Un novedoso motor eléctrico impulsado poryodo

Hace unas semanas, un Cubesat 6U construido por Spacety fue lanzado al espacio por un vehículo de lanzamiento Long March 4B (CZ-4B) desde el Centro de Lanzamiento de Satélites de Taiyuan, en la provincia china de Shanxi. Este satélite tiene la particularidad de ser propulsado por yodo sólido, ¡utilizado como propulsor! Sólo para aclarar, este motor obviamente no funciona con sal. El yodo en cuestión es el elemento químico que lleva el número 53 en la tabla periódica de los elementos. Más concretamente, se trata de di-yodo I2 que es la forma estable del yodo.

Por su funcionamiento con di-yodo, por tanto, este sistema de propulsión de gas frío y no presurizado es único. I2T5, ese es su nombre, fue desarrollado y construido por ThrustMe, una empresa «spin-off» del Laboratorio de Física del Plasma (LPP, CNRS/École polytechnique/Observatoire de Paris/Université Paris-Sud/Sorbonne Université).

Como explica Stéphane Mazouffre, director de investigación en el CNRS dentro del laboratorio Icare de Orleans, que trabaja en nuevas generaciones de motores eléctricos, el «concepto de propulsores de gas frío en miniatura es interesante para los satélites pequeños». La idea es «pasar de un combustible típicamente gaseoso (nitrógeno y xenón en la mayoría de los casos) a un combustible sólido», con muchas ventajas en juego.

El satélite Dianfeng de Spacety equipado con el sistema de propulsión de yodo de ThrustMe, un
Satélite Dianfeng de Spacety equipado con el sistema de propulsión de yodo de ThrustMe, un «spin-off» del Laboratorio de Física del Plasma (PPL). Espacio

Por ejemplo, en términos de volumen, este motor no ocupa casi nada de espacio dado que se puede alojar en la mitad de una unidad (típicamente 10 x 10 cm2), dentro de la cual están toda la electrónica, la fluídica, el combustible y el propio motor. Este aspecto del motor representa una «importante innovación en el campo de la propulsión eléctrica espacial porque es un 40% más pequeño que los motores miniaturizados convencionales», afirma Ane Aanesland, cofundadora de ThrustMe. Otra ventaja, y no menor, es que «ya no es necesario tener un tanque de alta presión, que añade complejidad y crea riesgos de explosión en órbita», añade Stéphane Mazouffre. Por último, este motor sólo necesita cinco vatios de potencia para funcionar. Como punto débil en comparación con un gas frío convencional, Stéphane Mazouffre identifica la «mayor complejidad del sistema porque el yodo tiene que ser vaporizado calentando el sólido a unos 100°C», lo que puede disminuir la fiabilidad del motor.

El sistema de propulsión de yodo I2T5 de ThrustMe. En esta imagen se le ve integrado en el CubeSat de Spacety © Spacety'intégration dans le CubeSat de Spacety. © Spacety
El sistema de propulsión de yodo I2T5 de ThrustMe. Se ve aquí siendo integrado en el CubeSat de Spacety © Spacety

Diseñado para CubeSats, el I2T5 responde a necesidades no previstas adecuadamente en la actualidad, pero críticas para el futuro de las constelaciones de satélites muy pequeños. En la actualidad, la mayoría de los CubeSats de 3U y 6U no tienen capacidad de propulsión porque «no existe en el mercado ninguna solución viable, segura, sencilla y de bajo coste», afirma Aanesland. Los operadores de satélites «desconfían de los propulsores tradicionales, como los sistemas presurizados o los propulsores inflamables, que suelen ser caros y requieren muchas precauciones de seguridad», añade. A pesar de su bajo impulso específico, de unos 75 Newton-segundos (Ns), este motor podría utilizarse como propulsor para controlar la trayectoria de estos CubeSats, «no sólo para ajustar su órbita sino también para evitar colisiones o gestionar su vida útil». Este motor, al igual que otros, podría servir para «compensar los efectos de la resistencia generada por la atmósfera residual sobre los satélites en órbita baja», lo que de facto «aumentará su vida útil», concluye Ane Aanesland.

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Dicho esto, aunque en comparación con sus competidores, este motor tiene la ventaja de «un coste bastante bajo y un empuje relativamente alto que reduce el tiempo de maniobra», su muy bajo impulso específico «conlleva un alto consumo de combustible», señala Stéphane Mazouffre.

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Se calcula que hasta 2028 se lanzarán 8.600 pequeños satélites de menos de 500 kilos, de los cuales unos 3.000 serán de 3U (menos de 10 kilos). El porcentaje de constelaciones representa el 83%, lo que lleva a muchos expertos, como Stéphane Mazouffre, a «considerar que es necesario obligar a instalar sistemas de propulsión dedicados en todos estos futuros CubeSats» para Cumplir con la llamada regla de los 25 años, que exige que cualquier satélite en órbita terrestre baja haya vuelto a entrar en la atmósfera antes de un cuarto de siglo después del final de su misión, y por otro lado asegurar las actividades en órbita terrestre baja con la capacidad de controlar la trayectoria para evitar colisiones y eliminar los satélites obsoletos.

En conclusión, si el motor ThrustMe cumple con estas necesidades, aún debe compararse con los resistojets que expulsan un gas previamente calentado (alrededor de 800-1.000 °C), lo que aumenta el impulso específico y reduce el consumo en comparación con los motores de gas frío.

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