Zarpando hacia un espacio sostenible


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28/04/2021
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El espacio se está llenando. Los satélites antiguos, los cuerpos de los cohetes y los fragmentos de ambos están dejando poco espacio para que los nuevos satélites residan sin escombros.

El riesgo de colisión con escombros e incluso satélites en funcionamiento está aumentando, especialmente en la órbita terrestre baja, poniendo en peligro muchas de las misiones de monitoreo del clima, los océanos y la tierra de la Tierra.

La ESA está trabajando junto con empresas privadas para limpiar el espacio mediante el desarrollo de nuevas misiones y tecnologías que eliminarán los escombros de la órbita. Ninguna agencia o empresa espacial podría dar con el problema de los escombros por sí sola, pero si se vuelve tecnológicamente factible y rentable cuidar nuestro entorno espacial, será mucho más fácil hacerlo.

El Programa General de Tecnología de Apoyo de la ESA y la empresa de tecnología espacial HPS GmbH estamos trabajando juntos para hacer precisamente esto, desarrollando ‘velas de arrastre’ conocidas como las Arrastrar Aaumento DeoSubsistema de rbiting (ADEO).

En esta sesión de preguntas y respuestas, Tiziana Cardone, ingeniera estructural de la ESA y oficial técnica de ADEO, y Daniel Stelzl, director de velas desplegables y nanosatélites en HPS, explican cómo la ESA se está asociando con la industria para zarpar hacia el uso sostenible del espacio.

Impresión de artista ADEO

¿Cuál es su papel en el proyecto ADEO?

Tiziana: Coordino y apoyo el desarrollo de ADEO ‘drag sail’ para la ESA y trabajo en estrecha colaboración con HPS tanto en la gestión como en los aspectos técnicos del proyecto. Inicié ADEO en 2012 y he seguido cada camino de su desarrollo desde entonces.

Daniel: HPS lidera el desarrollo de la tecnología de velas de arrastre ADEO. Comenzamos a desarrollar velas de naves espaciales en 2000, originalmente para su uso en vela solar sistemas de propulsión, y ahora para ayudar a garantizar un futuro sostenible para las misiones espaciales.

Los satélites y los escombros tardan mucho en regresar

¿Cómo funciona una vela de arrastre?

Tiziana: Las naves espaciales en órbita terrestre baja caerán naturalmente a la Tierra a medida que sus órbitas decaen debido a la fuerza de arrastre que experimentan de la atmósfera. Pero la fuerza de arrastre no es tan alta la mayor parte del tiempo para naves espaciales en órbitas superiores a 400 kilómetros, y cuando estos satélites han completado su misión, no caen tan rápido como nos gustaría. En este caso, una vela de arrastre ayuda a la nave espacial a «atrapar» más atmósfera al aumentar en gran medida su área de sección transversal. Esto lo ayuda a descender más rápido y quemarse en la atmósfera antes.

Daniel: Si una nave espacial todavía funciona al final de su misión, el subsistema de velas de arrastre recibe una señal para comenzar su despliegue de los operadores de naves espaciales en la Tierra. De lo contrario, una batería montada y un programa informático interno deciden de forma autónoma cuándo implementar. Nuestras velas ADEO-L más grandes pueden tener hasta 100 metros cuadrados, el tamaño de un bonito apartamento, y tardar hasta 45 minutos en desplegarse. ¡Las velas ADEO-N más pequeñas miden 3,5 metros cuadrados y se despliegan en solo 0,8 segundos!

Las velas ADEO varían mucho en tamaño y se pueden instalar en naves espaciales de hasta 1500 kg. ¿Cómo decides qué tamaño de vela necesita una misión?

Tiziana: En general, cuanto más masiva es la nave espacial, más grande es la vela que necesita, ya que se necesita más fuerza de arrastre para acelerar su descenso, como cuando un automóvil más soporífero necesita frenos más fuertes para reducir la velocidad. El tamaño de la vela se decide con el operador de la nave espacial, pero un factor muy importante es asegurar el cumplimiento de la directrices de mitigación de desechos espaciales.

