El módulo "Power and Propulsion Element".
-El PPE de la estación lunar Gateway ya probó su innovador sistema de propulsión-
Los motores de propulsión eléctrica emiten un resplandor de luz azul.
Dentro de los programas de desarrollo de la sección del Elemento de Poder y Propulsión de la Gateway, se vienen cumpliendo exitosamente las fases de construcción y prueba de los elementos fundamentales de la alimentación energética y de la propulsión. Para poder cumplir con estos objetivos, se ha recurrido a la experiencia acumulada de proyectos anteriores, lo que ha permitido avanzar de forma rápida a la concreción de estos resultados. Ha sido muy importante lo aportado por el JPL, sigla en inglés de "Jet Propulsión Laboratory", "Laboratorio de Propulsión a Chorro" (aunque amistosamente se asigna el significado de la sigla a "Jack Parson Laboratory". No obstante su fundador en 1930, fue Theodore von Kármán del Instituto de Tecnología de California, instituto que sigue siendo su administrador. En 1944, el laboratorio fue co-fundado por los científicos Quian Xuesen (quien fue fundamental en el desarrollo de la cohetería china y luego se trasladó a los Estados Unidos) y Jack Parson. El JPL, se benefició de la experiencia previa adquirida con el proyecto denominado ARM, "Misión de Redirección de Asteroides", posteriormente cancelado.
El 1/11/2017, la NASA otorgo contratos a cinco compañías para examinar el desarrollo de un módulo de propulsión y energía, con vista de ser uno de los elementos iniciales de la Deep Spece Gateway, nombre que llevó el proyecto hasta el año 2018. Los contratos que tenían una duración de cuatro meses fueron otorgados a Boeing, Sierra Nevada, Lockheed Martin, Orbital ATK y Space System Loral, con un valor combinado por 2,4 millones de dólares. Previamente la NASA había estado estudiando el diseño del mismo por el Centro de Investigación Glenn (GRC) (Glenn Research Center).
La propulsión a usarse será de última tecnología, preferentemente constará de propulsión iónica, que consiste en un haz de partículas cargadas eléctricamente (iónes), y auxiliarmente química. La propulsión iónica comenzó ha desarrollarse conceptualmente por el físico Hermann Oberth a fines de la década de los años 20. Su utilización aventaja mucho a la del tipo convencional en determinados casos, como lo demostró la sonda norteamericana Deep Space-1 (DS-1), lanzada el 24 de octubre de 1998. La misma, fue un demostrador de nuevas tecnologías espaciales, que utilizó por primera vez como propulsión principal un motor iónico, el cual estaba alimentado por gas Xenón (también estaba provista de un sistema de prueba para aumentar el rendimiento de las células fotovoltaicas de sus paneles solares). Para ser ionizados, se han utilizado hasta el momento, átomos de argón, mercurio o xenón. El Deep Space-1, funcionó un total de 16.265 horas hasta completar su misión, utilizando 73,4 de los 81,5 kg. de xenón que llevaba. El motor era del tipo NSTAR de 2,3 kW. En oposición a los motores químicos que generan un empuje muy importante durante un tiempo muy limitado por la cantidad de combustible que necesitan, el motor iónico utiliza un pequeño volumen de combustible por mucho tiempo para lograr una velocidad. En muchos caso, como el de las estaciones orbitales, esto es una ventaja por la consiguiente reducción de masa necesaria. La Gateway tiene una vida útil prevista de 15 años, pero ya fuimos testigo de lo que pasa con la EEI que había sido proyectada para cumplir su misión por este mismo período de tiempo.
El módulo para la Gateway, esta siendo producido bajo contrato de la NASA, por la compañía privada Maxar Technologies. Agilizando el desarrollo de la estación, como vimos en la entrada anterior, para el módulo HALO, Northrop Grumman tomo como base para su construcción el de sus naves Cygnus Cargo y en este caso Maxar Technologies tomo como base el bus satelital de la serie 1300. Nos dicen en Maxar, que si bien las naves espaciales están provistas con baterías, sus motores cuentan con una fuente mejor: el Sol. Los paneles solares (que han sido mejorados) recolectan la energía solar y aumentando después la potencia del voltaje ésta es enviada a un propulsor eléctrico "PE". Luego, un complicado proceso electromagnético ocurre dentro del propulsor con combustible (típicamente xenón en los sistemas actuales) para crear iones, que se aceleran a través de un campo eléctrico, para crear un haz de escape. Al igual que con los sistemas químicos, ésta columna de escape es la que empuja a la nave espacial en la dirección en la que necesita ir. (efecto igual y opuesto de Isaac Newton). Por el contrato de la NASA con Maxar por 375 millones de dólares de mayo de 2019, esta empresa no solo será la encargada de construir el módulo, sino que también lo estará del suministro de energía eléctrica a la estación que se prevé que tendrá capacidad de generar 50 kW.
