La mejora de la propulsión eléctrica de baja potencia resulta prometedora para las futuras redes de satélites
La industria de los satélites evoluciona rápidamente, sobre todo en los sectores de órbita terrestre baja y media (LEO/MEO, por sus siglas en inglés), lo cual empuja a Europa a innovar con rapidez para mejorar su posición estratégica a escala mundial. Alcanzar un alto rendimiento, compatibilidad con la producción en serie, adaptabilidad rápida y precios competitivos son cruciales para el éxito de Europa en el mercado de satélites. Para atender eficazmente a este mercado objetivo, los sistemas de propulsión eléctrica de baja potencia deben ser muy flexibles, capaces de funcionar con propulsantes de xenón y criptón en una amplia gama de potencias, de hasta 1 kW.
Los albores de los sistemas de propulsión de baja potencia
Basándose en los éxitos de CHEOPS I, el equipo del proyecto CHEOPS LOW POWER, financiado con fondos europeos, pretende lograr avances graduales en el primer sistema europeo de propulsión eléctrica de bajo consumo para principios de 2025. La investigación se centra en componentes clave como la unidad de propulsión de efecto Hall y el sistema de gestión de fluidos, que alcanzan el nivel de preparación tecnológica (NPT) siete, así como la unidad de procesamiento de energía, que alcanza el NPT seis. «Tratamos de superar los retos relacionados con la compacidad, la modularidad, la prolongación de la vida útil, los bajos costes y los altos índices de producción, así como la gestión flexible del propulsante», señala Vanessa Vial, coordinadora del proyecto. «También tenemos como objetivo la introducción de una estrategia de cualificación de la unidad de propulsión para reducir los costes recurrentes mediante un método estandarizado para todos los clientes». Para lograr estos objetivos, el equipo de CHEOPS LOW POWER está adoptando una estrategia de diseño en función de los costes, usando componentes comerciales y aplicando métodos de producción ajustada. Pretende aprovechar las nuevas tecnologías y desarrollar herramientas avanzadas de diseño numérico de la propulsión eléctrica para predecir mejor el rendimiento y el comportamiento de los propulsores en sus entornos operativos. Además, los investigadores tratarán de normalizar los diagnósticos de los propulsores de efecto Hall, sentando las bases para su próxima demostración en órbita.
Acelerar la innovación en la propulsión eléctrica de baja potencia
Al final de la primera fase del proyecto, las pruebas funcionales y mecánicas han confirmado que la unidad propulsora, la unidad de procesamiento de energía y el sistema de gestión de fluidos son compatibles tanto con propulsantes de xenón como de criptón, alcanzando una potencia de hasta 1 kW. Su rendimiento cumplió e, incluso, superó las referencias actuales en este ámbito. Se ha alcanzado un hito importante gracias a la finalización con éxito de la revisión del diseño funcional del sistema de propulsión eléctrica de baja potencia en 2023. Las pruebas de acoplamiento están previstas para mediados de 2024, y la revisión del estado de cualificación para finales de este año. Los investigadores también han mejorado HYPHEN-2, una plataforma de simulación de propulsores múltiples, mediante la aplicación de nuevos algoritmos que representan con mayor precisión la descarga de plasma, el diseño de los propulsores y las condiciones límite. Las mejoras ampliaron las capacidades de la herramienta para evaluar propulsores alternativos y estimar la vida útil de los sistemas de propulsión. También lograron una reducción significativa del tiempo de simulación en un 33 %. Asimismo, se han perfeccionado y ampliado los métodos de diagnóstico para comprender y analizar mejor los parámetros del plasma en el sistema de propulsión. La espectroscopia de emisión óptica combinada con un modelo radiativo colisional ha demostrado su eficacia durante las campañas de prueba. Los resultados de las pruebas se compararon con los de las mediciones de la sonda Langmuir, revelando un alto grado de similitud en los parámetros internos del plasma obtenidos. «Tales hallazgos subrayan el valor de la espectroscopia de emisión óptica como herramienta diagnóstica no invasiva. Su aplicación en las instalaciones de ensayo y la supervisión en vuelo es prometedora para la detección y el control en tiempo real de cambios de parámetros críticos», explica Vial. Además, la fluorescencia inducida por láser con resolución temporal ha sido fundamental para correlacionar el comportamiento transitorio u oscilatorio de la unidad propulsora con la física subyacente que causa las inestabilidades u oscilaciones. «De aquí a 2025, el proyecto CHEOPS LOW POWER revolucionará los mercados de satélites de LEO/MEO en todo el mundo, en particular el sector de las constelaciones de satélites. Con el tiempo, la iniciativa aspira a transformar el sector del diseño y la fabricación de satélites mediante un planteamiento pionero que integre desde el principio las capacidades de la industria y las necesidades del cliente», concluye Vial.
Palabras clave
CHEOPS LOW POWER, propulsión eléctrica de baja potencia, propulsante, xenón, criptón, propulsor de efecto Hall, constelaciones de satélites
