Proyecto europeo de investigación HIPATIA
Un motor de plasma para pequeñas plataformas espaciales
Investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid y SENER Aeroespacial van a probar la eficacia de un nuevo propulsor de plasma helicón (HPT, por sus siglas en inglés). Se trata de una tecnología espacial de propulsión eléctrica que se podría utilizar en diversos tipos de satélites, para pequeñas plataformas en el espacio e incluso, en el futuro, para viajar a Marte.
Pruebas del propulsor HPT en la cámara de vacío. / SENER Aeroespacial.
Los llamados HPT (Helicon Plasma Thrusters) son dispositivos eléctricos de propulsión espacial basados en la generación de plasma por radiofrecuencia. Es una tecnología novedosa de propulsión eléctrica para el espacio que puede suponer una alternativa competitiva a los motores empleados en la actualidad y que despierta el interés de diversas empresas e instituciones.
La Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) y SENER Aeroespacial ya desarrollaron un prototipo del HPT, cuya primera ignición se realizó en el Laboratorio de Propulsión Eléctrica de la Agencia Espacial Europea (ESA) a finales de 2015. Desde ese momento, se han realizado diversas evoluciones del diseño que se han ensayado en las instalaciones de la universidad y que se plasmarán en un nuevo modelo de ingeniería que está en desarrollo.
La antena de un propulsor eléctrico HPT emite ondas de radiofrecuencia en una cámara donde se genera plasma caliente y una tobera magnética lo acelera
Ahora, la Unión Europea ha asignado a un consorcio liderado por SENER Aeroespacial un proyecto para continuar con el desarrollo del HPT en el marco del Programa Marco de Investigación e Innovación de la Unión Europea, Horizonte 2020. Se trata del proyecto HIPATIA (Helicon Plasma Thruster for In-Space Applications), en el que el equipo UC3M-SENER va a colaborar con Airbus, el Centro Nacional de Investigación Científica, ambos en Francia, y la empresa Advanced Space Technologies, en Alemania.
Funcionamiento del motor HPT
El propulsor HPT se compone de una antena que emite ondas de radiofrecuencia dentro de una cámara cilíndrica donde se genera plasma caliente y una tobera magnética que lo acelera supersónicamente. Es un dispositivo sin rejillas, electrodos ni toberas sólidas, lo que aporta grandes ventajas en términos de simplicidad de funcionamiento y prolongación de la vida útil.
Al tratarse de propulsión eléctrica, el propulsor de plasma helicón usa menos propulsante que un motor cohete químico, lo que permite reducir los costes de lanzamiento de los satélites o, por el mismo precio, aumentar su capacidad de carga útil. Al mismo tiempo, se espera que presente mayor capacidad de empuje por unidad de potencia que otros sistemas eléctricos, como los motores iónicos y los motores Hall, acortando los tiempos de viaje.
El prototipo de HPT que se va a probar está optimizado para su aplicación en un rango de potencia intermedio de 400-600 vatios. Esta tecnología “podría valer para diversos tipos de satélites o para viajes interplanetarios”, indica Pablo Fajardo. En el futuro, versiones del HPT de mayor potencia podrían servir para misiones tripuladas a Marte o vehículos de carga entre la Tierra y la Luna, así como posibles programas de retirada de basura espacial o de repostaje en el espacio.
En el futuro podrían servir para misiones tripuladas a Marte, vehículos de carga entre la Tierra y la Luna, en programas de retirada de basura espacial o de repostaje en el espacio
En el marco de este proyecto, científicos y tecnólogos se enfrentarán a retos relacionados con la integración de un sistema de propulsión eléctrica completo, formado por una unidad propulsora, otra de generación de radiofrecuencia y potencia, y una unidad de control de flujo de propulsante.
Consorcio HIPATIA
El nuevo consorcio arrancó su actividad el 1 de enero de 2020 y trabajará de forma conjunta durante los próximos 30 meses para probar el funcionamiento de un nuevo prototipo para su utilización en plataformas espaciales de pequeñas dimensiones. Como primera actividad, representantes de todas las entidades involucradas se han reunido por primera vez en la sede de SENER Aeroespacial, en Tres Cantos (Madrid) y en la UC3M, los días 28 y 29 de enero.
“Teniendo en cuenta el diseño relativamente simple y resistente de la tecnología HPT, el proyecto HIPATIA tiene potencial para ofrecer una solución de motor rentable para pequeños satélites que pesen menos de media tonelada y requieran menos de 750 vatios de potencia de propulsión eléctrica”, explica el responsable del proyecto en la UC3M, Pablo Fajardo, del Equipo de Propulsión Espacial y Plasmas (EP2) del Departamento de Bioingeniería e Ingeniería Aeroespacial de esta universidad.
En palabras de Mercedes Ruiz Haro, coordinadora del proyecto y directora de proyectos en la División de Sistemas de Vuelo y Aviónica de SENER Aeroespacial: “HIPATIA es un paso más en el desarrollo de la tecnología HPT para usos comerciales. Al final de este proyecto financiado por la Unión Europea, contaremos con un sistema de propulsión completo validado y listo para la primera demostración de su potencial en órbita”.
Este modelo podría utilizarse en las futuras constelaciones de satélites no geoestacionarios, una idea nueva que está en proceso de desarrollo y que cuenta con importantes iniciativas. Por ejemplo, para desplegar constelaciones de satélites ubicados en distintos planos orbitales, a unos 1.200 km de altitud, para proveer servicios de internet de banda ancha con cobertura global, que incluyan a todas aquellas personas que viven en lugares en los que no se dispone de este tipo de conexiones en la actualidad.
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