El sistema de propulsión de una nave espacial tiene una clasificación de eficiencia llamada impulso específico, que se escribe como Isp, que hace una comparación de cuánto cambia la velocidad de la nave espacial por unidad del propelente a través del propulsor. El sistema EP Isp es generalmente de 6 a 10 veces más eficiente que el Isp de propulsión química. Otra de las ventajas de la propulsión iónica se deriva en que no necesita oxigeno, ni oxidante alguno; por el contrario, los sistemas de propulsión EP no pueden funcionar en una atmósfera, solo lo pueden hacer en el vacío del espacio. Pese a todo, no puede sustituir en todos los casos al sistema de propulsión químico. El fundamento está en la ecuación del cohete de Tsiolkovski (Ecuación de Tsiolkovski). El empuje en el sistema de propulsión eléctrica es más débil que el empuje químico, por lo que la aceleración lleva mucho más tiempo. Esto tiene fundamentos como la tasa de flujo másico del propelente, los niveles de energía y las velocidades de escape, y los pesos moleculares de las partículas que se disparan. La empresa Maxar utiliza propulsores químicos para el control de la órbita de sus satélites que producen 5 libras de fuerza, pero sus propulsores iónicos actualmente producen alrededor de 0,05 de libra de fuerza. A pesar de que el empuje EP es muy bajo, los viajes a través del espacio a menudo toman mucho tiempo, lo que permite que el sistema EP ofrezca el mismo aumento de velocidad que un sistema químico. El primer satélite de propulsión eléctrica de Maxar, el Eutelsat 7C, completo su fase de elevación a la órbita asignada con más de 100 días de empuje continuo de EP. Para hacer lo mismo con propulsores químicos le habría tomado aproximadamente una semana, pero habría requerido 1.200 kg. más de combustible, equivalente aproximadamente al 50% del peso del satélite sin combustible. El Eutelsat 7C fue lanzado al espacio el 20/06/2020, a las 20:43 CET o sea 21:43 UTC, desde Kourou, Guayana Francesa, por un cohete Ariane 5 ECA (el Ariane 5 ECA es una versión mejorada del Ariane 5, que permite colocar cargas útiles de hasta 9,6 toneladas en órbitas de transferencia geoestacionaria). El Eutelsat 7C fue identificado con el número COSPAR-ID 2019-34B y NORAD 44334. Con una masa de 3.400 Kg. y de acuerdo a la potencia del Ariane 5C ECA de poder hacer lanzamientos duales a la OTG, fue acompañado por el satélite T-16 (de Direct TV) de más de 6.300 Kg. de peso. Para el Eutelsat 7C Maxar utilizó el "bus satelital" SSL-1300 ampliamente utilizado anteriormente con PQ, lo que aumentaba su peso a unos 5.500 kg. Para corroborar la diversidad y amplitud de utilización de esta versátil plataforma, en la página Gunter's Space Page, hay un extenso detalle. Esta plataforma es la que se utilizará justamente para la sección PPE de la estación Gateway. Luego de esta experiencia Maxar ha mejorado su sistema de propulsión para ser utilizado en la sonda Psyche. La misma tiene como misión explorar un asteroide metálico llamado Psique (es la personificación del alma en la mitología griega) el cual se encuentra en el cinturón principal de asteroides, alejado del Sol, en el espacio profundo, tendrá pues que trabajar con sus grandes paneles solares con la tenue luz que le llegue para poder propulsarse con la PE. La nave Psyche, esta programada para lanzarse al espacio el 1/08/2022. Toda esta experiencia de Maxar se ha volcado a la PPE. Durante este año 2021 se han completado con éxito las pruebas del subsistema de propulsión solar (SEP) de 6 kilovatios destinado a la PPE. Este propulsor es aproximadamente un 30% más potente que los anteriores. El módulo estará propulsado por varios de estos SEP de 6 kW que serán complementados por otros más potentes completando un sistema propulsor de 50 kW.
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