Los propulsores de plasma helicoidales avanzados se acercan al mercado
En la actualidad, hay más de cinco mil satélites que orbitan la Tierra a una distancia relativamente cercana. Estos satélites de órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés) son muy útiles para la observación de la Tierra, ya que sirven para fines que van desde la observación del clima hasta las telecomunicaciones y la defensa, y su demanda crece con rapidez. La fabricación en serie de cientos de satélites LEO para megaconstelaciones exigirá unos requisitos más estrictos en cuanto al tiempo y el coste de fabricación, así como respecto al coste de funcionamiento y vida útil. La revolucionaria tecnología de los propulsores de plasma helicoidales (HPT, por sus siglas en inglés) —un tipo avanzado de propulsión eléctrica (PE) en fase de desarrollo— podría satisfacer estos requisitos. El equipo del proyecto HIPATIA, financiado con fondos europeos, ha hecho avanzar la tecnología de HPT y ha logrado un sistema de propulsión completo, lo que acerca este prometedor tipo de propulsores al mercado y al espacio.
PE sin electrodos ni electrónica compleja
Todos los sistemas de propulsión se basan en la tercera ley del movimiento de Newton: expulsar algo en una dirección para moverse en la dirección opuesta. La propulsión química convencional se basa en la combustión. El chorro de escape expulsado desplaza el satélite, pero para ello se necesita una cantidad considerable de propulsante, lo que supone no solo peso, sino un mayor riesgo, ya que el propulsante es altamente inflamable. Los nuevos sistemas eléctricos de PE utilizan mucho menos propulsantes, pero se enfrentan a otros retos. En la actualidad, los propulsores electrostáticos ionizan los gases nobles mediante descargas electrostáticas. La eyección de las partículas ionizadas produce empuje, pero la ionización requiere electrodos difíciles de fabricar y manejar, así como una electrónica compleja para producir tensiones altas. «La tecnología de HPT ioniza el propulsante para producir plasma caliente mediante un campo electromagnético de radiofrecuencia creado por una antena y unos imanes. Desaparecen los electrodos y la electrónica compleja, lo que simplifica el sistema y permite una mayor vida útil, al tiempo que facilita su producción y abarata y acelera su integración», explica la coordinadora del proyecto, Mercedes Ruiz, de Sener.
Los avances y nuevos desarrollos permiten la integración y las pruebas
El equipo de HIPATIA comenzó con un HPT desarrollado hasta un nivel de preparación tecnológica (TRL, por sus siglas en inglés) intermedio. El resto de los componentes del sistema de propulsión —críticos para su funcionamiento— no se habían tenido en cuenta. Una campaña que combinaba modelización y ensayos permitió al consorcio avanzar en el TRL del HPT y desarrollar e integrar componentes críticos. La unidad de control del propulsante controla la presión del propulsante y el flujo másico. La unidad de generación de radiofrecuencia y potencia ioniza el propulsante y acelera el plasma para que salga del propulsor a gran velocidad. «HIPATIA condujo a dos exitosas campañas de pruebas de acoplamiento del sistema completo de propulsión de plasma helicoidal, lo que lo acerco mucho más a su aplicación en el mercado», afirma Ruiz.
Impulso hacia el mercado, aceleración de la innovación y nuevas misiones
«Estoy muy orgullosa del equipo de HIPATIA: Sener, la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M), Airbus Defence and Space, el Centro Nacional de Investigación Científica (CNRS) francés y Advanced Space Technologies. A pesar de comenzar el proyecto durante la pandemia de COVID-19, trabajamos juntos muy bien para avanzar y cumplir los objetivos del proyecto», señala Ruiz. No solo se avanzó considerablemente en el TRL y el nivel de integración del sistema, sino que «con la modelización, la simulación y las pruebas avanzadas se mejoró la comprensión de la física que subyace a este tipo de dispositivo de plasma. Ha dado lugar a nuevas vías para aumentar la eficiencia que son la base de un nuevo diseño de propulsor que estamos caracterizando actualmente», afirma Ruiz. Los avances de HIPATIA acercan los propulsores de radiofrecuencia al mercado. Proporcionarán a la industria aeroespacial sistemas de PE más sencillos y versátiles, lo que podría allanar el camino a nuevas misiones.
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