Por Sabatino A. Annecchiarico

El programa ARSAT 3, actualmente en desarrollo por la empresa rionegrina INVAP, planea equipar al satélite con propulsores Hall, lo cual, sumado a otras tecnologías que se incorporarán en este sistema convierten a la plataforma del ARSAT 3 en un desarrollo en la frontera del avance tecnológico. Son las afirmaciones del Ingeniero Aeroespacial Manuel Martín Saravia, miembro de la Comisión “Ciencias Exactas y Naturales” de la RCAI.

El ingeniero Manuel Martín Saravia.

El ingeniero Saravia es egresado de Ingeniería Aeronáutica en la Universidad Nacional de Córdoba, y abocó sus estudios de doctorado en la Sezione Aerospaziale del Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa para investigar el impacto de utilizar propelentes alternativos en propulsores Hall, tarea que actualmente continúa como investigador de postdoctorado. Saravia es miembro de la RCAI.

 

¿Cuándo se implementará esta tecnología en Argentina y qué objetivo y beneficio persigue?

En el tercer satélite de la flota geoestacionaria de ARSAT, que se pondrá en funcionamiento en el año 2023, tiene como objetivo generalizar el servicio de Internet a todo el país. El uso de este tipo de propulsores en este proyecto permitirá ahorrar cerca de 45 millones de dólares.

 

¿Qué es exactamente “la propulsión espacial eléctrica”?

La propulsión espacial eléctrica es la tecnología que hace uso del calentamiento eléctrico o de fuerzas electromagnéticas para acelerar un gas y así generar una fuerza que impulse a una nave espacial. A diferencia de un motor de cohete químico “típico”, no se produce una combustión entre dos compuestos para que luego se expandan en una tobera para generar un empuje. En un “cohete eléctrico” se produce un plasma al ionizar los átomos de un gas, es decir arrancándoles uno de sus electrones. Este plasma luego se acelera, como se mencionó anteriormente, mediante el uso de campos electromagnéticos.

 

¿Desde cuándo la astronáutica dispone de esta tecnología?

El concepto de propulsión eléctrica lo encontramos en los primeros años del Novecientos propuesto por pioneros de la astronáutica como K. Tsiolkovsky o R. H. Goddard, quienes proponían que era posible crear propulsores a reacción basados en el uso de chorros de partículas eléctricamente cargadas para poder moverse en el espacio interplanetario. Estas ideas fueron retomadas a inicios de la era espacial y, luego de décadas de desarrollo, la tecnología de la propulsión eléctrica alcanzó una madurez suficiente para poder ser usada de manera rutinaria en la actualidad.

Dentro de esta categoría particular de propulsión existen distintos tipos de motores de plasma, siendo los más difundidos el motor iónico a grillas y el propulsor Hall. Este último -inventado a fines de los años 60 en la Unión Soviética- ha demostrado una flexibilidad y unas prestaciones que han permitido convertir a la propulsión de plasma en el método más utilizado actualmente para impulsar satélites de comunicaciones (sean estos grandes satélites de tipo geoestacionarios, similares a los ARSAT 1 y 2; o pequeños satélites de mega-constelaciones, como Starlink o OneWeb).

 

Surge la pregunta cuáles son los puntos fuertes y débiles en la propulsión eléctrica

La particularidad de la propulsión eléctrica es que la velocidad a la que se expulsa el chorro de propelente no se ve limitada por la energía contenida en el combustible, como ocurre en un propulsor químico convencional. En un satélite con propulsores de plasma la energía proviene de los paneles solares del satélite, lo cual permite lograr velocidades hasta 10 veces más altas. Estas mayores velocidades permiten reducir la cantidad de propelente necesaria para realizar una maniobra o cumplir una determinada misión. En el caso de un satélite de telecomunicaciones geoestacionario, esta reducción puede llegar a ser superior al 60% del peso de propelente (casi un tercio del peso del satélite). Esto se traduce en un gran ahorro, no sólo del espacio necesario para albergar los tanques, sino también de dinero. Pensemos que lanzar un satélite tiene un costo que se mide en decenas de miles de dólares por kilo y, si el peso total del sistema se reduce en un 30% por el ahorro de propelente, el costo de lanzamiento puede llegar a reducirse en decenas de millones de dólares. La propulsión eléctrica tiene la desventaja que los tiempos de maniobra son largos a causa de su bajo empuje. Un propulsor Hall como los utilizados en satélites de comunicaciones suele empujar con la misma fuerza que lo hace una hoja de papel A4 sobre la mesa. Esto puede parecer poco, pero, aplicado sobre un satélite en órbita durante miles de horas permite realizar todas las maniobras necesarias para cumplir con su misión. Además, la vida útil de un satélite de comunicaciones geoestacionario suele ser de 15 años, lo cual hace que una demora de dos meses en llegar a su posición final sea un efecto secundario respecto a las ventajas de ahorrar peso y volumen, así como en los beneficios desde un punto de vista operativo.

 

¿Con qué se alimentan estos propulsores eléctricos?

Los propulsores de plasma se alimentan con gas xenón, un gas noble que, dadas sus propiedades atómicas, permite lograr muy buenas prestaciones propulsivas. Sin embargo, es un material muy escaso y caro, lo cual, sumado al creciente uso de este en propulsión satelital y en la industria microelectrónica, ha motivado en distintos países la búsqueda de alternativas de menor costo y mayor disponibilidad. Entre las diversas alternativas que más interés han suscitado en los últimos años se encuentran el kriptón y el iodo, ambos elementos más económicos y de mayor disponibilidad que el xenón, con los cuales se pueden obtener además prestaciones aceptables.

Dada la complejidad de los procesos que se desarrollan tanto en el sistema de alimentación como dentro del propulsor mismo, la adopción de estos propelentes requiere estudios de diverso tipo para lograr una operación optimizada del sistema, tanto desde el punto de vista eléctrico como del comportamiento de los materiales. Salvo por el caso de los satélites Starlink, cuyos propulsores Hall son alimentados con kriptón, aún resta esperar unos años hasta que estos propelentes alternativos reemplacen una tecnología consolidada como son los propulsores alimentados a xenón.

 

Se dijo que el programa ARST 3 Argentina planea equipar al satélite con propulsores Hall, ¿pero está equipada para tal logro y cuántos son los países que poseen esta tecnología?

Actualmente existen pocos países capaces de proveer sistemas de propulsión de tipo Hall calificados para el vuelo, entre los cuales se encuentran Rusia, Francia y los EEUU, por lo cual es probable que el programa ARSAT 3 sea equipado con propulsores provisto por alguno de estos países. Sin embargo, en la Ley 27.208 de Desarrollo de la Industria Satelital, del año 2015, se planteó la necesidad de que Argentina sea capaz de avanzar en el dominio de esta tecnología en el futuro.

Propulsor Hall de 5 kW funcionando con kriptón (Fuente: IEPC-2017-380).