Cómo hacer que los satélites sean más seguros

A medida que aumenta el número de satélites, también lo hará la cantidad de combustible que usamos para lanzarlos. Y entrar en órbita es solo la mitad de la ecuación.

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Una vez que un satélite está en posición sobre la Tierra, necesita un método de propulsión para asegurarse de que puede moverse si es necesario, evitando los desechos espaciales, compensando el arrastre con el tiempo e incluso desorbitando al final de su misión.


El propulsor estándar actual para satélites es el combustible a base de hidrazina, que es altamente tóxico. La exposición a altos niveles de hidrazina puede causar una serie de problemas de salud, incluidos daños en el hígado, los riñones y el sistema nervioso central. Si la hidrazina se derrama mientras un satélite todavía está en el suelo, su naturaleza violenta y explosiva puede convertirse en un problema de seguridad pública.

Preparar un satélite alimentado por hidrazina para el espacio es una tarea peligrosa que requiere precauciones especiales para cualquier persona involucrada, incluida la vestimenta o traje espacial que asegura que, si algo saliera mal, aquellos que manejan el combustible no respirarían el gas. "Se parecen un poco a un hombre de Michelin", dijo el Dr. Norbert Frischauf, socio de la consultora espacial SpaceTec Partners en Bélgica.

Por tanto, no sorprende que los ingenieros estén buscando formas nuevas y más limpias de lanzar y propulsar satélites que utilicen combustibles no tóxicos. "Es bastante desagradable trabajar con la hidrazina desde una perspectiva de salud y seguridad, por lo que estamos viendo mucho más interés en este tipo de propulsores", comentó Erikas Kneižys, director de diseño de NanoAvionics, fabricante de equipos de naves espaciales con sede en Europa y NOS.

En 2011, la Agencia Europea de Sustancias Químicas agregó hidrazina a su lista de "sustancias muy preocupantes", lo que significa que su uso pronto podría restringirse.

 

CuboSats

NanoAvionics se especializa en tecnología para nanosatélites, incluidos CubeSats, que son satélites en miniatura hechos de unidades en forma de cubo de 10 cm, construidos con componentes listos para usar y que pesan alrededor de 1 kg cada uno. A medida que satélites tan pequeños como estos se han vuelto más comunes, NanoAvionics dice que ha habido un aumento del 300% en los pequeños lanzamientos de satélites entre 2016 y 2020 y es probable que aumente la demanda de propulsores limpios adecuados para ellos.

"Básicamente no había productos cuando se miraba el mercado de CubeSat y especialmente la propulsión química usando combustible limpio", aclara Kneižys. "Así que hemos visto este nicho y empezamos a trabajar en él".

A través de un proyecto titulado EPSS, NanoAvionics ha desarrollado un propulsor menos dañino basado en dinitramida de amonio o ADN, un compuesto de nitrógeno, oxígeno e hidrógeno, diseñado especialmente para satélites pequeños. El sistema se ha integrado en un satélite piloto y se ha sometido a una demostración en órbita.

El nuevo sistema es lo que se conoce como un monopropelente, que funciona al pasar el combustible sobre un catalizador que hace que se descomponga, produciendo calor y gases que impulsan la nave espacial. Otros sistemas usan un bipropelente, en el que dos líquidos se mantienen separados y generalmente se encienden al mezclar.

El uso de un bipropelente aumenta el riesgo durante la fabricación, expone Kneižys, ya que las dos sustancias pueden entrar en contacto accidentalmente y encenderse antes de lo que se supone. "En nuestro monopropelente, tienes que recorrer kilómetros para asegurarte de que se quema, por lo que es relativamente benigno y estable en comparación con (la mayoría) de los sistemas bipropelentes".

Pero no son solo los satélites más pequeños los que podrían beneficiarse del propulsor no tóxico.

HyproGEO, un proyecto coordinado por la compañía aeroespacial Airbus, también ha desarrollado un sistema de propulsión no tóxico, esta vez centrado en satélites en órbita geoestacionaria alrededor de la Tierra. Orbitando a 36.000 km, estos satélites parecen permanecer en un punto fijo sobre la superficie de la Tierra y generalmente se usan para cosas como comunicaciones y transmisión.

"Para llegar allí, se necesita mucha energía", dice el Dr. Frischauf de SpaceTec Partners, miembro del consorcio HyproGEO.

En este momento, esa energía es provista principalmente por propulsores a base de hidrazina. Pero HyproGEO ha desarrollado un sistema de propulsión híbrido que utiliza peróxido de hidrógeno en su lugar. El combustible, que es 98% de peróxido de hidrógeno, en comparación con la solución de aproximadamente 6% que usarías para decolorar tu cabello, es altamente ácido, pero sigue siendo menos peligroso para trabajar que la hidrazina. También se descompone en oxígeno y agua, evitando la liberación de humos que son perjudiciales para los humanos.

Los satélites geoestacionarios están diseñados para durar una década o más, por lo que el propulsor, que también se utiliza para maniobrarlos una vez que están en órbita, debe ser igualmente robusto. "Debe asegurarse de que seguirá funcionando después de 15 años, por lo que debería ser un sistema simple, porque si es complicado siempre existe el riesgo de que algo se rompa", comenta Frischauf.


Híbrido

La solución que se le ocurrió a HyproGEO fue usar propulsión híbrida, que implica pasar el peróxido de hidrógeno sobre un catalizador para producir oxígeno muy caliente, así como vapor de agua. Ese oxígeno puede proporcionar la propulsión por sí mismo, o puede usarse para encender otra sustancia para un impulso adicional. "Cuando controlas el flujo de oxígeno, puedes controlar el empuje del motor", comenta Frischauf.

El equipo, que desarrolló con éxito un motor de prueba para almacenar el nuevo propulsor, demostró que se descompuso como se esperaba y luego diseñó un motor de cohete con el combustible. Desde que ese trabajo se completó en 2018, la compañía de defensa noruega Nammo ha utilizado el motor híbrido HyproGEO para lanzar un cohete a 107 km de la superficie de la Tierra en solo tres minutos, una escala de tiempo similar a la de los cohetes suborbitales que utilizan sistemas de propulsión tradicionales.

 

El uso de estos nuevos propulsores no solo beneficia a las personas que trabajan con los combustibles tóxicos actuales, sino que también hace que toda la infraestructura sea más eficiente y más barata. Kneižys dice que el sistema EPSS diseñado por NanoAvionics cuesta aproximadamente un tercio de los productos que usan propulsores tradicionales.

Con todos esos beneficios, ¿qué está frenando estos nuevos propulsores? Por un lado, los sistemas de propulsión híbridos no han sido capaces de contar con larga duración para poner los satélites en órbita geoestacionaria, un problema que HyproGEO logró superar.

Y la industria ya tiene procedimientos establecidos para lidiar con los combustibles tradicionales como la hidrazina: la transición a algo nuevo requiere la interrupción de esos sistemas, afirma Frischauf. "Siempre se necesita un poco de impulso, un poco de impulso para garantizar que la nueva tecnología pueda prevalecer".

 

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