03/03/2014 - Un paso más cerca del fin de la basura espacial

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Investigadores de la UPM culminan el proyecto internacional BETs sobre deorbitado de basura espacial mediante amarras electrodinámicas. Entre sus resultados está el desarrollo de un simulador de utilidad para agencias espaciales y empresas.

La preocupación medioambiental que supone la proliferación de objetos en órbita no funcionales hace que la sociedad no sea ajena a este problema que no parece atajarse. Las soluciones planteadas para acabar con las más de 600 toneladas de basura espacial que se calcula que existen actualmente son múltiples, pero aún está abierta la búsqueda de un método eficaz, económico y ecológico, meta de investigadores y científicos especializados en el sector espacial. El panorama que dibuja el denominado síndrome de Kessler, con objetos colisionando en cadena y la necesidad de seguir realizando lanzamientos obliga a “limpiar” el espacio mediante el deorbitado, es decir, devolviendo a la Tierra todos los satélites al finalizar su vida útil.

Con este objetivo nació en 2010 el proyecto BETs (The Bare Electrodynamic Tethers Project), financiado por la Unión Europea en su Programa Marco FP7/Space, y que ahora llega a su fin con unos prometedores resultados. De carácter internacional, ha sido coordinado por la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) bajo el liderazgo del profesor emérito de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros Aeronáuticos Juan Ramón Sanmartín Losada. En el grupo multidisciplinar de expertos que ha reunido este reto espacial han participado la Universita degli Studi di Padova, el Laboratorio Aeroespacial Nacional de Francia (ONERA), Colorado State University (EEUU), la empresa española Emxys, la Agencia Aeroespacial Alemana en Bremen (DLR) y la Fundación Tecnalia.

¿Cómo funciona el sistema?

Una amarra espacial desnuda es una cinta de material conductor sin aislante de varios kilómetros de largo, pocos centímetros de ancho y decenas de micras de espesor. “Mientras el satélite está activo, la amarra se encuentra enrollada de forma compacta en un carrete y, tras finalizar la misión, se despliega según la vertical local. Funciona de manera totalmente pasiva gracias a su movimiento relativo al plasma magnetizado de la ionosfera”, explica el profesor Sanmartín, quien introdujo este concepto en 1992.

Los electrones del plasma son capturados por la amarra y eyectados por un pequeño dispositivo llamado contactor de plasma, que se enciende una vez la amarra se encuentra desplegada. El resultado es una fuerza de frenado de “Lorentz” del campo geomagnético sobre la corriente en la amarra. Se encuentra dentro de las tecnologías de deorbitado denominadas disipativas, las cuales no necesitan combustible ni sistema de potencia; de hecho la amarra transforma la energía orbital en eléctrica que podría ser utilizada por el satélite si fuera necesario. “Otra ventaja que presenta el sistema es que apagando momentáneamente el contactor se interrumpe la maniobra de deorbitado, útil si hubiera que evitar una colisión”, subraya.

BETs ha alcanzado un nivel tecnológico que permitirá realizar una demostración en órbita. Durante los más de tres años de trabajo, la labor investigadora del proyecto ha abarcado desde el diseño preliminar de una misión genérica (determinando las dimensiones del segmento conductor que resulten en baja probabilidad de corte por basura espacial y bajo cociente de masas sistema-amarra/satélite), la simulación numérica de la dinámica, la probabilidad de fallo por impacto con objetos y el diseño, construcción y prueba de varios subsistemas como el contactor de plasma, la electrónica o el mecanismo de despliegue. Resultados del proyecto fueron presentados en el Scientific-Technical Subcommittee, United Nations Committee on the Pacific Uses of Outer Space, que se celebró el 14 de febrero en Viena (Austria).

Uno de los resultados más relevantes de BETs es el desarrollo de un algoritmo universal para la determinación óptima de la geometría de la amarra para una misión genérica. Dicho algoritmo, junto con un simulador de vuelo, ha culminado en el software BETsMA. Como lo describe su creador, el profesor de la ETSI Aeronáuticos Gonzalo Sánchez Arriaga, “se trata de una herramienta informática de manejo sencillo que permite a usuarios no especializados obtener los valores más significativos de una misión con amarras. Junto a la geometría óptima de la amarra para una misión dada, el programa calcula las principales figuras de mérito  del sistema, incluyendo el tiempo de deorbitado, las masas de los diferentes subsistemas, la trayectoria del satélite y la probabilidad de supervivencia de la amarra”.

La herramienta es un simulador de vuelo completo que abarca de manera integral el diseño y las actuaciones de las misiones con amarras y permite evaluar sus costes. Por tanto, puede ser muy útil a las agencias espaciales, las principales interesadas en limpiar  las órbitas más críticas, pero también a las empresas del sector o a grupos de investigación especializados. La UPM iniciará la comercialización de este software en los próximos meses.

Un método en alza

“Es altamente probable que, si se demuestra de manera repetida la eficacia de un sistema de deorbitado económico, fiable y ligero, se alcanzaría un acuerdo internacional (mediante los cambios legislativos oportunos) que obligará a desorbitar los objetos lanzados al finalizar su misión”. Basados en este convencimiento los investigadores de la UPM continúan trabajando en este sistema que además se ve avalado por la opinión de la comunidad científica internacional, como muestra la referencia a BETs que hizo la revista especializada Aerospace American en un artículo titulado “El concepto de amarras electrodinámica gana fuerza (Space Tether concepts gain momentum)”, publicado en diciembre de 2013.

El grupo tiene una nueva oportunidad de seguir desarrollando el sistema con la puesta  en marcha por parte de la Unión Europea de un programa marco para sus  actividades de investigación e innovación denominado Horizonte 2020 (H2020), que incluye una convocatoria de Horizonte 2020 para proyectos relativos a reducir el impacto de la basura espacial mediante métodos pasivos. “Conseguir esta nueva financiación podría significar una demostración en órbita que, en caso de éxito, colocaría a las amarras a las puertas de su comercialización y explotación en el mercado espacial”, sostienen los investigadores.

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UPM

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