Salto industrial en propulsión iónica para nanosatélites

Desde hace años, en el campo de la propulsión espacial se trabaja en el desarrollo de sistemas de propulsión iónica para impulsar satélites. La propulsión iónica es más ligera y barata que otros métodos de propulsión espacial. Se trata de una tecnología que utiliza iones acelerados por campos eléctricos para generar, por el efecto de reacción, un empuje que permite a los satélites alcanzar largas distancias con menor consumo de combustible. Un prototipo de estos sistemas se embarcó en el lanzador Alpha, que puso en órbita dos picosatélites (satélites con pesos menores a 1kg) equipados con los demostradores tecnológicos del motor Athena (Adaptable Thruster based on Electrospray powered by Nanotechnology) desarrollados gracias a la colaboración del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la empresa Ienai Space, en España.

Ahora, la empresa española Ienai Space lidera el proyecto Atalaia, financiado por la Agencia Espacial Española (AEE), que sentará las bases para la producción a gran escala de los sistemas de propulsión eléctrica Athena. Estos motores ofrecen al mercado espacial una tecnología compacta, de alta potencia y capaz de integrarse en satélites de pequeño tamaño. El Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB, adscrito al Centro Nacional de Microelectrónica (CNM) del CSIC) es uno de los colaboradores para la fabricación de los dispositivos de emisión.

El proyecto Atalaia nace con el objetivo de aumentar la producción de propulsores iónicos de alto rendimiento a cientos de unidades al año, reduciendo costes, aumentando la confiabilidad y la reproducibilidad, y mejorando significativamente el rendimiento de los emisores de electrospray, técnica que utiliza campos eléctricos para generar un chorro de iones que acelera el propelente. Para ello, la iniciativa busca integrar tecnologías de fabricación avanzada, como la fabricación aditiva, la sintetización de materiales, la fotónica y la nanotecnología, en la producción de estos propulsores.

Es su desarrollo es clave la participación de IMB que, a través de un contrato de colaboración, desarrollará técnicas alternativas de fabricación para la propulsión de nanosatélites. “Fabricaremos los emisores de electrospray y se investigarán nuevas estrategias de nanoestructuración de superficies que permitan minimizar la complejidad de la fabricación y su coste, así como maximizar la eficiencia de emisión del propelente”, explica Borja Sepúlveda, investigador del IMB que lidera la colaboración.

Módulo del propulsor de electrospray junto a la electrónica de control con dos chips en el centro (solo uno es visible) fabricados en el IMB. (Foto: Ienai Space)

Esta tecnología se manufacturará en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del IMB, que cuenta con una amplia experiencia en procesos de micromecanización profunda de silicio por iones reactivos.

Además, se desarrollarán otras tecnologías que comprenden la fabricación basada en láser y fotónica para componentes, la litografía de dos fotones para geometrías complejas y el moldeo por inyección de cerámica, metales y polímeros de alto rendimiento para mejorar la robustez. Estos avances se llevarán a cabo gracias al trabajo de un equipo multidisciplinar que cuenta con la participación de las empresas Lasing y AldoraTech, y la Universidad Politécnica de Cataluña (UPC).

Tras la certificación, se espera que Athena se convierta en una tecnología de referencia en la propulsión eléctrica de próxima generación.

Ienai Space es pionera en el desarrollo del primer propulsor espacial español completamente eléctrico para nanosatélites y mantiene desde hace años una estrecha colaboración con el IMB. Los primeros emisores del sistema de propulsión ya fueron codesarrollados entre ambas entidades y, fruto de esta relación consolidada, se ha obtenido una patente, transferida a Ienai para su explotación. (Fuente: IMB / CNM / CSIC)