Un cohete sube al espacio con una vela de arrastre. ¿La meta? Para que la vela de arrastre traiga el cohete de regreso a la Tierra, evitando que se convierta en como los miles de pedazos de basura espacial en la órbita inferior de la Tierra.

La vela de arrastre desarrollado por ingenieros de la Universidad de Purdue, estará a bordo de un cohete Firefly Aerospace que se lanzará en noviembre desde la Base de la Fuerza Aérea Vandenberg en California.

Esta vela y otras seis cargas útiles de "Dedicated Research and Education Accelerator Mission" (DREAM) están volando en el lanzamiento Alpha de Firefly Aerospace, el primer vuelo de la empresa de vehículos de lanzamiento.

"Las órbitas de alto valor alrededor de la Tierra se están congestionando, "dijo David Spencer, profesor adjunto adjunto de aeronáutica y astronáutica de Purdue y director de misión de la Campaña de retorno de muestras de Marte en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA.

"Si no sacamos de órbita los satélites u otros componentes del vehículo de lanzamiento, luego, eventualmente, las órbitas altamente utilizadas se volverán inutilizables para otros sistemas espaciales, "Dijo." La tecnología de velas de arrastre está diseñada para lanzarse con una nave espacial o vehículo de lanzamiento y desplegarse al final de la misión del vehículo anfitrión. El arrastre proporcionado por la atmósfera terrestre acelerará la desorbita del vehículo ".

Llamado "Spinnaker3, "Esta vela de arrastre no es la primera en ser lanzada al espacio. Pero está entre las primeras en ser lo suficientemente grande como para desorbitar la etapa superior de un vehículo de lanzamiento. El lanzamiento del Firefly Alpha tendrá como objetivo una altitud de órbita de aproximadamente 200 millas, pero la vela de arrastre Spinnaker3 es capaz de proporcionar la capacidad de desorbitar desde altitudes orbitales de 400 millas o más.

Esto es gracias a las botavaras de fibra de carbono de 3 metros de largo (de ahí el "3" en el nombre) que sacan una vela con un área de 194 pies cuadrados.

La vela en sí está hecha de un material translúcido reluciente, una poliimida fluorada llamada CP-1, producido por la empresa NeXolve. El material está diseñado para resistir la degradación del oxígeno monoatómico en la órbita terrestre baja.

El ingeniero de laboratorio de la nave espacial Purdue, Anthony Cofer, dirigió el diseño y las pruebas del ensamblaje de la vela de arrastre.

"Esta vela de arrastre tiene botavaras como las de un velero, pero navegar por el espacio es muy diferente. Las botavaras de las velas de arrastre deben ser extremadamente ligeras, y deben guardarse en un volumen reducido, "Cofer dijo." Una vez desplegado, la vela necesita mantener su integridad durante la fase de desorbitación, que pueden ser meses o años ".

Los vehículos de lanzamiento y otras naves espaciales suelen desorbitar por sí mismos utilizando propulsor, pero estas necesidades de propulsores limitan la masa de carga útil que un vehículo de lanzamiento puede llevar al espacio. Las velas de arrastre utilizan arrastre de atmósfera para hacer el trabajo, ahorrando valioso propulsor y reduciendo la masa total del vehículo.

Los vehículos espaciales de EE. UU. Deben abandonar la órbita dentro de los 25 años posteriores al final de la misión. Si un satélite o vehículo de lanzamiento deja de funcionar, no puede usar propulsor para desorbitar. Una vela de arrastre ayuda pasivamente a la nave espacial a desorbitar incluso si no funciona o no tiene propulsor.

El lanzamiento de Firefly Aerospace Alpha será una prueba de qué tan bien el prototipo Spinnaker3 ayuda a que la etapa del vehículo de lanzamiento abandone la órbita.

"Muchas cosas podrían desorbitarse por sí solas en unos cien años, pero eso no nos sirve de nada. Queremos apresurar esa salida de órbita con una vela de arrastre, "dijo Arly Black, un Ph.D. de Purdue candidato en aeronáutica y astronáutica, que realizó pruebas del sistema y análisis de rendimiento para Spinnaker3.

"Teniendo en cuenta las condiciones atmosféricas previstas para noviembre, el vehículo de lanzamiento de Firefly Aerospace podría desorbitar por sí solo a una altitud baja de aproximadamente 200 millas en 25 días. Usando Spinnaker3, el proceso de desorbitación podría acortarse a 15 días ".

Desorbitar sin vela en 25 días ya es un tiempo razonable para bajas altitudes, Black dijo, pero a medida que aumenta la altitud de lanzamiento, también lo hace el tiempo de desorbitación, aumentando la probabilidad de colisión con otros objetos. Acelerar ese tiempo de salida de órbita con una vela de arrastre marcaría una gran diferencia.

Spinnaker3 es un prototipo para una línea de productos de velas de arrastre que está siendo desarrollado por Vestigo Aerospace LLC, una empresa de nueva creación fundada por Spencer. La idea es desarrollar velas de arrastre de diferentes tamaños y longitudes de botavara adaptadas al tipo de nave espacial. La tecnología tiene licencia de Purdue Research Foundation. Spencer ha trabajado con Purdue Foundry en el desarrollo del modelo de negocio para la puesta en marcha.

La línea de productos también incluye una vela Spinnaker1, que tiene barreras de 1 metro de largo diseñadas para desorbitar satélites más pequeños como CubeSats que se utilizan para la investigación espacial.

Spencer dirigió el desarrollo anual de Spinnaker3 por parte de los estudiantes, profesores y personal del Laboratorio de Proyectos de Vuelos Espaciales de Purdue. El desarrollo de la vela de arrastre también incluyó contribuciones de 18 estudiantes de pregrado y posgrado como parte de un curso sobre proyectos de vuelos espaciales.

Las pruebas de laboratorio de Spinnaker3 en Purdue se completaron en la primavera. Un equipo de la Universidad Politécnica Estatal de California, San Luis Obispo contribuyó con una unidad de aviónica que proporciona energía y comunicaciones para la carga útil, así como la capacidad de imágenes que permitirá que las fotos de la vela se transmitan a la Tierra después del despliegue.

Vestigo Aerospace se asoció con Purdue para un premio SBIR de la Fase I de la NASA y recientemente se le otorgó una investigación de la Fase II de dos años para avanzar en la tecnología de velas de arrastre. La investigadora principal de Purdue para el SBIR es Alina Alexeenko, profesor de la Escuela de Aeronáutica y Astronáutica.