Nuevas órbitas en el horizonte con aerorreactores
Los propulsores eléctricos (EP, por sus siglas en inglés) son el futuro de los satélites científicos y comerciales. Sin embargo, la propulsión es un factor limitante: en cuanto se agota el propulsante utilizado para crear empuje, el satélite ya no puede maniobrar y llega al final de su vida operativa. El equipo del proyecto AETHER, financiado con fondos europeos, aborda este problema usando gases residuales de la atmósfera superior en vez de propulsante a bordo, lo cual permite que los satélites en órbita terrestre muy baja (VLEO, por sus siglas en inglés) permanezcan en servicio más tiempo y resulten más rentables.
Nuevas oportunidades en la VLEO
Miles de satélites llenan el cielo sobre nuestras cabezas, sobre todo en la órbita terrestre baja. La VLEO resulta atractiva, ya que ofrece una mayor resolución para la observación de la Tierra y una mayor velocidad en las telecomunicaciones. Sin embargo, los satélites a esta altitud ―aproximadamente 200 km de la superficie terrestre― son difíciles de mantener. Debido a la delgada, pero no insignificante atmósfera, los satélites en la VLEO deben contrarrestar constantemente el arrastre del aire circundante. Ello agota rápidamente el propulsante del satélite. Usar el mismo aire como propulsante es revolucionario, ya que su suministro es inagotable. Aunque la VLEO representa el escenario operativo más preparado para el mercado de aerorreactores con EP, la exploración interplanetaria también es una aplicación adecuada, ya que un propulsor aerorreactor con EP de puede usarse cerca de un cuerpo celeste. Tanto Marte como Titán, la luna de Saturno, son buenos candidatos para ello.
El propulsor RAM-EP
Europa está a la vanguardia del desarrollo de esta tecnología. En 2017, el líder aeroespacial SITAEL fabricó y probó en tierra el RAM-EP, el primer propulsor aerorreactor del mundo. Según Stefan Gregucci, responsable de propulsión de SITAEL: «El objetivo del proyecto AETHER era allanar el camino a los satélites de la VLEO centrándose en la optimización del sistema de propulsión del aerorreactor. El sistema RAM-EP ha sido patentado en AETHER, reforzando así la posición y competitividad de SITAEL en este segmento tan prometedor del mercado». Aunque el concepto de un propulsor aerorreactor es sencillo, la creación de un sistema de este tipo plantea muchos retos. Para producir empuje, el sistema debe recoger el flujo de aire entrante, ionizarlo y acelerar los iones producidos a una velocidad considerablemente superior a la velocidad orbital. En el duro entorno de las altitudes VLEO, caracterizado por una fuerte corrosión por oxígeno atómico, los materiales se ven sometidos a grandes esfuerzos. Este aspecto se suma a las complejidades intrínsecas del diseño funcional de RAM-EP. Matteo Ciolini, ingeniero de propulsión de SITAEL, afirma: «El objetivo de mejorar las capacidades de ionización llevó a limitaciones críticas de diseño térmico y eléctrico, lo cual nos obligó a explorar nuevos materiales cerámicos, formas no convencionales de la toma y también procesos avanzados de fabricación».
Replicar el entorno
AETHER se basó en el diseño RAM-EP y lo mejoró de múltiples maneras. El equipo diseñó dos novedosas etapas de aceleración y probó una con propulsante atmosférico. Para mitigar los efectos del entorno, los ingenieros diseñaron y probaron un cátodo compacto de radiofrecuencia. Basándose en simulaciones numéricas de flujo, se rediseñó significativamente el propulsor de admisión. Por último, el equipo de AETHER empleó un generador de flujo de partículas para simular la composición atmosférica y la velocidad a la que se enfrenta una nave espacial en VLEO. Los próximos pasos en el desarrollo de esta tecnología disruptiva consisten en poner a prueba las mejoras introducidas en el transcurso del proyecto. El objetivo final será diseñar una nave espacial que incorpore el sistema de RAM-EP. Los aerorreactores con EP en satélites de la VLEO aún están en el horizonte, pero el equipo de AETHER ha hecho avanzar el nivel de preparación tecnológica de esta apasionante innovación en propulsión espacial.
Palabras clave
AETHER, VLEO, satélites, SITAEL, RAM-EP, aerorreactores, propulsión eléctrica, generador de flujo de partículas, tecnología disruptiva
