La propulsión eléctrica aeroespacial es un novedoso sistema empleado en vehículos espaciales y satélites que, en lugar de depender de combustibles químicos, utiliza la electricidad para acelerar. Para su impulso, expulsa a alta velocidad un gas ionizado —como el xenón— y reduce el consumo de combustible prolongando las misiones espaciales.
“La propulsión eléctrica es actualmente indispensable para asegurar la viabilidad económica de los satélites comerciales en órbita terrestre. Por esta razón, la Comisión Europea ha financiado durante los últimos 9 años un programa de investigación y desarrollo para impulsar la competitividad de nuestra industria aeroespacial”, explica Luis Conde, catedrático de Física Aplicada de ETSIAE de la Universidad Politécnica de Madrid.
Principales aplicaciones de esta nueva tecnología
El mayor beneficio de la propulsión eléctrica aeroespacial tiene que ver con que es una tecnología mucho más sostenible que las tradicionales, ya que los incrementos en la velocidad de salida del gas y/o plasma reducen drásticamente la cantidad de combustible necesaria, ahorro que se traduce en un aumento del equipamiento a bordo, como antenas o transpondedores.
“Es la única solución técnicamente posible para proporcionar propulsión a los satélites de las constelaciones comerciales en órbita baja”
Como contrapartida, esta tecnología está limitada por su consumo de energía eléctrica y las elevadas corrientes, que derivan en unos valores de empuje muy pequeños en comparación con los motores tradicionales. Sin embargo, sus propulsores pueden operar ininterrumpidamente durante años, por lo que al final entregan un empuje total muy elevado.
“Es la única solución técnicamente posible para proporcionar propulsión a los satélites de las constelaciones comerciales en órbita baja. Sus aplicaciones se extienden a medida que nuevos desarrollos pueden ser implementados en satélites cada vez más pequeños”, explica el experto.
Sobre las iniciativas que están desarrollándose en la actualidad, Conde comenta que en España hay varios grupos formados por universidades y empresas que participan en los programas de investigación y desarrollo promovidos por la Unión Europea.
Entre ellos, Conde destaca varios ejemplos en marcha, como la empresa Crisa, responsable de la electrónica de los propulsores de la misión Beppi-Colombo, o ATD, que está trabajando en la tecnología de los cátodos para operar en el espacio los propulsores por plasma. También señala la labor del startup Lenai, que está desarrollando un propulsor para micro y nanosatélites.
Además de las iniciativas comerciales, subraya la importante labor académica llevada a cabo por la Universidad Politécnica de Madrid, que ha desarrollado y patentado su propio propulsor por plasma —denominado Alphie— y a la Universidad Carlos III que, en colaboración con la empresa Sener, está desarrollando el propulsor Helicon, basado en plasma producido con microondas.
“En definitiva, la propulsión eléctrica en el espacio es una tecnología establecida desde hace tiempo en los satélites de telecomunicaciones, y es indispensable en las misiones de exploración de espacio profundo, como son las misiones GOCE o Beppi-Colombo”, admite.
“Un propulsor eléctrico tiene que funcionar durante períodos muy prolongados”
Retos a los que se deben hacer frente
El catedrático de la UPM señala que el primer desafío de implantación de esta tecnología es el cúmulo de complicadas pruebas necesarias para que un sistema de propulsión eléctrica sea calificado como apto para su uso en órbita. Este proceso está estrechamente conectado con la evaluación de riesgos de los satélites comerciales por parte de las compañías aseguradoras.
También explica que, para verificar su fiabilidad, se reproducen en la medida de lo posible las condiciones del espacio y los ensayos se realizan en el interior de una cámara a muy baja presión. Pero, puesto que un propulsor eléctrico tiene que funcionar durante períodos muy prolongados, las pruebas para verificar su funcionamiento son complejas y duraderas. “Su coste es muy elevado y la necesidad de simplificar y acelerar los procesos de calificación es hoy en día objeto de debate”, detalla Conde.
Otro de los grandes retos tiene que ver con la propia tecnología, ya que este sistema tiene requisitos de peso, volumen, potencia eléctrica y fiabilidad muy exigentes, al necesitar de una unidad electrónica de potencia y control. “El abaratamiento de la producción mediante la estandarización de sus componentes, con diseños flexibles para adaptarlas a los diferentes tipos de propulsores es uno de los objetivos del programa de investigación patrocinado por la Comisión Europea”, señala.
Finalmente, el otro reto técnico tiene que ver con el material empleado, como el propergol. El gas xenón era habitualmente empleado por su elevada masa y baja energía de ionización; sin embargo, los actuales conflictos geopolíticos han disparado su precio, por lo que se están buscando alternativas que puedan operar con los propulsores y tecnologías ya existentes.
Ha colaborado en este artículo…
Luis Conde, Catedrático de Física Aplicada en la Escuela de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio de la Universidad Politécnica de Madrid.
Ha dirigido proyectos de investigación del Plan Nacional y europeos. Es miembro de la Sociedad Europea de Física y autor/coautor de más de 50 artículos de revistas de investigación y 40 documentos publicados en conferencias especializadas.
Como docente, además de cursos de Física básica, ha impartido de Física de Plasmas a estudiantes de Grado y Máster de Ingeniería Aeroespacial. Sus intereses actuales son la física básica del plasma, sus técnicas de diagnóstico y los propulsores por plasma para la propulsión espacial.
Sigue leyendo sobre… Batería de ión-litio: APICI. “Previniendo el riesgo en aparcamientos y transportes”
