Micropropulsió espacial per a nanosatèl.lits

La crisi econòmica mundial tambè ha afectat a la indústria aeroespacial. Des de les primeres missions a l’espai -basades en grans coets que necessitaven motors amb rangs de força molt potents- el desenvolupament de l’enginyeria aeroespacial ha evolucionat cap a una disminució del pes i de la grandària dels enginys, per raons d’estalvi de costos i d’energia. Miquel Sureda, professor i investigador de l'Escola Tècnica Superior d'Enginyeries Industrial i Aeronàutica de Terrassa (ETSEIAT), ens ho explica amb un projecte propi: Micropropulsió per micro i nanosatèl.lits.

| UPC Terrassa-Miquel Sureda
L'investigador Miquel Sureda
L'investigador Miquel Sureda | UPC

L’espai és un entorn llunyà i misteriós. La seva exploració acostuma a omplir titulars grandiloqüents, amb molta propaganda i grans dosis d’èpica. Astronautes a Mart, estacions espacials, telescopis que tot ho veuen,... sovint podem sentir-nos extres d’una pel·lícula de ciència ficció.

Per això pot semblar estrany saber que la crisi econòmica global també ha afectat fortament a aquest sector, i que en el disseny de missions espacials s’està imposant la vella màxima de “bo, petit i barat”.

Aquesta tendència es tradueix en la necessitat de construir sondes i satèl·lits capaços d’assolir els objectius previstos amb el mínim pes i consum de potència. Així, en els darrers anys, les missions “low-cost” han promogut l’aparició de micro-satèl·lits, amb masses d’entre 10 i 100 Kg, i de nano-satèl·lits, amb masses inferiors a 10 Kg. La idea és clara: si 3 o 4 petits satèl·lits poden fer el mateix que un de molt gran s’estalvia en pes, potència i costos de llançament. A més la fiabilitat del conjunt augmenta, doncs la fallada d’un d’ells no és crítica perquè en segueixen quedant d’altres operatius.

Per satisfer aquestes noves demandes, els enginyers han hagut d’inventar motors capaços de proporcionar empentes extremadament petites y molt precises. Aquests nous sistemes de micro-propulsió son capaços de generar forces equivalents al pes d’una mil·lèsima part d’un full A4. Per aconseguir-ho expulsen minúscules gotes a través de petits canals (motors col·loïdals) o acceleren partícules despreses d’un bloc de Tefló (motors polsats de plasma).

A l’ETSEIAT del Campus de la UPC a  Terrassa estem investigant un nou sistema de micro-propulsió que fa servir l’efecte electrocinètic. Aquest motor funcionaria accelerant un fluid dintre de capil·lars de la mida de cabells, i podria assolir empentes molt precises amb una gran eficiència i simplicitat.

Miquel Sureda i l’efecte electrocinètic.
Skybox. Disseny artístic d’una constel.lació de micro-satèl.lits orbitant al voltant de la Terra
Skybox. Disseny artístic d’una constel.lació de micro-satèl.lits orbitant al voltant de la Terra | Skybox

Miquel Sureda,  en col·laboració amb Javier Díez (professor i investigador de la Universitat de Rutgers,New Jersey, Estats Units), ha descobert un nou sistema de micropropulsió  pioner en l’enginyeria aeroespacial. Es basa en l’efecte electrocinètic, conegut i utilitzat per controlar fluxos en l’àmbit de la biomedicina. El sistema, experimentat de moment sobre el model físic, pot ser tant precís que generaria forces similars a les que pot fer una cèl·lula. La recerca de Sureda  obre el camí per desenvolupar una nova tecnologia en el camp de la micropropulsió que impulsi les missions espacials del segle XXI, més eficients i precises.

L'efecte electrocinètic és conegut des del segle XIX i els avantatges que comporta s’aprofiten en l’àmbit de la biomedicina perquè permet controlar fluxos amb alta fiabilitat. Sureda ha trobat la manera d’aplicar l’efecte electrocinètic a l’àmbit aeroespacial, fent servir la base teòrica sobre la que se sustenta, per proposar un nou sistema de micropropulsió per als microsatèl·lits (entre 10 kg i 100 kg de pes) i els nanosatèl·lits (entre 1 kg i 10 kg de pes) quan operen a l’espai. A més, aquest sistema permetria tenir un gran control de l’empenta subministrada, la qual cosa satisfaria les enormes exigències de precisió requerides per les noves missions de vol en formació de satèl·lits.

L’efecte electrocinètic aprofita l’estreta capa d’ions que es forma a les parets d’un micro-canal (capil·lar d’un diàmetre inferior al d’un pèl), per accelerar un fluid mitjançant un camp elèctric. Només cal aplicar una diferència de potencial entre els extrems del canal per obtenir un flux que podria ser utilitzat per generar la propulsió.

Dels grans coets a la micropropulsió

Des de les primeres missions a l’espai, basades en grans coets que necessitaven motors amb rangs de força molt potents, el desenvolupament de l’enginyeria aeroespacial ha evolucionat cap a una disminució del pes i de la grandària dels enginys, per raons d’estalvi de costos i d’energia. Ha derivat cap a nous tipus de missions científiques que requereixen sistemes de propulsió molt precisos. La recerca que ha realitzat Miquel Sureda s’ha centrat en sistemes de micropropulsió, que necessiten rangs de força molt petits, a partir del micro-newton. Si un Newton equival a la força que generen 100 grams quan els aguantem amb la mà, un micro-newton seria la milionèsima part del Newton, una força similar o molt propera a la que és capaç de fer una cèl·lula quan es mou.

El sistema de micro-pulsió proposat per l’investigador de la UPC al Campus de Terrassa permetria realitzar petits moviments als satèl·lits al mig de l’espai, amb molta precisió i eficàcia, estalviant energia. Segons l’investigador, el seu sistema funcionaria agrupant molts nano-propulsors de la grandària d’un cabell en un espai molt reduït. Actualment existeixen micro-motors de tipus col·loïdal, però estan en fase de desenvolupament. Ara bé, sobre el paper no ofereixen una resolució tan efectiva com el sistema proposat per Miquel Sureda.

Un exemple de missió d’alta precisió

Per donar una idea de cap a on va la carrera espacial i les necessitats tecnològiques que requereix, un bon exemple és la missió LISA (Antena Espacial d’Interferòmetre Làser), un projecte conjunt de la NASA i l’ESA que desenvolupa un detector d’ones gravitacionals a través de tres satèl·lits disposats en forma de triangle equilàter i amb una distància entre ells de més de 5 milions de kilòmetres. Quan cadascun dels tres satèl·lits s’ha de desplaçar, ho ha de fer a través d’un sistema de propulsió amb una resolució propera al 0,1 micro-Newton que permeti moviments altament precisos. El descobriment de Miquel Sureda pot obrir el camí per desenvolupar una tecnologia que millori els resultats d’aquest tipus de missions, i que les faci més eficients i precises.

Miquel Sureda (Barcelona 1978) és Llicenciat en Ciències Físiques per la Universitat de Barcelona, Enginyer Aeronàutic per l’ETSIA de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) i Doctor Enginyer Aeronàutic per la UPC. Des de l’any 2007 és professor i investigador a l’ETSEIAT.

Data de publicació: 
16/12/2013

Deixa un comentari