El accionamiento directo mejora el rendimiento de la propulsión eléctrica solar en una nave espacial
La propulsión eléctrica es fundamental para el futuro de las naves espaciales, ya que posibilita un gran ahorro en volumen de propergol. Existen diversos propulsores eléctricos en el mercado que utilizan propergoles, como el gas xenón, y energía solar suministrada por paneles a bordo para generar electricidad. Sin embargo, la tecnología actual requiere convertidores de alimentación de gran tamaño para suministrar electricidad a una determinada potencia. En el proyecto EDDA, financiado con fondos europeos, se probó cómo la arquitectura de accionamiento directo puede evitar la necesidad de un convertidor de potencial en varios propulsores comerciales, ya que son alimentados directamente por un panel solar a bordo de alta tensión que suministra hasta 400 V.
Rendimiento de los propulsores en misiones espaciales simuladas
La tecnología actual requiere un convertidor de potencia para elevar la tensión de la propulsión eléctrica a 250 V, o más, y así alimentar los propulsores de las naves espaciales. El equipo de EDDA analizó varias arquitecturas de accionamiento directo y probó una nueva unidad de potencia eléctrica desarrollada por Thales Alenia Space (Bélgica), socio del proyecto. La unidad de potencia está diseñada para funcionar con algunos propulsores existentes y futuros como, por ejemplo, el propulsor de efecto Hall, diseñado por múltiples empresas espaciales, entre ellas el socio del proyecto Sitael, y el propulsor de plasma multietapa de alta eficiencia creado por Thales-D. Gilles Bouhours, coordinador del proyecto, comenta: «En EDDA se integra la alimentación eléctrica y la propulsión. Hoy en día, estos subsistemas están propiamente separados. En el caso de EDDA, la gestión de potencia controla varios propulsores a la vez a fin de optimizar el rendimiento de la alimentación eléctrica y la propulsión». Mediante el empleo de simuladores de paneles solares, se probaron varias veces diferentes propulsores y se evaluó el rendimiento de la propulsión eléctrica de accionamiento directo en simulaciones de misión relacionadas con el lanzamiento, el cambio de órbita y las operaciones estacionarias. Los resultados de las pruebas fueron muy alentadores, ya que se obtuvo casi el 100 % de la energía eléctrica de los paneles, con pérdidas térmicas despreciables. Las simulaciones avanzadas del propulsor se llevaron a cabo en la Universidad Carlos III de Madrid, donde también se analizaron en detalle las oscilaciones de la corriente de descarga. In Extenso Innovation Croissance coordinó la gestión del proyecto.
Aplicaciones de la arquitectura de accionamiento directo
El lanzamiento de naves espaciales es muy caro, por lo que eliminar los convertidores de potencia de la carga útil no solo reduce el coste, sino que además aumenta las capacidades y posibilidades de las naves espaciales con combustible o equipos adicionales. La arquitectura de accionamiento directo tiene tres aplicaciones principales en el mercado. Los satélites de telecomunicaciones en órbita geoestacionaria —los que se encuentran a unos 36 000 km de altura sobre la Tierra— se beneficiarán de las sustanciales reducciones de costes y volumen logradas, ya que será posible un ascenso eléctrico a la órbita más rápido gracias a las tecnologías de propulsión eléctrica maduras. Los servicios en órbita son un mercado emergente. Permiten a las naves espaciales visitar los satélites existentes y satisfacer varias demandas como, por ejemplo, la prolongación de la vida útil, la reubicación de naves espaciales, el mantenimiento con unidades de sustitución orbital y la retirada de residuos. La propulsión eléctrica con accionamiento directo posibilitará la exploración del espacio profundo. Las misiones a la Luna, Marte y los asteroides requieren el transporte de cargas útiles enormes. Para la carga con propulsión eléctrica, esto requiere una gran cantidad de energía para proporcionar empuje. En este sentido, las soluciones de accionamiento directo ayudan a satisfacer esa necesidad. Bouhours comenta: «El objetivo final de EDDA es proporcionar un sistema de propulsión eléctrica solar potente para transportar cualquier carga de una órbita terrestre a otra, o a otro planeta». Los socios del proyecto proceden de cinco empresas y una universidad de Alemania, Bélgica, España, Francia e Italia. Al coordinarse con los fabricantes de los propulsores más utilizados en el espacio, EDDA ha posicionado la tecnología de accionamiento directo para su rápida adopción.
Palabras clave
EDDA, accionamiento directo, nave espacial, tecnología disruptiva, propulsor de plasma multietapa de alta eficiencia, propulsión eléctrica, propulsor de efecto Hall