Stellarscout

Por ahora, de 10 a 15 satelites del tamaño de un cubo de Rubik estan orbitando la Tierra. Conocdos como satelites cubicos, o CubeSats (en ingles), estos dispositivos ayudan a los investigadores a realizar observaciones del espacio y algunas caracteristicas de la atmosfera de la Tierra. Una de sus ventajas es que son relativamente baratos de implementas: Mientas el coste del lanzamiento de un cohete vale entre $50 millones y $300 millones, un CubeSat se puede “adosar” en una gran plataforma para cohetes por un coste aprosimado de $40000 . Pero su pequeño tamaño tambien significa que no tiene sistemas de propulsion, por lo cual el satelite tiene que estar colocado en una orbita particular.

Los nuevos propulsores de los investigadores del MIT podrian incrementar el numero de CubeSats en orbita y ampliar el número de tareas que pueden hacer. Diseño: Christine Daniloff

Sin embargo, eso puede cambiar. Paulo Lozano, That could soon change, however. Paulo Lozano, profesor asistente de aeronáutica y astronáutica del MIT, esta diseñando un pequeño sistema de propulsión que podría permitir a los satélites, los cuales pesan en torno a 1 kilogramo y son usados para tareas que no precisan de un control orbital, viajar grandes distancias y realizar tareas mas importantes, tales como buscar planetas fuera del sistema solar. Esta tecnología, la cual se basa en el proceso de extracción y aceleración de iones cargados, pudiendo hacer CubeSats mucho mas útiles para organizaciones o países que hasta ahora han tenido un acceso limitado al espacio.

Durante décadas, el único modo de coger objetos del espacio desde la Tierra — y propulsarlos entonces a través del espacio — era utilizar sistemas de propulsión química. Pero los sistemas requieren mucho combustible y no han sido miniaturizados a una escala similar a los CubeSats. Cambiando el diseño, de la propulsión química a la eléctrica, Lozano ha creado un sistema que produce un empuje mas eficiente — la fuerza creada cuando la masa es acelerada en una determinada dirección — que el  produce u sistema basado en la propulsión química, lo cual produce un bajo empuje por gramo de combustible. Sobre el tamaño del chip de la computadora, el diseño del mini-propulsor también supera las limitaciones del tamaño de la propulsión química y otras formas de propulsión eléctrica porque no requiere de una gran cámara para la combustión o para extraer iones del combustible. Aunque  otros sistemas de propulsión electromagnética han sido desarrollados, el sistema de Lozano se considera superior porque solo usa una fuente de alimentación.

Con la financiación de la Oficina para la Investigación Científica de la Fuerza Aérea (Air Force Office of Scientific Research), Lozano ha estado desarrollando la tecnología para hacer un mini-propulsor. La Fuerza Aerea  y otras agencias del gobierno  están interesadas en el uso de CubSats que se puedan mover por diferentes órbitas en el espacio, y mas específicamente,  que tengan la propulsión requerida para re entrar en la atmósfera terrestre y auto destruirse  una vez acabada su misión para así evitar la basura espacial. El diseño del impulsor requieres que el volumen total del sistema sea menor al 10% del volumen del CubeSat.

“La meta es tener un motor espacial que deje mucho espacio libre para la carga útil del CubeSat”, dijo Lozano. Determinadas misiones requieren propulsión química, como los viajes a la Luna, porque para poder aterrizar en la superficie lunar, la cantidad de fuerza del motor tiene que ser al menor igual al peso del vehículo, un valor que Lozano dice que es “demasiado alto” para los motores impulsados por campos eléctricos. Pero los motores químicos están severamente limitados por el hecho de que la masa del vehículo debe ser fundamentalmente de combustible, lo cual deja muy poco espacio para la carga. Muy a menudo el combustible debe ser  almacenado el contenedores presurizados con paredes y tuberías muy densas, limitando aun mas el tamaño de la carga. Aunque hay mas sistemas de propulsión eléctrica, siguen requiriendo contenedores presurizados para el combustible.

Vadim Khayms, un ingeniero de sistemas en Lockheed Martin, explico que la mayoría de los sistemas de propulsión eléctrica no han sido ampliados para funcionar a niveles muy bajos de potencia y son adecuados para satélites grandes que tienen mas potencia disponible y requieren mas impulso.El no esta al corriente de los otros sistemas de propulsión eléctrica diseñados para los CubeSats. “Probablemente no podrías usar otro sistema existente de propulsión eléctrica en esos satélites tan pequeños”, dijo Khayms del diseño de Lozano.

Como funciona el sistema de energia

El diseño de Lozano se basa en el electrospray, un proceso físico que usa la electricidad para extraer iones positivos y negativos de una sal liquida que es creada en un laboratorio y sirve como combustible del sistema. Este liquido no contiene ningún disolvente, como el agua, y puede ser cargado eléctricamente sin necesidad de calor. Considerando que otros sistemas de propulsión eléctrica cargan los iones en una cámara del satélite, el liquido ionico del diseño de Lozano ya ha sido cargado el tierra, por lo tanto no es necesaria ninguna cámara.

La electricidad se convierte entonces en la principal fuente de energía del CubeSat, generalmente baterías o paneles solares, y aplicada a una pequeña estructura del tamaño de un sello postal. Este delgado panel esta hecho por unos 1,000 estructuras de metal poroso que se parecen a agujas y tienen varios gramos del liquido ionico en ellas. Al aplicar voltaje en las agujas, un campo eléctrico es creado y que extrae los iones del líquidos, acelerándolos a muy altas velocidades y forzados a salir volando. Este proceso crea un fuerte campo ionico suficientemente fuerte para producir el impulso.

Considerando que los cohetes químicos desperdician mucho  carburante para llegar a un cambio neto en la velocidad de la nave, los propulsores eléctricos pueden hacer exactamente la misma misión utilizando sólo una pequeña fracción de carburante. La única diferencia es una cuestión de tiempo: A pesar de la propulsión eléctrica es muy eficiente con el combustible, es más lenta debido a las limitaciones de potencia.
“Finalmente, te quedarás sin carburante, pero ese es el beneficio de la propulsión eléctrica  ya que acelera tan rápido que no necesita mucho fuel”, dijo. “Ningún otro sistema de propulsión eléctrica sería tan compacto y eficiente al mismo tiempo”.

Debido a que los  mini-propulsores son escalables, miles de ellos podrían incorporarse a largos y delgados paneles para producir el empuje de una nave mucho más grande que requiere de bajas, pero constantes, aceleraciones. “No hay ningún impedimento para hacer una tabla completa de ellos similar a un panel solar”, dijo Lozano. “Esto le da mucha más flexibilidad en lo que puede hacer”.

Lozano predice que los CubeSats que usen esta tecnología se convertirán en una realidad en menos de tres años.  El planea tener un prototipo de mini-propulsor en cuatro o cinco meses y espera comenzar las pruebas para medir los parámetros de rendimiento, tales como la velocidad de los iones y su energía para descubrir la fuerza producida por el motor. Sabiendo esto, los investigadores pueden estimar su eficiencia. Después de que Lozano lance su prototipo de este año, su equipo buscará un apoyo adicional para convertir el diseño en una versión de vuelo.

Fuente: http://web.mit.edu/newsoffice/2010/cubesat-01115.html