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| Fuente: Agencia Espacial Europea |
Cada vez más los satélites forman parte
de nuestro día a día, permitiéndonos estar conectados a través de teléfonos e Internet o ver la TV. Permiten guiar a aviones y barcos, o detectar
incendios y monitorizar desastres naturales, entre otros. Su importancia es tal,
que se prevé que en la próxima década sean lanzados una media de 115 nuevos
satélites cada año para responder a la demanda de servicios [Euroconsult].
Una vez en el espacio, los satélites
necesitan de sistemas de propulsión para alcanzar su órbita, desplazarse,
corregir su posición, y llevar a cabo con éxito su misión. Aunque
tradicionalmente se ha hecho uso de la propulsión química (donde se quema un
propulsante para aumentar su temperatura y presión, y después se eyecta al
espacio), en múltiples aplicaciones está siendo sustituida progresivamente por
el uso de la propulsión eléctrica o por plasma (en la que el propulsante
primero se ioniza y después se acelera con campos eléctricos y magnéticos), que
requiere una cantidad de combustible mucho menor y por tanto es más eficiente.
Eduardo Ahedo Galilea y Mario Merino Martínez, ambos
investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid, de la ETSI de Aeronáuticos, trabajan desde hace
muchos años en el campo de propulsores espaciales de plasma y recientemente han
solicitado una patente en este campo. Nos acercamos a su laboratorio para
conocer un poco más sobre los resultados alcanzados y su aplicabilidad.
Eduardo, Mario, ¿cómo surge esta
investigación?
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Eduado Aheda Galilea
Catedrático de Ingeniería Aeroespacial UPM |
El Equipo de Propulsión Espacial y
Plasmas (EP2) posee una larga experiencia en el estudio de propulsores
espaciales de plasma de diversas clases. Una de nuestras líneas de investigación
son las “toberas magnéticas” que son unos campos magnéticos capaces de guiar y
acelerar el chorro de plasma a altísimas velocidades que genera el motor de
forma similar a cómo una tobera sólida acelera los gases de un cohete
tradicional. Sin embargo, a diferencia de las toberas sólidas, las magnéticas
poseen la ventaja central de no requerir contacto material con el plasma
caliente, evitando así la gran problemática asociada (pérdidas en paredes,
calentamiento, limitación de la vida útil).
Tras varios años de estudios y análisis
sobre toberas magnéticas, hemos desarrollado un
nuevo concepto en este campo cuya patente hemos solicitado. El mismo además
de poseer las ventajas de las toberas magnéticas, proporciona la capacidad de
deflectar magnéticamente el plasma en cualquier dirección. Y todo ello sin
partes móviles o electrodos desnudos, que aumentarían notablemente la
complejidad de la idea.
Este concepto es de gran interés para la
propulsión espacial ya que a lo largo de una misión siempre aparecen pequeños
desalineamientos entre el vector de empuje y el centro de masas del
satélite, bien por defectos de fabricación, bien por el consumo gradual de
combustible (que desplaza el centro de masas). Estos desalineamientos provocan
pares de fuerzas al utilizar el sistema de propulsión, que han de ser
compensados constantemente para evitar que el satélite empiece a girar de forma
incontrolada. La solución empleada hasta ahora consistía en montar los
propulsores en plataformas osculantes con cardanes (gimbals), con partes
móviles y una alta complejidad y peso.
Nuestra idea permite solventar esta
situación de forma sencilla y robusta, sin tales artilugios, en un amplio rango
de propulsores de plasma existentes o en desarrollo (aquellos en los que el
campo magnético es esencialmente axial, y aquellos que no poseen campo
magnético). Es posible direccionar el vector de empuje en hasta 10-15 grados,
mucho más de lo requerido para contrarrestar los mencionados pares de fuerza.
La idea también permite aportar una mayor flexibilidad a la misión
(desaturación de ruedas de inercia durante la propulsión, etc.).
¿Qué resultados han sido
alcanzados?
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Mario Merino Martínez
Doctor de Ingeniería Aeroespacial UPM |
Por ahora hemos desarrollado el concepto
y modelado la expansión del plasma con resultados muy favorables. Además, hemos
iniciado el estudio de configuraciones óptimas. Uno de los siguientes pasos
será la corroboración del funcionamiento de la idea a nivel experimental.
Además, y como hemos comentado
anteriormente, a través de la OTRI de la UPM hemos solicitado recientemente la
patente ante la OEPM.
¿Qué posibles aplicaciones podría tener
este desarrollo para la industria espacial?
Múltiples. La idea es muy relevante en
muchas de las misiones que incorporan propulsión por plasma entre sus sistemas.
Puesto que la propulsión por plasma es mucho más eficiente que la propulsión
química tradicional, requiriendo una cantidad de propulsante mucho menor, se ha
convertido en una solución muy popular. En concreto, es utilizada en un gran
número de satélites de comunicaciones y misiones científicas. Todas estas
misiones podrían beneficiarse con nuestra idea de control
vectorial de empuje sin partes móviles, simplificando el sistema propulsivo.
No es ningún secreto que la tendencia de
la industria es incrementar el uso de la propulsión por plasma: recientemente,
se ha dado el gran paso de desarrollar plataformas de satélites con propulsión totalmente
eléctrica (all-electric platforms), las cuales realizan las transferencias
orbitales únicamente con propulsión por plasma. Una solución de empuje
vectorial sencilla, como nuestro concepto, es de gran interés también en este
campo.
¿Qué pasos tenéis previsto dar en los
próximos meses?
Uno de los siguientes pasos necesarios es
caracterizar el funcionamiento de nuestra tobera magnética experimentalmente.
El dispositivo es de construcción sencilla, y es de interés estudiar cómo
trabaja el concepto con distintos propulsores de plasma. Este es un paso
esencial en el desarrollo de la idea.
En paralelo a estos desarrollos, estamos
trabajando conjuntamente con Centro de Apoyo a la Innovación Tecnológica de la
UPM para identificar empresas interesadas. Como parte de
esta estrategia además, se ha realizado un dossier comercial sobre la tecnología
que nos permitirá dar a conocer nuestros resultados entre potenciales interesados y que ya está disponible en el Marketplace de la UPM (consultar).
