesto de 150 millones de dólares. El Next Space Technologies for Exploration Partnerships (NextStep) de la NASA busca darle un empujón al desarrollo de tecnologías en las áreas de propulsión avanzada y el diseño y construcción de espacios habitables en el espacio exterior y satélites pequeños. En el caso de Ad Astra Rocket, la alianza dotará a la empresa con $10 millones a lo largo de tres años, con el objetivo de avanzar y validar el desarrollo del motor de plasma VASIMR. Se espera que al cabo de los tres años se haya completado la construcción de un prototipo igual al que viajaría al espacio, y que este haya superado una prueba en el laboratorio, de permanecer encendido al menos por 100 horas continuas.
 

El motor de plasma VASIMR es el sueño de toda la vida de Chang Díaz. Lo empezó a esbozar desde sus años de estudiante universitario, y luego lo desarrolló dentro de la NASA. En el 2005 independizó su laboratorio de la agencia espacial para fundar la compañía y poder obtener financiación privada para el desarrollo del motor.
 

El VASIMR funciona de forma similar a la de un cohete químico tradicional, en el que, con ayuda de un combustible, se crea una explosión que circula por la tobera del cohete y produce la aceleración que hace que el vehículo se desplace. Sin embargo, en lugar de combustible, se acelera el plasma, el cuarto estado de la materia, que se obtiene al calentar un gas con una antena de radiofrecuencia, formando una sopa de iones a más de 50.000º C. Como el plasma es tan caliente, no existe un material capaz de contenerlo. En el diseño de Chang, un campo magnético se encarga de formar el recipiente para el plasma, pero debe ser un campo magnético muy potente que solo se logra usando magnetos superconductores que trabajan a -268º C. Así, en un espacio muy pequeño, deben convivir temperaturas extremas. Tras recibir la buena noticia de la NASA, Chang Díaz fue entrevistado en la revista científica Scientific American, donde explicó: “Hemos ganado la licitación, y ahora estamos negociando la letra fina del contrato. Muy posiblemente será una especie de alianza público-privada, donde la NASA aporta los fondos para avanzar la tecnología del motor VASIMR, y Ad Astra procede con el desarrollo. Será un programa de tres años. Hemos presentado un cronograma de tareas e hitos y entregas a lo largo del camino. El objetivo final es la demostración de un arranque del VASIMR de larga duración y alta potencia, mínimo: 100 horas continuas a 100 kW de potencia, en nuestra cámara de vacío en Houston. Por el momento, utilizando energía eléctrica solar, nuestro papel es el apoyo del transporte de carga entre puntos “en” el espacio, y no el lanzamiento “al” espacio. A corto plazo, nuestro enfoque es apoyar comercialmente las misiones tripuladas con la carga y logística necesaria para mantener la presencia del ser humano en el espacio en forma económicamente sostenible.

La intención del proyecto es crear un motor de iones de plasma que sirva como una alternativa barata y eficaz como fuente de energía de propulsión para naves espaciales. Está enfocado particularmente en la idea de explorar otras partes del sistema solar, tal como un posible viaje a Marte. Con esta tecnología el trayecto seria 10 veces más rápido que el actual, y posibilitaría los viajes tripulados hacia el planeta rojo, reduciendo el tiempo de 18 meses a 39 días aproximadamente, el ITS de Space X tarda entre 80 y 150 días en hacer el trayecto usando 9 motores de ciclo cerrado "Raptor". Esto resulta de gran importancia, ya que la exposición de los astronautas a los efectos de la gravedad cero durante periodos muy largos es muy nociva. Se prevé que la tecnología VASIMR esté lista a principios de 2018, fecha en que se probaría por primera vez un prototipo de este tipo en la Estación Espacial Internacional, el VF-200.
 

La NASA, junto con Díaz y sus colaboradores planean establecer un laboratorio en la Luna que, aparte de otras funciones científicas, sea utilizado para probar los cohetes que irán a Marte, Esto supone crear una estación en nuestro satélite compuesta por astronautas que vivirían allí por temporadas de seis meses. Este laboratorio lunar debería estar listo para el 2020. Si todo esto se hace posible, según Díaz, los viajes interplanetarios a Marte deberían ser una realidad en esta generación. En un comentario al respecto Chang dice: "Yo comento a menudo que quien va a pisar por primera vez suelo marciano ya está vivo".
 

El equipo del ingeniero aeroespacial Berkant Göksel, de la Universidad de Berlín, también ha creado y probado un motor de plasma, como el que podría en el futuro lanzar naves espaciales directamente al espacio, tanto dentro como fuera de la atmósfera, gracias a este tipo de propulsores, en el futuro de las naves espaciales.

La característica que le distingue al motor VASIMR está en la V de Variable, la tobera puede cambiar de forma, para aumentar o disminuir el flujo del plasma, y la velocidad de la nave espacial, permitiéndole desacelerar de forma inteligente al final del viaje, cuando se acerque a la órbita del planeta de destino. De esa manera consigue una utilización mucho más eficiente del combustible, y puede impulsar más carga en bastante menor tiempo. “El VASIMR ofrece, explica Chang, por un lado, acortar en más de la mitad la duración del vuelo de una nave a Marte, de ocho meses a poco más de tres. Estamos convencidos que así llegaremos al Planeta Rojo y al resto del Sistema Solar. Además, el motor podría usarse para reciclar el hidrógeno desechado por la Estación Espacial Internacional, ISS, y mantener en órbita el laboratorio sin la necesidad de tener que reabastecerse con entregas de combustible provenientes de la Tierra”.
 

El campo magnético que produce el VASIMR, y el combustible de hidrógeno actúan como un escudo protector de la radiación, que es uno de los peligros más serios a largo plazo al que se enfrentan los tripulantes de las misiones. Además, la capacidad de abrir y cerrar la tobera permite interrumpir una misión en el acto.