Tecnología de control térmico para conjuntos de antenas satelitales en fase activa
El sector de las telecomunicaciones por satélite está experimentando un importante crecimiento, ya que iniciativas e innovaciones como la red 5G y la tecnología del internet de las cosas requieren un aumento de la transmisión de datos. «Los conjuntos de antenas en fase activa ofrecen la única solución práctica a largo plazo para aumentar la capacidad, pero los sistemas actuales de control térmico no logran hacer frente al incremento de calor generado», afirma Nuria Roldán, coordinadora del proyecto IMPACTA, financiado con fondos europeos. El equipo de IMPACTA ha desarrollado una tecnología de control térmico basada en circuitos de bombeo mecánico (MPL, por sus siglas en inglés) que podría satisfacer las necesidades de futuras misiones espaciales. Aunque estos sistemas se conocen ya desde hace tiempo, su complejidad había resultado prohibitiva. En el marco de IMPACTA, se fabricó y probó un demostrador MPL a fin de verificar que podía evacuar casi 10 kW de calor, a una temperatura estable de 2 °C. «El sistema funcionó según lo previsto, y logró inspirar confianza tanto en su diseño como en las predicciones de rendimiento en órbita para futuras misiones», añade Roldán.
Control de temperatura preciso
Según Roldán, se espera que alrededor de la mitad de los satélites geoestacionarios de telecomunicaciones actuales se sometan a mejoras que aumentarán de manera significativa sus demandas de energía. Un conjunto de antenas en fase activa controlado por ordenador, al dirigir electrónicamente un haz de ondas de radio en distintas direcciones sin desplazar las antenas, es capaz de transmitir hasta varios terabytes por segundo de datos en zonas extensas. Sin embargo, estos sistemas tienen muchas fuentes de calor, que presentan elevados flujos de calor locales y tasas de disipación globales. «Las tecnologías de refrigeración actuales, como los tubos de calor, no logran hacer frente a estas condiciones térmicas. A diferencia de estos últimos, un MPL bifásico consta de un circuito cerrado, donde el calor de la antena activa es absorbido por un refrigerante que se convierte parcialmente en vapor, luego fluye hacia el radiador/condensador donde el calor se irradia al espacio, mientras que el vapor se convierte en líquido», explica Roldán. Además de una refrigeración eficaz, este proceso crea condiciones casi isotérmicas en las cuales los cambios en otros aspectos, como la presión, no provocan cambios de temperatura.
Prueba positiva
En el demostrador del proyecto, varios evaporadores y un intercambiador de calor que sustituía al disipador de calor (un radiador) representaron la fuente de calor (la antena activa, activa porque necesita energía). Se realizaron pruebas funcionales junto con pruebas ambientales en una cámara de vacío térmico. «La tecnología IMPACTA podía enfriar una carga térmica de 9,8 kW dividida en 10 ramas paralelas, cada una con 10 fuentes de calor. En la condición de estado estacionario estudiada, la uniformidad de la temperatura sobre las fuentes de calor es mejor que 2 °C, en cualquier situación», explica Roldán. En un conjunto de antenas en funcionamiento, el calor puede distribuirse de forma desigual por las distintas ramas. Las pruebas llevadas a cabo por el equipo de IMPACTA demostraron que, incluso en el caso extremo de tener la mitad de las ramas apagadas y la otra mitad a pleno rendimiento, las temperaturas se mantenían estables. «El sistema puede funcionar en tres posiciones diferentes, con resultados similares en las pruebas, lo cual indica que no es sensible a la gravedad», añade Roldán. El equipo pudo utilizar estos resultados para verificar los parámetros de su diseño modelizado por ordenador para lograr un sistema IMPACTA completo.
Una tecnología para la próxima generación de satélites de telecomunicaciones
La labor realizada en el marco de IMPACTA contribuye a dar forma al futuro de la tecnología por satélite, que constituye la base de la infraestructura de telecomunicaciones y proporciona servicios directos como la radiodifusión televisiva, las comunicaciones móviles y el acceso a internet. Tras el proyecto IMPACTA, su equipo ha completado un modelo que demuestra las funciones críticas de su tecnología en un entorno operativo. «Lo siguiente es demostrar la tecnología en vuelo. También necesitamos un diseño más ligero, con mayores controles de limpieza y seguridad, para cumplir las normas espaciales. Así que trabajaremos en ello», señala Roldán. Además, el equipo está estudiando posibles actividades derivadas, como la utilización de su sistema de control térmico para la energía solar espacial o los centros de procesamiento de datos.
Palabras clave
IMPACTA, satélite, antena, térmico, espacio, telecomunicaciones, datos, ondas de radio, refrigeración, internet
