Definir el futuro de la propulsión eléctrica para el transporte y las operaciones espaciales
Para que un satélite alcance su órbita operativa y mantenga su posición en el espacio, este tiene que poder maniobrar utilizando sus propios propulsores. Tradicionalmente, esto se ha logrado utilizando sistemas de propulsión química. Sin embargo, las tornas están cambiando. La propulsión química es capaz de producir el enorme empuje necesario para poner en órbita un satélite, aunque es menos eficaz para propulsar el satélite una vez que está en el espacio. Es más, los propergoles químicos y la estructura de almacenamiento empleada en los sistemas de propulsión química son complejos y caros. Una posible alternativa es un sistema de propulsión eléctrica (EPS, por sus siglas en inglés), ya que reduce la cantidad de propergol necesario para una aplicación determinada al lograr el empuje con altas velocidades de escape. Cualquier reducción de la masa del propergol puede disminuir drásticamente la masa de lanzamiento de una nave espacial o un satélite. Esto a su vez permite utilizar vehículos de lanzamiento más pequeños para enviar una masa deseada a una órbita determinada o a un objetivo del espacio profundo, todo lo cual reduce los costes de la misión en su conjunto. A pesar de este potencial, el EPS carece aún del rendimiento o los niveles de madurez tecnológica necesarios para su uso a gran escala. La excepción es la tecnología de propulsión de efecto Hall, en la que se centra el proyecto financiado con fondos europeos CHEOPS (Consortium for Hall Effect Orbital Propulsion System). Idris Habbassi, coordinador del proyecto CHEOPS y jefe de programas de investigación y tecnología sobre EPS espaciales en Safran, comenta: «En lo que respecta a una alta densidad de empuje, la tecnología de propulsión de efecto Hall está a la vanguardia. Desde el propulsor hasta el cátodo, la unidad de proceso de potencia y el sistema de gestión de flujo, este proyecto se propuso brindar los cambios tecnológicos incrementales necesarios para mejorar el estado actual de la tecnología de los EPS». El consorcio CHEOPS, dirigido por Safran Aircraft Engines, reúne a algunos de los principales fabricantes de satélites de Europa, incluidos Airbus Space, OHB System y Thales Alenia Space, así como a representantes de la cadena de suministro de EPS y del mundo académico.
Mejora de los propulsores de efecto Hall
Los propulsores de efecto Hall (HET, por sus siglas en inglés) emplean un campo magnético para limitar el movimiento axial de los electrones y, a continuación, utilizan este movimiento para ionizar el propergol, acelerar los iones para producir empuje y neutralizarlos en el penacho de escape. Durante el proyecto CHEOPS, el objetivo de los investigadores era desarrollar tres EPS diferentes basados en el HET, a saber: un EPS de baja potencia para aplicaciones en órbitas terrestres bajas, un EPS de modo dual para aplicaciones geosincrónicas y un EPS de alto empuje de 20 kW para aplicaciones de exploración. «Cada uno de estos HET propuestos están siendo desarrollados según las necesidades del mercado y aplicando cambios tecnológicos incrementales a los productos EPS existentes», explica Habbassi. Otro trabajo supuso el desarrollo de herramientas avanzadas de diseño numérico para la propulsión eléctrica. Habbassi añade: «Estas herramientas mejoran nuestra comprensión del comportamiento y las interacciones observables con la plataforma satelital y predicen el rendimiento de un diseño determinado. Esto incluye el uso de propulsores alternativos y la capacidad de calcular la vida útil de un sistema».
Más allá del estado actual de la tecnología
El proyecto logró mejorar el estado actual de la tecnología de propulsión espacial. Habbassi explica: «CHEOPS desarrolló tecnologías complejas que fomentarán nuevos tipos de misiones espaciales futuras al permitir el uso de naves espaciales más pequeñas que transporten cargas útiles más grandes y sofisticadas. De esta manera, hemos mejorado la competitividad europea en los sistemas de propulsión eléctrica a escala mundial». Todos los socios del consorcio trabajan actualmente en perfeccionar las tecnologías para su uso en misiones espaciales futuras y para cumplir con todos los requisitos comerciales y normativos.
Palabras clave
CHEOPS, espacio, sistema de propulsión eléctrica, satélite, sistema de propulsión química, tecnología de propulsión de efecto Hall, Safran, Airbus, OHB System, Thales, propulsores de efecto Hall