Space Tethers: echando un cable al espacio

La industria aeroespacial contempla diferentes sistemas de propulsión, alternativos a los tradicionales cohetes químicos. Estas propuestas no persiguen desplazar grandes masas, como un gran cohete o una lanzadera espacial. En ocasiones solo es necesario corregir órbitas, o incluso salir de éstas para reentrar sistemas espaciales al final de su vida operativa.  Para ello el empuje necesario no es muy alto, por lo cual se han estudiado tecnologías como es el caso de la propulsión ionica. Entre las varias soluciones estudiadas, existe una muy ingeniosa y “elegante” que aprovecha los campos gravitatorios y electromagnéticos de la tierra para producir una propulsión. El método es tan simple como emplear cables, los denominados en inglés “space tehters “

Historia de los TehtersImagen: Dan Holland, NASA/Marshall Space Flight Center.

Entendemos por space tehter (literalmente “cuerda”) como un cable de gran longitud empleado para conectar artefactos espaciales que orbitan alrededor de un cuerpo central (como la Tierra).  El tehter, al proporcionar una conexión mecánica entre estos dos objetos espaciales, permite la transferencia de energía e impulso de un objeto al otro mediante gradiente gravitatoria. Esto permite maniobras como el control de actitud de una astronave, modificar órbitas o mantener la posición relativa de los componentes de grandes sistemas de astronaves dispersos. Un caso de aplicacion es el de cambio de impulso entre objetos en el espacio, permitiendo al sistema tether transferir naves espaciales de una órbita a otra. Este concepto  fue propuesto por la NASA en una serie de artículos destinados a animar a investigadores, contratistas y empresas a desarrollar esta tecnología, consistente en emplear un cable rotativo “anclado” en el espacio empleada para capturar etapas superiores de cohetes o carga útil e imprimirles impulso orbital para elevarlos en órbita. Asimismo, los tethers también pueden interactuar con el campo magnético y con el plasma ionosférico de la Tierra para generar empuje o fuerzas de resistencia sin consumir combustible. Estos tehters electrodinámicos  emplean por tanto una combinación de fuerzas gravitatorias y electromagnéticas, electrones, la ionosfera y sus diferencias de potencial alrededor del planeta Tierra para obtener  energía o propulsión sin consumo de combustible.  Los tethers electrodinámicos pueden emplear igualmante  la energía solar: en este sentido, se estudian  configuraciones de tether que interaccionan con el viento solar como medio de propulsión espacial de espacio profundo. Otra interesante aplicacion de esta tecnología es investigación espacial, proporcionando un mecanismo para vuelos de formación de precisión, observaciones científicas fijas multipunto, así como para alcanzar regiones de la atmosfera superior  inaccesibles.

Los tethers se emplearon por primera vez en 1.966, en las misiones Gemini 11 y Gemini 12. El objetivo de cada uno de esás era cel acoplamiento  con una etapa  Agena, que previamente había sido lanzada y puesta en órbita. Como parte de la misión, se conectaron mediante un cable de 30 m la Gemini y la Agena, generando un mili-g de gravedad artificial. La misión demostró por tanto que los tehters podían emplearse para generar gravedad artificial o estabilizar las astronaves. Treinta años más tarde se llevó a cabo un experimento en la lanzadera espacial desplegando desde ésta  un cable conductor de 30 metros. El cable, al arrastrarse a través del campo magnético de la Tierra durante la órbita del Shuttle, para generar corriente eléctrica, formando un circuito eléctrico con la ionosfera. se generó una La corriente de 100 watios pero a 3500 voltios, lo que  originó la fusión del tehter, fabricado con una trenza de cobre devanada alrededor de una cuerda de nylon, desprendiéndose finalmente.

Desde entonces los tethers se han empleado tanto en misiones operativas como en otras destinadas para ensayar conceptos y aplicaciones de esta tecnología. podemos destacar las misiones la YES-2 en 2007, que desplegó el tehter más largo (!37 km!).  Un proyecto muy interesante  consiste en reducir la “basura espacial”, ayudando a que los satélites al final de su vida operativa desciendan de su órbita para desintegrarse en la atmósfera. Los tehters, pueden realizar esta maniobra sin necesidad de emplear los sitemas tradicionales, es decir, cohetes de control orbital.  Esta es la propuesta del proyecto BETs, liderado por el profesor Juan R. Sanmartin, de la Universidad Politécnica de Madrid y financiado por la Comisión Europea, aúna especialistas de diversas instituciones como el DLR alemán o en ONERA francés en ciencia de materiales, física de plasma, dinámica orbital, mecánica, etc. La idea propuesta por BETs consiste en desplegar el cable conectado al satélite, que, al interactuar con el campo magnético de la Tierra, se genera una fuerza capaz de modificar la órbita del satélite.  Un sistema similar al BETS , en este caso para pequeños satélites (Cubesats, MicroSats o NanoSats), lo ha desarrollado la empresa Tethers unlimited. En este caso, se despliega una cinta conductora que genera una fuerza electrodinámica que permite la deorbitacion del microsatelite.

Podria decirse que los tehters son un medio de propulsión espacial,  ya que  permiten la transferencia de energía e impulsar impulsar satélites, estaciones espaciales y quizás naves espaciales con la ventaja de no consumir combustible. A pesar de que no pueden competir con otro medio propulsivo, tienen su clara cabida en la industria espacial, siendo  como vemos una tecnología importante  con múltiples aplicaciones. Son un sistema de muy bajo coste y con interesantes posibilidades.

Referencias

[1] Chen, Yi; Huang, Rui; Ren, Xianlin; He, Liping; He, Ye (2013). "History of the Tether Concept and Tether Missions: A Review". ISRN Astronomy and Astrophysics. 2013: 1–7. doi:10.1155/2013/502973. Retrieved 7 March 2014.

[2] SpaceTethers: applications and inplementations

[3] España lidera un nuevo programa europeo para reducir la basura espacial: El proyecto BETs

[4] Sanmartín, J. R., Charro, M., Chen, X., Lorenzini, E., Colombatti, G., Zanutto, D., Roussel, J. F., Sarrailh P., Williams, J. D., Xie, K., Garret, E. M., Garcia de Quiros, F., Roemer, O., Rosta, Zoest, T., R., Lasa, J., Marcos, J., A universal system to de-orbit satellites at end of life, The Journal of Space Technology and Science, 1, 26, 2012.

[5] 'SpaceTethers' Can Be Used to Fling Spacecraft into Interplanetary Space
[6] A Little phisician A lot of string
[7] Spacecraft may fly "on empty"
[8] Misiones de tethers espaciales