El xenón pierde terreno frente a un competidor de combustible para satélites más rentable
La cantidad de satélites pequeños que orbitan la Tierra ha aumentado de forma constante durante los últimos diez años gracias a la electrónica en miniatura y la reducción de los costes de lanzamiento. En los años venideros, los operadores de satélites como OneWeb y StarLink planean poner en órbita decenas de miles de satélites en pos de aumentar la cobertura de internet y mejorar la observación de la Tierra. Por lo general, los sistemas de propulsión eléctrica que alimentan estos satélites pequeños incluyen componentes electrónicos complejos y dependen de propergoles gaseosos como el xenón o el criptón, que son caros y escasos.
Una alternativa abundante y rentable a los combustibles para satélites convencionales
En el proyecto iFACT, financiado con fondos europeos, se desarrolló una arquitectura de propulsor novedosa y se introdujo el uso de una alternativa de propergol más barata a fin de aumentar la competitividad en el mercado de la propulsión eléctrica. Sus investigadores recurrieron al yodo, un elemento presente de forma natural en los suelos y los océanos, como sustituto viable del xenón. El empleo del yodo como propergol simplifica sobre manera la arquitectura del subsistema de alimentación de propergol, lo que da lugar a un notable ahorro de costes. Si bien el yodo tiene aproximadamente la misma masa que el xenón, su densidad de almacenamiento es tres veces mayor, lo que contribuye a reducir la masa del subsistema de alimentación. Franz Georg Hey, coordinador del proyecto, comenta: «Hemos desarrollado y demostrado componentes básicos esenciales para fomentar el uso del yodo como propergol en la propulsión eléctrica. Desde 2020, se han construido 3 propulsores diferentes alimentados con yodo (con potencias que van de 10 a 1 000 W), y uno de ellos se ha acoplado con éxito a una plataforma CubeSat diseñada por Endurosat».
Arquitectura optimizada para el yodo
El propulsor de campo de cúspide avanzado (ACFT, por sus siglas en inglés), diseñado por Airbus, es un propulsor eléctrico prometedor que funciona con yodo. El propulsor, que consta de un par de imanes, dos zapatas polares, un ánodo magnético y una cámara de descarga dieléctrica, puede encenderse fácilmente y mantiene una descarga de plasma estable. «El ACFT de 300 W ha funcionado más de 3 000 h en una instalación de vacío compatible con yodo específica desarrollada por el socio del proyecto Aerospazio Technologie, en Italia. Se trata de un gran logro para la propulsión con yodo, ya que demuestra la posibilidad de alimentar un único propulsor con varios kilogramos de yodo», explica Georg Hey. En lo bordes del ánodo, el propergol se alimenta a la cámara de descarga del propulsor. En la salida del propulsor, un cátodo hueco emite electrones para neutralizar el haz de iones extraído y mantener la descarga de plasma. El equipo del proyecto diseñó cátodos huecos que suministran electrones tanto para la generación de plasma como para la neutralización del haz. Al generar grandes cantidades de plasma, los cátodos huecos se autocalientan y ajustan su caída de tensión a fin de proporcionar el calentamiento interno necesario para producir la descarga de iones deseada. Los investigadores también experimentaron con diferentes materiales catódicos para probar su compatibilidad con el yodo. «El aluminato de calcio (C12A7) constituye un material catódico prometedor que, quizá, sea compatible con el yodo. Los iones de yodo con carga positiva, que son acelerados por un campo eléctrico, proporcionan el empuje. Tras salir del motor, los iones de yodo con carga positiva se neutralizan de nuevo al agregar electrones a la corriente para evitar una carga eléctrica negativa en el satélite», explica Georg Hey. Además, este material tiene una función de trabajo menor que el hexaboruro de lantano (LaB6) empleado comúnmente. Por último, el equipo del proyecto ha demostrado que, a presiones parciales bajas, el yodo no degrada el satélite y, por lo tanto, es seguro para su uso como propergol. Las actividades desarrolladas durante el proyecto iFACT proporcionaron datos suficientes sobre el comportamiento del yodo con los materiales empleados en el sistema de propulsión. Los investigadores prevén que el uso del yodo no solo ayude a reducir los costes y la cantidad de combustible, sino que además dé lugar a módulos de propulsión más pequeños y ligeros.
Palabras clave
iFACT, yodo, satélite, xenón, propulsión eléctrica, plasma, cátodo hueco, propulsor de campo de cúspide avanzado
