Propulsor electromagnético de nueva generación para satélites de órbita terrestre baja
El crecimiento del mercado mundial de pequeños satélites de órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés) crece con rapidez, con un despliegue cada vez mayor en constelaciones. Entre 2011 y 2020, se lanzaron alrededor de 3 000 pequeños satélites en todo el mundo, y otros 2 304 solo en 2022, lo que supone un aumento del 30 % respecto al año anterior. La innovación en tecnologías de propulsión desempeñará un papel fundamental para aumentar la independencia y competitividad de Europa en este sector tan importante desde el punto de vista socioeconómico. Aunque la propulsión química de los pequeños satélites ha sido históricamente la más común, las tecnologías de propulsión eléctrica se utilizan cada vez más y acaparan una gran atención. Uno de los principales objetivos de los sistemas de propulsión eléctrica de nueva generación es reducir su coste y complejidad y aumentar su vida útil. El equipo del proyecto HEMPT-NG2, financiado con fondos europeos, abordó ambos objetivos con su avanzado propulsor electromagnético. Sus importantes ventajas respecto a los sistemas de propulsión electrostática disponibles en la actualidad (reducción notable del consumo de propulsante, mayor vida útil y mínima complejidad) podrían impulsar la competitividad europea en el mercado de los pequeños satélites.
Avances en un propulsor de plasma de última generación
El propulsor de plasma multietapa de alta eficiencia del proyecto está diseñado para mover un satélite ionizando y acelerando un propulsante mediante la acción combinada de campos eléctricos y magnéticos. Permitirá a los satélites corregir su posición en órbita (mantenimiento en posición) o cambiar de órbita (maniobras orbitales). El equipo de HEMPT-NG2 se centró en avanzar en la madurez del propulsor de plasma, creado en el contexto del proyecto HEMPT-NG. Para alcanzar los objetivos del proyecto, los investigadores emplearon una campaña que combinaba simulación y experimentación. A ello contribuyó el diseño de herramientas de prueba específicas aplicadas en los procedimientos de montaje, integración y ensayo (AIT, por sus siglas en inglés).
Mayor eficiencia y vida útil a un coste menor
Los imanes permanentes que confinan el plasma son esenciales para la tecnología de propulsión iónica del propulsor de alta eficiencia. Según el coordinador del proyecto, Peter Holtmann, de Thales (Alemania): «Sus celdas magnéticas, dispuestas en una configuración de espejo cúspide, permiten atrapar con eficacia los electrones del plasma. Esto evita que los electrones entren en contacto con las paredes del canal de descarga, lo que reduce la erosión y prolonga la vida útil y la estabilidad operativa del propulsor». Además, el confinamiento de electrones eficaz permite una eficacia elevada de ionización y una pérdida de electrones (corriente) insignificante. La pequeña corriente de electrones de arranque procedente del cátodo se amplifica mediante una «avalancha de ionización», de modo que el plasma se mantiene con un aporte mínimo de energía eléctrica. Los altas tensiones de aceleración del propulsor de plasma permiten un mayor impulso específico (una medida de la eficacia con la que la energía del propulsante se convierte en empuje), lo que reduce notablemente el consumo de propulsante y, por tanto, la masa de propulsante que debe almacenarse a bordo. Además, «el propulsor flexible de plasma multietapa de alta eficiencia permite realizar múltiples tareas espaciales diferentes con el mismo propulsor y puede funcionar tanto con xenón convencional como con propulsantes de criptón mucho menos caros», añade Holtmann.
Allanar el camino hacia el mercado de constelaciones de satélites LEO
En conjunto, los avances del equipo de HEMPT-NG2 han dado lugar a un diseño robusto de gran eficacia y a una reducción del coste total del sistema de propulsión eléctrica. El módulo universal de propulsión LEO se optimizó para la fabricación en serie y se realizó un análisis de mercado, lo que allanó el camino para la comercialización del propulsor de plasma de alta eficiencia e impulsó la competitividad de Europa en el sector de los pequeños satélites.
Palabras clave
HEMPT-NG2, propulsor, plasma, propulsión, propulsor de plasma, propulsante, propulsión eléctrica, LEO, pequeños satélites, órbita terrestre baja, mantenimiento en posición
