Permanecer en órbita puede ser un desafío, al menos para las órbitas más bajas que se ven más afectadas por la atmósfera de la Tierra. Pero tales órbitas también tienen ventajas, como mejores puntos de vista para nuevas operaciones comerciales como la observación de la Tierra y las conexiones de telecomunicaciones. Por lo tanto, hay un incentivo para cualquiera que pueda descubrir cómo mantener funcionalmente un satélite en órbita a esas altitudes más bajas durante largos períodos. Uno de los mejores caminos hacia ese objetivo parece ser un motor de iones que absorba partículas atmosféricas y las utilice para impulsarse. Ahora, un documento publicado recientemente explora los posibles casos de uso de dicho motor y sugiere un camino hacia su comercialización.
Uno de los mayores problemas para mantener una órbita terrestre muy baja (VLEO) es el combustible. En esas altitudes, generalmente consideradas por debajo de los 450 km de la superficie o casi tan altas como la estación espacial, la atmósfera arrastra cualquier cosa en órbita, lo que requiere un empuje constante de un motor para contrarrestar. Por lo general, los satélites grandes tienen una reserva de combustible sobrante específicamente para compensar ese arrastre, mientras que los lanzamientos adicionales reabastecen constantemente sistemas como la ISS.
Una muerte feroz en la atmósfera aguarda a aquellos sin el beneficio de un suministro de combustible de por vida o misiones de reabastecimiento de combustible constantes. Muchos sistemas sufrirían ese destino, ya que el costo de simplemente enviar suficiente combustible a esa órbita supera algunos de los beneficios de los datos que devolverían. Entonces, ¿qué pasaría si un operador de satélite pudiera mantener su órbita estable sin combustible adicional?
Ingrese al sistema de Propulsión Eléctrica de Respiración Atmosférica (ABEP). Toma partículas atmosféricas, que todavía son relativamente abundantes incluso a 450 km de altura, y las utiliza para alimentar una unidad de iones eléctricos. Anteriormente se han probado sistemas de propulsión similares en el espacio sin gravedad, pero hasta ahora ninguno ha estado operativo dentro de una atmósfera. Eso puede cambiar pronto.
Varios grupos en los EE. UU., la Unión Europea y Japón están investigando posibles sistemas ABEP, aunque el contingente de la ESA parece ser el que está más avanzado. Con fondos del programa Horizonte 2020 de la ESA, su proyecto, conocido como DISCOVERER, y con sede en la Universidad de Stuttgart, investigó dos componentes principales de cualquier ABEP. En el diseño del sistema DISCOVERER, una entrada atmosférica alimentaría partículas atmosféricas a un motor de iones, mientras que un empuje de plasma ionizaría esas partículas y las expulsaría por la parte trasera de la nave.
Esencialmente, eso permitiría que cualquier satélite equipado con dicho sistema tenga una fuente de combustible ilimitada e incluso pueda repostar otras naves en el área. Pero la tecnología está muy lejos de ofrecer algunos beneficios, por lo que el equipo de la ESA lanzó una especie de plan de ataque para la tecnología de los sistemas de propulsión ABEP que analiza varios casos de uso potenciales y evalúa si la tecnología actual estaría a la altura para cumplir. las necesidades de la aplicación.
La primera de esas aplicaciones sería mantener una órbita estable alrededor de la Tierra a menos de 450 km de altura. Relativamente simple en concepto pero todavía desafiante de lograr en la práctica. Según el documento, las órbitas entre 180 y 250 km son el punto óptimo para el tipo de motores ABEP que se están probando actualmente. Más alto, y no habría suficientes partículas atmosféricas para actuar como combustible. Más bajo, y la resistencia atmosférica sería más de lo que el propulsor podría contrarrestar.
Extrapolando a otros escenarios de casos de uso, los investigadores observaron cómo sería una misión de mantenimiento orbital alrededor de Marte. Si bien no es tan factible como una órbita terrestre, dada la atmósfera significativamente menos densa de Marte, una misión ABEP probablemente podría mantener una órbita marciana de entre 130 y 160 km sin necesidad de combustible externo.
Yendo un paso más allá, los satélites alimentados por ABEP podrían incluso proporcionar combustible adicional a otras naves que se lanzan sin su propio mecanismo de recolección de atmósfera para usar como combustible. Con los niveles tecnológicos actuales, esto parece menos factible en la Tierra, ya que solo los microsatélites requieren la cantidad de combustible que proporcionaría una nave de reabastecimiento ABEP.
En Marte, por otro lado, la menor resistencia atmosférica hace que tales misiones sean más factibles. Sin embargo, no hay exactamente una gran demanda de reabastecimiento en órbita marciana en este momento del desarrollo de la infraestructura espacial.
Incluso si los hubiera, existen otros peligros potenciales para los ABEP. En la órbita de la Tierra, los componentes de cualquier nave estarían sujetos al oxígeno elemental, que tiene un efecto altamente corrosivo en las piezas. Tanto es así que la resistencia a la oxidación de una embarcación podría ser el factor que determina cuánto durará. Ese es un desafío de ingeniería completamente diferente.
Por ahora, todos los ABEP todavía están en la etapa de creación de prototipos, y pasará un tiempo antes de que cualquier misión vuele. Sin embargo, todavía queda mucho trabajo de modelado por hacer, incluido el análisis de la viabilidad del mantenimiento orbital o las misiones de reabastecimiento de combustible en otros mundos envueltos en atmósfera, como Titán. Esta elegante solución aún se encuentra en las primeras etapas de su ciclo de desarrollo, pero podría ayudar a resolver un problema muy espinoso.
Con información de Universidad de Cornell
