Nuevo sistema de propulsión para satélites pequeños

Unos ingenieros han ideado y están probando un nuevo sistema de propulsión, alimentada por un solo propergol, que combina la potencia y velocidad de los propulsores químicos convencionales con la precisión y eficiencia de combustible de los propulsores iónicos.

Esta clase de propulsión híbrida podría permitir el diseño de satélites pequeños con mejor movilidad, capaces de realizar maniobras rápidas y enérgicas, así como ajustes más lentos y precisos, según la misión y el momento.

La clave del nuevo sistema reside en un propergol especial que puede alimentar tanto propulsores químicos como propulsores iónicos, los cuales tradicionalmente han requerido fuentes de combustible separadas y una estructura voluminosa.

Este trabajo de investigación y desarrollo lo han realizado Amelia R. Bruno, Matthew N. Corrado y Paulo C. Lozano, todos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos.

Incorporar en un mismo y pequeño sistema propulsión química y propulsión iónica, es combinar lo mejor de ambos mundos, tal como enfatiza Bruno. Esta combinación abre la puerta a lograr satélites más pequeños y más baratos pero capaces de alcanzar objetivos de exploración más ambiciosos, realizar más observaciones y, en definitiva, ejecutar misiones más sofisticadas.

El hallazgo clave en el trabajo de investigación y desarrollo realizado por Bruno y sus colegas es que cierto propergol desarrollado originalmente por la Fuerza Aérea de Estados Unidos para su uso en propulsión química en el espacio también puede hacer funcionar eficazmente pequeños motores de “electrospray” o “electropulverización”. Los propulsores de electrospray son cohetes del tamaño de una moneda que utilizan campos eléctricos para cargar eléctricamente partículas de un propergol líquido, que luego se disparan al espacio como un aerosol generador de empuje.

Los propulsores de electrospray son extremadamente eficientes en cuanto a combustible y pueden ejecutar maniobras lentas y precisas, como empujar una pequeña nave espacial poco a poco a lo largo de un largo viaje interplanetario. Los propulsores químicos, en cambio, requieren un gran suministro de combustible para ejercer un empuje muy fuerte durante periodos muy breves, por ejemplo, para ascender al espacio y descender rápidamente, o para acelerar y desacelerar.

Ahora que el grupo del MIT ha encontrado un propergol que puede alimentar tanto propulsores químicos como de electrospray, la posibilidad de usarlo en naves espaciales pequeñas ha despertado mucho interés. El equipo está colaborando con la NASA para preparar la misión GPDM (Green Propulsion Dual Mode), consistente en un CubeSat del tamaño de un maletín que transportará un propulsor químico y cuatro propulsores de electrospray, todos alimentados por un único tanque de propergol. Esta misión será la primera en probar un sistema de propulsión “dos en uno” para pequeñas naves espaciales. Si tiene éxito, podría allanar el camino para que naves minúsculas exploren más allá de la órbita terrestre con una eficacia similar a la de naves tradicionales más grandes.

Cuatro propulsores de electrospray aportados por el MIT para la futura misión GPDM. (Foto: Amelia Bruno / MIT. CC BY-NC-ND 3.0)

“Podríamos enviar CubeSats a Marte o al cinturón de asteroides. Podrían realizar el viaje lentamente, utilizando propulsores de electrospray”, explica Lozano. “Cuando lo necesitasen, podrían usar sus propulsores químicos para ejecutar maniobras rápidas que les permitieran observar objetivos interesantes imprevistos. En definitiva, esos CubeSats tendrían mucha más flexibilidad en sus operaciones y podrían hacer muchas más cosas”.

Bruno y sus colegas exponen los detalles técnicos de su nuevo sistema híbrido de propulsión en la revista académica Journal of Propulsion and Power, bajo el título “Performance Characterization of Electrospray Thrusters with Energetic Ionic Liquid Monopropellant”. (Fuente: NCYT de Amazings)