El desarrollo de nuevos propulsores para satélites que reemplacen a la hidracina tóxica haría que el lanzamiento y manejo de satélites sea más seguro, pero también requiere interrumpir los sistemas actuales. según los investigadores.

A medida que aumenta el número de satélites, también lo hará la cantidad de combustible que usamos para lanzarlos. Y entrar en órbita es solo la mitad de la ecuación. Una vez que un satélite está en posición sobre la Tierra, necesita un método de propulsión para asegurarse de que pueda moverse si es necesario. evitando los desechos espaciales, compensando el arrastre a lo largo del tiempo, e incluso desorbitarse al final de su misión.

El propulsor estándar actual para satélites es combustible a base de hidracina, que es muy tóxico. La exposición a altos niveles de hidracina puede causar una serie de problemas de salud, incluyendo daño al hígado, riñones y sistema nervioso central. Si la hidracina se derrama mientras un satélite todavía está en el suelo, su naturaleza violenta y explosiva puede convertirse en un problema de seguridad pública.

La preparación de un satélite alimentado con hidracina para el espacio es una tarea peligrosa que requiere precauciones especiales para todos los involucrados. incluyendo ropa similar a un traje espacial que asegura, si algo saliera mal, las personas que manipulan el combustible no respirarían el gas en sí. "Se parecen un poco a un hombre Michelin, "dijo el Dr. Norbert Frischauf, socio de la consultora espacial SpaceTec Partners en Bélgica.

Por tanto, no es de extrañar que los ingenieros estén buscando nuevos formas más limpias de lanzar y propulsar satélites que utilizan combustibles no tóxicos. "Es bastante desagradable trabajar con hidracina desde una perspectiva de salud y seguridad, por lo que estamos viendo mucho más interés en este tipo de propulsores, "dijo Erikas Kneižys, Director de diseño en NanoAvionics, un fabricante de equipos para naves espaciales con sede en Europa y EE. UU.

En 2011, la Agencia Europea de Sustancias y Preparados Químicos agregó la hidracina a su lista de `` sustancias extremadamente preocupantes '', lo que significa que su uso pronto podría verse restringido.

CubeSats

NanoAvionics se especializa en tecnología para nanosatélites, incluidos CubeSats, que son satélites en miniatura hechos de unidades en forma de cubo de 10 cm, normalmente construido con componentes estándar y con un peso de alrededor de 1 kg cada uno. A medida que los satélites más pequeños como estos se vuelven más comunes (NanoAvionics dice que ha habido un aumento del 300% en los lanzamientos de satélites pequeños entre 2016 y 2020), es probable que aumente la demanda de propulsores limpios adecuados para ellos.

"Básicamente no había productos cuando se miraba el mercado de CubeSat y cuando se miraba especialmente a la propulsión (química) usando (combustible limpio), ", dijo Kneižys." Así que hemos visto este nicho y comenzamos a trabajar en él ".

A través de un proyecto titulado EPSS, NanoAvionics ha desarrollado un propulsor menos dañino basado en dinitramida de amonio, o ADN, un compuesto hecho de nitrógeno, oxígeno, e hidrógeno, especialmente para satélites pequeños. El sistema se ha integrado en un satélite piloto y se ha sometido a una demostración en órbita.

El nuevo sistema es lo que se conoce como monopropelente, que funciona pasando el combustible sobre un catalizador que hace que se descomponga, produciendo calor y gases que impulsan la nave espacial. Otros sistemas utilizan un bipropelente, en el que dos líquidos se mantienen separados y normalmente se encienden al mezclarse.

El uso de un bipropelente aumenta el riesgo durante la fabricación, dice Kneižys, ya que las dos sustancias podrían entrar en contacto accidentalmente y encenderse antes de lo previsto. "En nuestro monopropelente tienes que recorrer kilómetros para asegurarte de que se queme, por lo que es relativamente benigno y estable en comparación con (la mayoría) de los sistemas bipropelentes, "dijo Kneižys.

Pero no son solo los satélites más pequeños los que podrían beneficiarse de un propulsor no tóxico.

HyproGEO, un proyecto coordinado por la empresa aeroespacial Airbus, también ha desarrollado un sistema de propulsión no tóxico, esta vez centrándose en satélites en órbita geoestacionaria alrededor de la Tierra. Orbitando a los 36, 000 km, estos satélites parecen permanecer en un punto fijo sobre la superficie de la Tierra y generalmente se usan para cosas como comunicaciones y radiodifusión.

"Para llegar allí, se necesita mucha energía, "dice el Dr. Frischauf de SpaceTec Partners, miembro del consorcio HyproGEO.

Ahora, esa energía es proporcionada principalmente por propulsores a base de hidracina. Pero HyproGEO ha desarrollado un sistema de propulsión híbrido que utiliza peróxido de hidrógeno en su lugar. El combustible, que es 98% de peróxido de hidrógeno, en comparación con la solución al 6% o más que usarías para decolorar tu cabello, es muy ácida, pero aún menos riesgoso para trabajar que la hidracina. También se descompone en oxígeno y agua, evitando la liberación de humos nocivos para los seres humanos.

Los satélites geoestacionarios están diseñados para durar una década o más, entonces el propulsor, que también se utiliza para maniobrarlos una vez que están en órbita, debe ser igualmente robusto. "Tienes que asegurarte de que seguirá funcionando después de 15 años, por lo que debería ser un sistema simple, porque si es complicado siempre existe el riesgo de que algo se rompa, "dijo el Dr. Frischauf.

Híbrido

La solución que se le ocurrió a HyproGEO fue utilizar propulsión híbrida, que implica pasar el peróxido de hidrógeno sobre un catalizador para producir oxígeno muy caliente y vapor de agua. Ese oxígeno puede proporcionar la propulsión por sí mismo, o se puede usar para encender otra sustancia para un impulso adicional. "Cuando controlas el flujo de oxígeno, puedes controlar el empuje del motor, "dijo el Dr. Frischauf.

El equipo desarrolló con éxito un motor de prueba para almacenar el nuevo propulsor, mostró que se descompuso como se esperaba, y luego diseñó un motor de cohete usando el combustible. Dado que ese trabajo se completó en 2018, La empresa de defensa noruega Nammo ha utilizado el motor híbrido HyproGEO para lanzar un cohete a 107 km de la superficie de la Tierra en solo tres minutos. una escala de tiempo típica de los cohetes suborbitales que utilizan sistemas de propulsión tradicionales.

El uso de estos nuevos propulsores no solo beneficia a las personas que trabajan con los combustibles tóxicos actuales, También hace que toda la infraestructura sea más eficiente y más barata. Kneižys dice que el sistema EPSS diseñado por NanoAvionics cuesta aproximadamente un tercio de los productos similares que utilizan propulsores tradicionales.

Con todos esos beneficios, ¿Qué está frenando a estos nuevos propulsores? Para uno, Los sistemas de propulsión híbridos tradicionalmente no han sido capaces de disparar de larga duración necesarios para poner satélites en órbita geoestacionaria, un problema que HyproGEO logró superar.

Y la industria ya tiene procedimientos establecidos para lidiar con combustibles tradicionales como la hidracina; la transición a algo nuevo requiere interrumpir esos sistemas, dijo el Dr. Frischauf. "Siempre se necesita un poco de ímpetu, un pequeño impulso para asegurarnos de que la nueva tecnología pueda prevalecer ".