Um novo motor eléctrico movido a iodoiodo

A poucas semanas atrás, um Cubesat 6U construído no espaço foi lançado ao espaço por um lançador Long March 4B (CZ-4B) do Centro de Lançamento de Satélites de Taiyuan, na província chinesa de Shanxi. Este satélite tem a particularidade de ser movido por iodo sólido, utilizado como propulsor! Apenas para esclarecer, este motor obviamente não funciona com sal. O iodo em questão é o elemento químico que ostenta o número 53 na tabela periódica de elementos. Mais precisamente, é o di-iodo I2 que é a forma estável do iodo.

Por conseguinte, este sistema de propulsão a gás frio, não pressurizado, é único pelo seu funcionamento com di-iodo. I2T5, esse é o seu nome, foi desenvolvido e construído pela ThrustMe, uma empresa “spin-off” do Laboratório de Física de Plasma (LPP, CNRS/École polytechnique/Observatoire de Paris/Université Paris-Sud/Sorbonne Université).

As Stéphane Mazouffre, director de investigação no CNRS no laboratório Icare em Orléans, que trabalha em novas gerações de motores eléctricos, explica, o “conceito de propulsores de gás frio em miniatura é interessante para pequenos satélites”. A ideia é “passar de um combustível tipicamente gasoso (nitrogénio e xenon na maioria das vezes) para um combustível sólido”, com muitas vantagens em jogo.

Spacety's Dianfeng satellite equipped with ThrustMe's iodine propulsion system, a
Spacety’s Dianfeng satellite equipped with ThrustMe’s iodine propulsion system, a “spin-off” from the Plasma Physics Laboratory (PPL). Spacety

Por exemplo, em termos de volume, este motor quase não ocupa espaço dado que pode ser alojado em metade de uma unidade (normalmente 10 x 10 cm2), no interior da qual estão todos os componentes electrónicos, fluidos, combustível e o próprio motor. Este aspecto do motor representa uma “grande inovação no campo da propulsão eléctrica espacial porque é 40% menor do que os motores miniaturizados convencionais”, diz Ane Aanesland, co-fundadora da ThrustMe. Outra vantagem, e não a menor, é que “já não é necessário ter um tanque de alta pressão, o que acrescenta complexidade e cria riscos de explosão em órbita”, acrescenta Stéphane Mazouffre. Finalmente, este motor necessita apenas de cinco watts de potência para funcionar. Como ponto fraco em comparação com um gás frio convencional, Stéphane Mazouffre identifica a “maior complexidade do sistema porque o iodo tem de ser vaporizado aquecendo o sólido a cerca de 100°C”, o que pode diminuir a fiabilidade do motor.

Sistema de propulsão de iodo I2T5 da ThrustMe. Vê-se aqui ser integrado no Spacety's CubeSat © Spacety'intégration dans le CubeSat de Spacety. © Spacety
ThrustMe’s I2T5 iodine propulsion system. Vê-se aqui ser integrado no Spacety’s CubeSat © Spacety

Desenhado para o CubeSat, o I2T5 aborda necessidades não adequadamente fornecidas para hoje mas críticas para o futuro de constelações de satélites muito pequenas. Actualmente, a maioria dos CubeSats 3U e 6U não tem capacidade de propulsão porque “nenhuma solução viável, segura, simples e de baixo custo está disponível no mercado”, diz Aanesland. Os operadores de satélites “estão cansados dos propulsores tradicionais, tais como sistemas pressurizados ou propulsores inflamáveis, que são frequentemente caros e exigem muitas precauções de segurança”, acrescenta ela. Apesar de um impulso específico baixo de cerca de 75 Newton-segundos (Ns), este motor poderia ser utilizado como propulsor para controlar a trajectória destes CubeSats, “não só para ajustar a sua órbita mas também para evitar colisões ou gerir a sua vida útil”. Este motor, como outros, poderia ser utilizado para “compensar os efeitos do arrastamento gerado pela atmosfera residual sobre os satélites em órbita baixa”, o que de facto “aumentará a sua duração de vida”, conclui Ane Aanesland.

Making CubeSats flyable

Que, enquanto comparado com os seus concorrentes, este motor tem a vantagem de “um impulso relativamente baixo e relativamente alto que reduz o tempo de manobra”, o seu impulso específico muito baixo “leva a um elevado consumo de combustível”, aponta Stéphane Mazouffre.

Ver tambémSatélites eléctricos, uma solução para o futuro

Estima-se que 8.600 pequenos satélites com peso inferior a 500 quilos serão lançados até 2028, dos quais cerca de 3.000 serão 3U (menos de 10 quilos). A quota de constelações representa 83%, o que leva muitos peritos, incluindo Stéphane Mazouffre, a “considerar que é necessário tornar obrigatória a instalação de sistemas de propulsão dedicados em todos estes futuros CubeSats”, a fim de cumprir a chamada regra dos 25 anos, que exige que qualquer satélite em órbita terrestre baixa tenha reentrado na atmosfera antes de um quarto de século após o fim da sua missão, e, por outro lado, assegurar actividades em órbita terrestre baixa com a capacidade de controlar a trajectória para evitar colisões e para eliminar satélites obsoletos.

Em conclusão, se o motor ThrustMe satisfaz estas necessidades, ainda deve ser comparado com resistojets que ejectam um gás previamente aquecido (cerca de 800-1.000 °C), o que aumenta o impulso específico e reduz o consumo em comparação com os motores a gás frio.

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