UNSAM-CITEDEF: Desarrollo de motores espaciales impulsados por láser

Motor espacial

Investigadores de la UNSAM, el CITEDEF y la Fundación Argentina de Nanotecnología trabajan en el desarrollo de diversas tecnologías y combustibles para motores impulsados por láser, que tienen gran potencial para ser utilizados en la propulsión de satélites sin la necesidad de utilizar oxígeno.

Por Matías Alonso 

Agencia TSS – Los motores a combustión se basan en una reacción termoquímica por la cual se oxida un combustible y eso genera calor y expansión que luego se convierte en movimiento. Ese principio vale tanto para el motor de un auto que utiliza combustible como para el de un cohete que pone satélites en órbita en el espacio. En ambos casos necesitan algo esencial para su funcionamiento: oxígeno.

Pero llevar al espacio oxígeno o algún otro elemento oxidante 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 combustible que lleva consigo para poder hacer correcciones de su órbita.

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. Investigadores de la UNSAM, el Instituto de Investigaciones Científicas y Técnicas para la Defensa (CITEDEF) y la Fundación Argentina de Nanotecnología (FAN) trabajan en una serie de desarrollos tecnológicos para llegar a este objetivo.

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.

En diálogo con TSS, 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.

“Nuestro trabajo se centra en medir el impulso que da un pulso

 láser cuando genera ablación sobre el combustible”, explica Rinaldi.

“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 –instrumento óptico que emplea la interferencia de las ondas de luz para medir longitudes de onda de la misma luz– de Nomarsky 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”.