La Nasa ha desarrollado una tecnología de propulsión avanzada para facilitar futuras misiones de exploración planetaria utilizando pequeñas naves espaciales. Esta tecnología no sólo permitirá nuevos tipos de misiones científicas planetarias, sino que uno de los socios comerciales de la Nasa ya se está preparando para utilizarla con otro propósito: extender la vida útil de las naves espaciales que ya están en órbita.
Identificar la oportunidad para que la industria utilice esta nueva tecnología no solo promueve el objetivo de comercialización de tecnología de la Nasa, sino que también podría crear un camino para que la agencia quiera esta importante tecnología de la industria para usarla en futuras misiones planetarias.
Se requerirán misiones científicas planetarias que utilicen naves espaciales pequeñas para realizar maniobras de propulsión desafiantes, como alcanzar velocidades de escape planetario, captura de órbita y más, que requieren una capacidad de cambio de velocidad (delta-v) muy superior a las necesidades comerciales típicas y al estado actual.del arte. Por lo tanto, la tecnología habilitadora número uno para estas misiones de naves espaciales pequeñas es un sistema de propulsión eléctrica que pueda ejecutar estas maniobras de alto delta-v. El sistema de propulsión debe funcionar con baja potencia (subkilovatios) y tener un alto rendimiento de propulsor (es decir, la capacidad de utilizar una gran masa total de propulsor durante su vida útil) para permitir el impulso necesario para ejecutar estas maniobras.
Después de muchos años de investigación y desarrollo, los investigadores del Centro de Investigación Glenn (GRC) de la Nasa han creado un sistema de propulsión eléctrica para pequeñas naves espaciales para satisfacer estas necesidades: el propulsor de efecto Hall de subkilovatios Nasa-H71M. Además, la exitosa comercialización de este nuevo propulsor pronto proporcionará al menos una solución que permitirá la próxima generación de misiones científicas de pequeñas naves espaciales que requerirán hasta ocho kilómetros por segundo de delta-v. Esta hazaña técnica se logró mediante la miniaturización de muchas tecnologías avanzadas de propulsión eléctrica solar de alta potencia desarrolladas durante la última década para aplicaciones como el elemento de potencia y propulsión de Gateway, la primera estación espacial de la humanidad alrededor de la Luna.
Beneficios de esta tecnología
Las pequeñas naves espaciales que utilicen la tecnología de propulsión eléctrica Nasa-H71M podrán maniobrar de forma independiente desde la órbita terrestre baja (LEO) hasta la Luna o incluso desde una órbita de transferencia geosincrónica (GTO) a Marte. Esta capacidad es especialmente notable porque las oportunidades de lanzamiento comercial a LEO y GTO se han vuelto rutinarias, y el exceso de capacidad de lanzamiento de tales misiones a menudo se vende a bajo coste para desplegar naves espaciales secundarias. La capacidad de realizar misiones que se originan en estas órbitas cercanas a la Tierra puede aumentar en gran medida la cadencia y reducir el costo de las misiones científicas a la Luna y a Marte.
Esta capacidad de propulsión también aumentará el alcance de las naves espaciales secundarias, que históricamente han estado limitadas a objetivos científicos que se alinean con la trayectoria de lanzamiento de la misión principal. Esta nueva tecnología permitirá que las misiones secundarias se desvíen sustancialmente de la trayectoria de la misión principal, lo que facilitará la exploración de una gama más amplia de objetivos científicos.
Además, estas misiones científicas de naves espaciales secundarias normalmente tendrían sólo un corto período de tiempo para recopilar datos durante un sobrevuelo a alta velocidad de un cuerpo distante. Esta mayor capacidad de propulsión permitirá la desaceleración y la inserción orbital en planetoides para estudios científicos a largo plazo.
Además, las naves espaciales pequeñas equipadas con una capacidad propulsora tan significativa estarán mejor equipadas para gestionar los cambios de última etapa en la trayectoria de lanzamiento de la misión principal. Estos cambios suelen ser un riesgo importante para las misiones científicas de naves espaciales pequeñas con capacidad propulsora a bordo limitada que dependen de la trayectoria inicial del lanzamiento para alcanzar su objetivo científico.
Aplicaciones comerciales
Las megaconstelaciones de pequeñas naves espaciales que se están formando actualmente en órbitas terrestres bajas han convertido a los propulsores de efecto Hall de baja potencia en el sistema de propulsión eléctrica más abundante utilizado en el espacio en la actualidad. Estos sistemas utilizan propulsor de manera muy eficiente, lo que permite la inserción en órbita, la salida de órbita y muchos años de prevención de colisiones y reprogramación. Sin embargo, el diseño económico de estos sistemas de propulsión eléctrica comerciales ha limitado inevitablemente su vida útil a menos de unos pocos miles de horas de funcionamiento y estos sistemas sólo pueden procesar alrededor del 10% o menos de la masa inicial de una nave espacial pequeña en propulsor.
Por el contrario, las misiones científicas planetarias que se benefician de la tecnología del sistema de propulsión eléctrica Nasa-H71M podrían funcionar durante 15.000 horas y procesar más del 30% de la masa inicial de la pequeña nave espacial en propulsor. Esta capacidad innovadora va mucho más allá de las necesidades de la mayoría de las misiones LEO comerciales y tiene un coste superior que hace que la comercialización de tales aplicaciones sea poco probable. Por lo tanto, la Nasa buscó y continúa buscando asociaciones con empresas que desarrollan conceptos innovadores de misiones de naves espaciales comerciales pequeñas con requisitos de rendimiento de propulsor inusualmente grandes.
Un socio que pronto utilizará la tecnología de propulsión eléctrica autorizada por la Nasa en una aplicación comercial para naves espaciales pequeñas es SpaceLogistics, una subsidiaria de propiedad total de Northrop Grumman. El vehículo de servicio satelital Mission Extension Pod (MEP) está equipado con un par de propulsores de efecto Hall Northrop Grumman NGHT-1X, cuyo diseño se basa en el Nasa-H71M. La gran capacidad de propulsión de la pequeña nave espacial le permitirá alcanzar la órbita terrestre geosincrónica (GEO), donde será montada en un satélite mucho más grande. Una vez instalado, el MEP servirá como un “jetpack de propulsión” para extender la vida útil de su nave espacial anfitriona durante al menos seis años.
Northrop Grumman está realizando actualmente una prueba de desgaste de larga duración (LDWT) del NGHT-1X en la Instalación de Vacío 11 de GRC para demostrar su capacidad operativa de por vida completa. El LDWT está financiado por Northrop Grumman a través de un Acuerdo de Ley Espacial totalmente reembolsable. Se espera que la primera nave espacial MEP se lance en 2025, donde extenderán la vida útil de tres satélites de comunicaciones GEO.
Colaborar con la industria estadounidense para encontrar aplicaciones de naves espaciales pequeñas con requisitos de propulsión similares a las futuras misiones científicas planetarias de la Nasa no solo ayuda a la industria estadounidense a seguir siendo un líder mundial en sistemas espaciales comerciales, sino que crea nuevas oportunidades comerciales para que la Nasa adquiera estas importantes tecnologías a medida que las misiones planetarias las requieran.
La Nasa continúa madurando las tecnologías de propulsión eléctrica del H71M para ampliar la gama de datos y documentación disponibles para la industria estadounidense con el fin de desarrollar dispositivos de propulsión eléctrica de baja potencia igualmente avanzados y altamente capaces.
