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Investigadores de la UNSAM, el Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF) y la Fundación Argentina de Nanotecnología (FAN) trabajan para llegar a un motor espacial casi libre de pesados propelentes, fundamentalmente de oxígeno. Están a punto de iniciar el patentamiento. Los motores espaciales a combustión tienen algo en común. Ya se trate de grandes cohetes que «inyectan» satélites en órbita o disparan sondas al sistema solar, o de los minúsculos «thrusters» que ajustan la altura y posición de estos vehículos, todos ellos se basan en una reacción termoquímica: se oxida explosivamente un combustible y eso genera calor y expansión de gases, que salen a gran velocidad por la tobera. Por acción y reacción, eso genera movimiento en sentido contrario del cohete, satélite o sonda. Eso hace a los motores espaciales convencionales parientes cercanos de los motores de combustión interna de nuestros autos: todos se niegan a funcionar sin oxígeno. Pero llevar al espacio oxígeno o algún otro elemento oxidante (como el tetróxido de nitrógeno) es sumamente costoso y pesado, lo que hace que el costo de lanzamiento de un satélite implique alrededor de la mitad del presupuesto total de un proyecto. De hecho, la vida útil de un satélite suele medirse por la cantidad de propelentes (el combustible y el oxidante) que lleva consigo para poder hacer correcciones de órbita con sus «thrusters». En satélites de comunicaciones como los ARSAT-1 y 2 argentinos, los propelentes constituyen casi el 80% de la masa de cada aparato. El costo de llevar eso a 35.786 km. de altura sobre el Ecuador es inimaginable. Una de las líneas de investigación que tiene como objetivo evitar las limitaciones de la propulsión tradicional es la de los motores impulsados por láser. Esta tecnología se basa en que un láser vaporiza un combustible produciendo un pluma de ablación que impulsa el material a altas velocidades y el vehículo en sentido contrario. Estos motores no necesitan la presencia de oxígeno y, aunque producen impulsos débiles, son muy importantes cuando un satélite se mueve en el vacío, ya que la inercia es significativa. En diálogo con TSS -la agencia de noticias científicas de la Universidad Nacional de San Martín- la física del CITEDEF Laura Azcárate dijo: “Actualmente, hay un nuevo auge del interés por la exploración interplanetaria y, para hacerlo, hay que cambiar la tecnología de los motores y combustibles, porque los que se usan actualmente son muy lentos, se requiere otro tipo de propulsión y por eso es importante lo que estamos haciendo”. La energía eléctrica para el láser puede obtenerse, por ejemplo, a través de paneles solares en el espacio. Si se trata de pequeños satélites que orbitan la Tierra, existe otra alternativa: apuntar el láser desde el suelo terrestre. Además, esto permitiría poner satélites en órbitas más bajas que lo usual y, cuando resulte necesario, emitir un pulso láser para mantenerlos en su órbita. Con el objetivo de evaluar la eficiencia de posibles combustibles, actualmente en la FAN se imprimen, en tres dimensiones, pastillas de polímeros con nanopartículas de diferentes materiales, como aluminio y zinc, mezclados con diversas sales. Las mediciones de rendimiento son complejas de realizar por el poco impulso que se genera en un ambiente con gravedad. “Hay dos cosas que se buscan medir: qué proporción de la energía del láser y del material quemado es convertido en movimiento. Esta segunda medición es compleja debido a que se queman nanogramos de material con cada impulso láser”, explicó a TSS Carlos Rinaldi, director de la División de Sensores del Departamento de Micro y Nanotecnología de la CNEA y docente de la UNSAM, cuyo equipo diseñó su propio método de medición, que fue publicado en la revista Anales AFA y presentado en el simposio de High Power Ablation Láser , en Estados Unidos. “Nuestro trabajo se centra en medir el impulso que da un pulso láser cuando genera ablación sobre el combustible. Nosotros usamos un interferómetro de Nomarsky –instrumento óptico que emplea la interferencia de las ondas de luz para medir longitudes de onda de la misma luz– que permite medir de una manera sencilla”, explicó Rinaldi. Con este método pudieron medir las plumas –que tienen una vida de quince nanosegundos– con exactitud y así pudieron caracterizar los distintos tipos de combustibles. “Ahora estamos haciendo un convenio para hacer las mediciones con nuestro sistema para combustibles que se están desarrollando en la Universidad de Stanford, en Estados Unidos. La idea es patentar el método que estamos usando y estamos orgullosos de lo que hemos logrado”, dijo Rinaldi. Para Azcárate, de CITEDEF, “el uso de este tipo de propulsión para micro y nano satélites, ya sea para su lanzamiento o para cambiar la órbita u orientación, tiene un gran potencial en satélites que funcionan en constelación”. En la Argentina, el proyecto SARE, de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE), tiene como objetivo poner en órbita un conjunto de satélites de órbita baja de arquitectura segmentada que eventualmente podrían propulsarse con este tipo de tecnología. En el caso de la ablación láser de alta potencia, en diversos laboratorios del mundo también se investiga sobre otros usos potenciales, como desviar satélites fuera de control o basura espacial que pueda entrar en conflicto con la órbita de satélites. Según Rinaldi, “permitiría desviar un meteorito cercano a la Tierra en lugar de destruirlo. Con un pulso de alta potencia se lo podría desviar sin romperlo y hacer que no impacte en suelo terrestre”.

• Fuente: Matías Alonso / Agencia TSS / Universidad de San Martin