Estos establecen que todas las naves espaciales en órbita terrestre baja deben diseñarse para volver a ingresar a la atmósfera terrestre dentro de los 25 años posteriores al final de su misión, para reducir los riesgos asociados con los desechos espaciales. Entonces, como mínimo, debe usar una vela que genere suficiente resistencia para derribar la nave espacial en ese tiempo.

Sin embargo, algunas naves espaciales están diseñadas para reingresar mucho con anterioridad a lo que exigen las directrices internacionales. Esto permite al operador de la nave espacial liberar la órbita muy útil que ocupaba la nave espacial y llenarla con su próxima nave espacial lo más rápido posible. ¡Para un descenso más rápido, necesitas una vela más grande!

ADEO-2

¿De qué están hechas las velas y qué grosor tienen? ¡Parecen papel de cocina!

Daniel: Lo hacen, pero son mucho más fuerte. La vela está hecha de una lámina de poliimida recubierta de aluminio con un grosor total de solo 7,5 micrómetros, ¡eso es aproximadamente una décima parte del grosor de un cabello humano promedio! Mejoramos constantemente nuestro diseño y estudiamos otros materiales que podrían ayudar a que las velas sean más fuertes, delgadas e incluso transparentes.

¿Qué tan fuerte es la fuerza que actúa sobre la vela de arrastre desde la atmósfera?

Tiziana: En altitudes más altas donde la atmósfera es más delgada, la fuerza sobre la vela de arrastre comienza razonablemente suave. Sin embargo, en altitudes más bajas, puede volverse muy fuerte, especialmente considerando lo delgado que es el material. Si alguna vez ha luchado con una cometa grande en un día ventoso, tendrá una buena idea.

Representación animada de una nave espacial que despliega una vela de arrastre en órbita

¿Cómo se pliega un área de material tan grande de manera que se pueda abrir en el espacio?

Tiziana: Un ‘Mecanismo de sujeción y liberación’, que se utiliza para muchas cosas en las naves espaciales, mantiene la vela ADEO plegada de forma segura en una caja hasta que llega el momento de penetrar en acción. Cuando llegue el momento de desplegarse, la nave espacial o la batería de a bordo encenderán un pequeño motor.

El motor inicia el despliegue de los cuatro brazos reforzados con fibra de carbono a los que se une la vela, como los palos que sostienen la tela de una cometa en forma. A medida que se despliegan las barreras, quitan el aislamiento protector de la vela, liberándola de su caja, momento en el que se despliega.

¿Qué significa que las velas son ‘pasivas’?

Tiziana: ADEO es pasivo ya que no necesita ningún apoyo de los sistemas de guía, navegación y control para operar. Incluso si la nave espacial se sale de control, lo que es casi seguro que ocurrirá en el momento del despliegue, no necesitamos estabilizarla para desplegar la vela de manera segura. Hemos diseñado especialmente las botavaras y la interfaz que las conecta a la vela para que sean muy resistentes a las tensiones provocadas por el volteo.

¿Se han utilizado ya con éxito las velas de arrastre ADEO en el espacio?

Daniel: ¡Ellos tienen! Se instaló una vela ADEO-N de 2,5 metros cuadrados en el escenario ‘Electron kick’ de RocketLab’s ‘Es hora de negocios‘misión en 2018, y otra fue probada durante una campaña de vuelo parabólico en 2019. En junio de 2021, se montará una vela ADEO-N en la ‘plataforma ION’ de 220 kilogramos de D-Orbit SpA, que será lanzado en un Falcon9 por SpaceX.

Después de unos seis meses, el ADEO-N desplegará su vela de arrastre de 3,5 metros cuadrados y la nave comenzará a desorbitar. Una demostración en órbita de una vela ADEO-L más grande está programada para una misión de la UE el próximo año.

¿Cómo encuentra la asociación entre la ESA y HPS?

Tiziana: Trabajamos juntos muy bien como equipo. HPS es flexible y está muy motivado; La ESA siempre está lista para ayudar a analizar cualquier desafío imprevisto, encontrar soluciones y brindar soporte en todas las disciplinas técnicas involucradas en el proyecto.

Nuestra asociación ya ha demostrado ser muy exitosa y se lo mostraremos al mundo entero con nuestra próxima demostración en órbita. ¡Estén atentos, porque escucharán mucho sobre ADEO en los próximos meses!



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