Un nuevo sistema de propulsión desarrollado por ingenieros del MIT promete revolucionar la movilidad de satélites tan pequeños como una maleta en el vasto espacio. Esta innovadora tecnología combina la potencia y velocidad de los tradicionales propulsores químicos con la precisión y eficiencia de los propulsores eléctricos.
El avance permitirá diseñar satélites más ágiles y flexibles, capaces de realizar maniobras rápidas y potentes, así como ajustes lentos y precisos, adaptándose a las necesidades específicas de cada misión.
Una combinación eficiente
El núcleo del nuevo sistema radica en un propulsor especial que puede alimentar tanto a los propulsores químicos como a los eléctricos, que hasta ahora requerían fuentes de combustible separadas y voluminosas. “Si puedes tener propulsión química y eléctrica en un solo paquete pequeño, es lo mejor de ambos mundos”, afirma Amelia Bruno, exinvestigadora postdoctoral en el Departamento de Aeronáutica y Astronáutica del MIT. “Esto abre la puerta para que los pequeños satélites realicen más ciencia, más observaciones y misiones más interesantes, todo en una plataforma más pequeña y económica”.
Bruno lidera un estudio publicado esta semana en el Journal of Propulsion and Power, que demuestra cómo un tipo de "monopropelente verde", originalmente desarrollado por la Fuerza Aérea de EE.UU. para la propulsión química en el espacio, también puede impulsar eficazmente pequeños propulsores electrospray. Estos diminutos cohetes utilizan campos eléctricos para cargar las partículas de un propelente líquido, que luego son expulsadas al espacio generando empuje.
Flexibilidad en el espacio
Los propulsores electrospray se destacan por su alta eficiencia energética y su capacidad para realizar maniobras lentas y precisas, ideales para desplazamientos interplanetarios prolongados. En contraste, los propulsores químicos requieren grandes cantidades de combustible para llevar a cabo explosivas ráfagas cortas, necesarias para ascensos rápidos o desaceleraciones bruscas.
Con el descubrimiento de un propelente que puede alimentar ambos tipos de sistemas, el equipo del MIT vislumbra un gran potencial para pequeñas naves espaciales. Actualmente están colaborando con NASA en la misión Green Propulsion Dual Mode, que consistirá en un CubeSat del tamaño de una maleta equipado con un propulsor químico y cuatro electrospray, todos alimentados por un único tanque de propelente. Este será el primer experimento en probar tal sistema dual en naves pequeñas. Si tiene éxito, podría abrir nuevas rutas para la exploración más allá de la órbita terrestre.
Misión hacia nuevos horizontes
"Podríamos enviar CubeSats a Marte o al cinturón de asteroides, donde podrían realizar el viaje lentamente utilizando propulsores electrospray", explica Paulo Lozano, profesor del MIT. "Luego podrías usar tus propulsores químicos para moverte rápidamente hacia características interesantes. Tendrías mucha más flexibilidad para hacer muchas más cosas".
El grupo dirigido por Lozano se especializa en diseñar y probar estos pequeños sistemas de propulsión para satélites que varían desde el tamaño de una caja de almuerzo hasta el de una maleta pequeña. A diferencia de los satélites convencionales, estos microsatélites son significativamente más compactos y económicos para lanzar al espacio.
Iones estables como base tecnológica
A medida que los satélites se hacen más pequeños, también lo deben hacer sus sistemas de propulsión. Los propulsores electrospray desarrollados por Lozano son aproximadamente del tamaño de una uña. Cada uno se sitúa sobre un pequeño reservorio lleno de propelente iónico líquido. Cuando se conecta a una batería, esta suministra voltaje suficiente para cargar eléctricamente las partículas del líquido, que luego son expulsadas como spray generador de empuje.
A lo largo de la última década, Lozano ha probado diversos diseños bajo diferentes condiciones utilizando varios tipos de propelentes líquidos iónicos —una mezcla esencialmente compuesta por sales que pueden permanecer líquidas—. “Los líquidos iónicos son muy estables e incluso pueden mantenerse como líquidos en el espacio”, añade Bruno.
Nuevas posibilidades con ASCENT
En colaboración con la Fuerza Aérea estadounidense, Bruno y Lozano han trabajado con un nuevo tipo de propelente iónico llamado ASCENT, diseñado como alternativa menos tóxica al tradicional hidrazina utilizado en sistemas químicos. “ASCENT resulta ser una mezcla líquida iónica”, explica Bruno. “Y dijimos: eso es lo que normalmente usamos; teóricamente debería funcionar”.
En su reciente estudio, los investigadores probaron electrospray alimentados con ASCENT utilizando pequeños reservorios similares a bloques Lego llenos con 1 gramo del líquido viscoso. Al activar remotamente los propulsores mediante diferentes niveles de voltaje, lograron medir la cantidad exacta de empuje generado durante múltiples ensayos realizados dentro de una cámara al vacío diseñada para simular condiciones espaciales.
Pioneros en tecnología espacial
Los resultados fueron prometedores: ASCENT demostró ser capaz no solo de alimentar cada uno de los electrospray sino también igualar la eficiencia proporcionada por otros líquidos iónicos convencionales utilizados previamente. “Ahora que sabemos que nuestros propulsores funcionan con ASCENT, podemos comenzar a pensar en todas las formas en que podemos mejorarlos aún más”, concluye Bruno.
A medida que este innovador propelente demuestra su eficacia tanto en sistemas químicos como eléctricos, se abre la posibilidad emocionante de utilizar un único tanque para alimentar ambos tipos dentro del compacto sistema dual previsto para el CubeSat. La prueba está programada junto a NASA para noviembre próximo.
"Esta será la primera vez que un satélite tendrá un tanque compartido", dice Lozano, quien destaca cómo esta tecnología podría ser útil no solo para misiones interplanetarias prolongadas sino también para observaciones climáticas cercanas a nuestro planeta.
"Imagina que hay una tormenta inminente; podrías desplegar tu constelación de pequeños satélites sobre una ubicación específica", añade Lozano. "Tendrías la opción de enviarlos rápida o lentamente dependiendo del tipo de observación necesaria". Esta investigación cuenta con apoyo parcial por parte de NASA.
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