15 / junio / 2021 | 09:07 hrs.

Propulsión espacial para satélites.

Dr. Jorge A. Ferrer-Pérez

La propulsión, en el sentido amplio de la palabra, es el acto de cambiar el movimiento de un cuerpo, en este caso, satélites en el espacio.

Un satélite es un cuerpo artificial formado por circuitos electrónicos y sistemas mecánicos que orbita alrededor de la tierra y otros cuerpos celestes. Pueden ser usados para comunicaciones, predicción de clima, observación de la tierra, navegación, aplicaciones militares y misiones científicas. En general un satélite típico está formado por los siguientes subsistemas, los cuales tienen una función específica que impacta en su funcionamiento, a saber: estructura mecánica, subsistema de propulsión, subsistema de control térmico, subsistema de suministro de potencia, subsistema de telemetría-rastreo-y-comando (TT&C por sus siglas en ingles), subsistema de altitud y control de órbita, carga útil y subsistema de computadora-de-abordo-y-manejo-de-datos (OC&DH por sus siglas en ingles).

El subsistema de propulsión tiene por objetivo proveer del empuje necesario para poder realizar los cambios de velocidad requeridas para ejecutar todas las maniobras durante la vida útil del satélite en el espacio. Esto incluye las maniobras de transferencia de órbita y maniobras de estabilización-apuntamiento. Este subsistema está formado, 'grosso modo' por un propulsor o motor, un sistema de propelente o combustible, una unidad de potencia, interfaces de control electrónico y acoplamiento mecánico.

Actualmente existe un cambio de paradigma mundial al migrar el uso de grandes satélites a constelaciones de satélites más pequeños que son más baratos y mucho más accesibles para todas las naciones.

Por ejemplo, el satélite ambiental ENVISAT fue lanzado por la Agencia Espacial Europea (ESA) en 2002 con un costo de fabricación y operación de 2 mil 900 millones de dólares. Este satélite con peso mayor a 8 toneladas y de tamaño similar a un autobús de 47 pasajeros, tenia 10 instrumentos científicos abordo para medir diferentes aspectos de la atmosfera de la tierra desde el espacio. Sin embargo, si se sustituyera el ENVISAT por una constelación de micro-satélites (uno por cada instrumento) se podría tener un ahorro de más 90% del costo de este gran satélite.

Por esta razón, hay esfuerzos internacionales serios para la investigación y desarrollo de todos los subsistemas que forman satélites pequeños: micro, nano y pico. Para el caso del subsistema de propulsión existen tres clases particulares de tecnología para propulsar pequeños satélites: propulsión a base de gases fríos, propulsión química y propulsión eléctrica. Cada una de estas tecnologías tiene diferentes parámetros de empuje (T [N]) e impulso específico (Isp [s]), además de necesitar de una potencia (P [W]) para su uso. La propulsión eléctrica trabaja con bajos valores de empuje que pueden ser aplicados por tiempos prolongados (alto impulso específico) lo que da como resultado una maniobrabilidad con altos valores en los cambios de velocidad (V). Este hecho hace que esta clase de propulsión sea considerada para misiones espaciales que requieran alta precisión y control. La propulsión eléctrica abre nuevos horizontes para la exploración espacial a bajo costo y accesible a todos.

El Centro de Alta Tecnología de la Facultad de Ingeniería de la UNAM en Juriquilla, Querétaro, ahora Laboratorio Nacional, tiene entre sus directrices de investigación, además del desarrollo de micro-satélites como QUETZAL y CONDOR, crear diferentes tipos de motores eléctricos de baja potencia. Con esto se busca generar las capacidades tecnológicas y científicas que permitan diseñar, construir y caracterizar sistemas propulsivos para ser usados en proyectos nacionales. De esta forma aparte de introducir un área de investigación espacial en temas de propulsión, se seguirán aportando elementos para contribuir a la independencia tecnología de México.

Comentarios