Microcohetes, la última gran novedad en el floreciente mercado de los satélites

Nuestro estilo de vida de hoy en día apenas sería posible sin la ayuda de los satélites. Muchas de las actividades que llevamos a cabo actualmente en la Tierra dependen en gran medida de estos objetos que se encuentran a muchos kilómetros de nuestras cabezas: desde controlar los incendios forestales, la deforestación y la temperatura de la superficie marina, hasta permitir conexiones a nuevas tecnologías móviles, como la 5G, en zonas de difícil acceso.

La nueva generación de satélites en miniatura y de menor coste que están siendo lanzados a órbitas bajas (entre 500 y 1 000 kilómetros de la Tierra) por empresas como SpaceX, de Elon Musk, y OneWeb, con sede en el Reino Unido, hace patente esta creciente tendencia.

Menos es más

El tamaño de estos satélites puede ser el de una caja de zapatos o incluso menor y, aun así, algunos de ellos se encargan de rastrear la totalidad de la masa terrestre del planeta con un grado de detalle sin precedentes. En la próxima década se prevé que se lanzarán más de 2 500 minisatélites al año de media.

Para ponerlos en órbita de la forma más económica posible, los satélites pequeños suelen transportarse en cohetes de grandes dimensiones como parte de misiones compartidas. El desarrollo de cohetes más pequeños permitirá un acceso más rápido y personalizado al espacio, lo que podrá abrir el mercado a un mayor número de proveedores especializados.

“Los satélites pequeños pueden viajar en grandes lanzaderas, pero esto plantea problemas, como el largo tiempo que transcurre hasta su puesta en órbita, ya que hay que reservar plaza con mucha antelación y esperar a que la lanzadera se dirija al sitio exacto en el que se quiere colocar los satélites”, explica Xavier Llairó, director comercial y cofundador de Pangea Aerospace en Barcelona, España. “Las empresas propietarias de estos satélites necesitan acceder al espacio de forma personalizada”.

El proyecto RRTB, financiado por la UE y dirigido por Pangea, ha estado tratando de encontrar formas económicamente más eficientes de lanzar al espacio cohetes pequeños que cargan satélites de hasta 500 kilogramos. Se espera contar con un motor listo para ser usado antes de 2025.

La clave es encontrar formas de reutilizar estas microlanzaderas minimizando el impacto al que están expuestas en el momento de volver a entrar en la atmósfera terrestre y permitiéndoles aterrizar de forma segura. Además, utilizar las lanzaderas más de una vez también permitiría ser más respetuosos con el medio ambiente.

“Gracias a esta reutilización, la inversión es menor, se usan menos medios de producción y puede incrementarse la frecuencia de lanzamiento”, explica Llairó. Según indican desde el proyecto RRTB, que finalizará este mes tras tres años en activo, ahora mismo en Europa todavía no se cuenta con un método de eficacia probada para conseguir esos objetivos.

Primera sección

El proyecto RRTB ha tenido como foco central la reutilización de la primera sección o primera parte del cohete, localizada en su base. Esta es la sección encargada de generar la mayor parte del impulso inmediatamente después del lanzamiento, tras lo que se desprende y cae de nuevo a la Tierra, a menudo en el océano. Las demás secciones del cohete, con un peso más ligero, siguen avanzando por el espacio hasta poner su carga en órbita.

Esta primera sección suele sufrir daños no solo durante su descenso a gran velocidad a través de la atmósfera terrestre, sino también debido al agua del mar. Las dificultades y los costes de recuperarla y devolverla al lugar de lanzamiento pueden acarrear más problemas que soluciones. “Al caer al agua se hace extremadamente difícil reutilizarla”, indica Llairó.

Según su criterio, la solución es encontrar una forma mediante la cual la primera sección del cohete entre de nuevo en la atmósfera terrestre de forma segura y aterrice en una estación de acoplamiento cerca del lugar de lanzamiento o en una base flotante. A la vez, el diseño de la lanzadera debe permitir una carga útil lo suficientemente relevante para que la operación sea económicamente viable.

Para encontrar formas de reducir el daño que sufren las microlanzaderas al entrar de nuevo en la atmósfera terrestre y durante el aterrizaje, el equipo de RRTB ha realizado pruebas en un túnel de viento con un modelo de microcohete a escala reducida.

El objetivo principal de estas microlanzaderas es, según Llairó, evitar que el motor tenga que encenderse para entrar de nuevo en la atmósfera. Al reducirse el peso del combustible necesario, esto permitiría que las lanzaderas puedan transportar una carga útil inicial mayor.

Una nueva tobera

El equipo experimentó dificultades en su investigación cuando el cohete presentaba una tobera tradicional en forma de campana alrededor del motor, pero encontró resultados más prometedores usando una forma cónica. Esta tobera tipo aerospike contribuye a repartir el calor, de forma que el impacto al que se ve sometido el cohete es menor.

“Permite que entre en la atmósfera de forma más suave”, indica Llairó. “Esto no solo es aplicable a las pequeñas lanzaderas, sino también a las de mayor tamaño. Fue un hallazgo inesperado, ya que inicialmente no estábamos buscando algo así”.

Aunque los motores aerospike también consumen menos combustible que los motores tradicionales, explica Llairó, dichos beneficios se ven eclipsados hasta el momento por las complejidades y los costes de su ingeniería, a lo que hay que incluir las dificultades que supone su refrigeración. Sin embargo, técnicas como la impresión 3D, como la utilizada por Pangea, los están haciendo más viables.

“La tecnología aerospike cambiará la forma en que llegaremos al espacio y en que volveremos a la Tierra”, señala Llairó. “Es un factor esencial para la reutilización de los cohetes”. Entretanto, indica, el motor que el equipo planea utilizar empleará metano de origen biológico como propulsor.

También se está tratando de conseguir que las distintas piezas de los cohetes gocen de una mayor capacidad de reutilización, utilizando, por ejemplo, materiales a base de aluminio para los depósitos de combustible.

“El objetivo es que la mayoría de los cohetes aterricen de forma segura y que puedan reutilizarse tantos componentes como sea posible para que la operación sea viable desde un punto de vista económico”, explica Llairó.

Preparando el lanzamiento

Si, por un lado, RRTB se ha centrado en la capacidad de reutilización de los cohetes, la compañía aeroespacial Orbex, con sede en el Reino Unido, se prepara para estrenar su propia microlanzadera ligera y ecológica.

En el marco del proyecto PRIME, financiado por la UE, Orbex presentó en mayo del año pasado un prototipo de su cohete de 19 metros de altura, que se convertirá en la primera lanzadera totalmente orbital de Europa para pequeños satélites. El cohete también se ha diseñado con el objetivo de reutilizar las piezas que se recuperen y que no se hayan quemado en la atmósfera. Si bien Orbex todavía no ha revelado nada al respecto, un portavoz de la compañía afirmó que el método es “completamente novedoso”.

Desde Orbex se espera que el cohete Prime pueda ser lanzado este año por primera vez, a la espera de cumplir ciertos requisitos previos, como que se les conceda una licencia de lanzamiento. “Ya hemos vendido varias plazas a proveedores de satélites comerciales, pero aún no hemos anunciado la fecha de nuestro lanzamiento inaugural”, declara Chris Larmour, Director General (CEO) de Orbex. Larmour también fue coordinador del proyecto PRIME, que tuvo una duración de tres años, hasta junio de 2022.

Un cohete más ecológico

El cohete utilizará combustible limpio a base de biopropano, un subproducto del biodiésel, que es un tipo de combustible obtenido de fuentes como aceites vegetales y aceite de cocina usados.

Se combinará con oxígeno líquido, un “propulsor criogénico”; es decir, un gas enfriado a temperaturas bajo cero y condensado que pasa a ser un líquido altamente combustible. Con estas medidas, el cohete reduciría las emisiones de carbono hasta en un 96 % en comparación con lanzaderas de tamaño similar propulsadas por combustibles fósiles. “El cohete Prime de Orbex, propulsado con biocombustible renovable, será el cohete más respetuoso con el medio ambiente”, declara Larmour.

Los tanques de combustible se han fabricado con fibra de carbono, lo que permite combinar una gran resistencia con un peso reducido.

Orbex estima que el cohete Prime pesa un 30 % menos que las lanzaderas tradicionales, lo que contribuye a una mayor eficiencia y a un más alto rendimiento, dos aspectos vitales para los satélites pequeños. Además, el cohete se ha diseñado de tal forma que no deja ningún tipo de residuo en la Tierra ni en órbita. La compañía prevé lanzar hasta 12 cohetes al año desde su centro espacial de Sutherland, en la costa septentrional de Escocia. También se espera que el centro espacial sea neutro en carbono, tanto en su construcción como en su funcionamiento.

Su relativa proximidad a Glasgow contribuirá a aprovechar la floreciente industria espacial de la zona, en la que se fabrican más satélites que en ningún otro lugar de Europa. Orbex cree que esto ofrecerá el contexto adecuado para que los actores de la región puedan lanzar sus satélites al espacio.

“La industria de los satélites y su necesidad de que las lanzaderas puedan colocar a los satélites en órbitas específicas han crecido en los últimos años y seguirán haciéndolo de forma exponencial”, constata Larmour. “Esto crea una altísima demanda de lanzamientos sostenibles y específicos para los minisatélites”.

La investigación descrita en este artículo ha sido financiada con fondos de la UE. Artículo publicado originalmente en Horizon, la Revista de Investigación e Innovación de la Unión Europea.

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