El uso de la propulsión eléctrica para elevar satélites a la órbita geoestacionaria puede resultar en una degradación significativa de las células solares según un nuevo estudio. El viaje prolongado resulta en una mayor exposición a los efectos dañinos del clima espacial. Comprender el tamaño de este riesgo es esencial para que los operadores comerciales tomen medidas para mitigar los efectos y proteger sus activos.

La nueva investigación realizada por British Antarctic Survey, University of Cambridge y DH Consultancy, publicada este mes en la revista Space Weather, se presenta hoy en la Reunión Nacional de Astronomía de la Royal Astronomical Society (1 de julio de 2019).

El estudio concluye que después de una tormenta de radiación, la potencia de salida máxima de la célula solar podría reducirse hasta en un 8 por ciento para el momento en que los satélites alcancen su destino objetivo mediante el aumento de la órbita eléctrica. Esto es equivalente al nivel de daño que se esperaría después de pasar unos 15 años en órbita geoestacionaria.

Durante una tormenta de radiación, las partículas cargadas liberadas por el Sol quedan atrapadas dentro del campo magnético de la Tierra, formando los cinturones de radiación de Van Allen que rodean la Tierra, y las colisiones con estas partículas cargadas causan daños a las células solares. Esta degradación es de hasta el 8 por ciento de la potencia de salida en el peor de los casos, pero incluso en un entorno tranquilo, el estudio predice una reducción del 1-3 por ciento en la producción.

El autor principal Alexander Lozinski, un científico del clima espacial en el British Antarctic Survey (BAS), comenta:

«Ahora que comprendemos el nivel de daño causado por un viaje más lento hacia la órbita geoestacionaria, los operadores de satélites comerciales pueden planificar rutas óptimas durante las fases de diseño y planificación de la misión para garantizar la mejor vida útil para sus productos».

En los últimos cuatro años, las misiones de satélites comerciales han comenzado a emplear el uso de propulsión eléctrica para elevar la órbita. Sin la necesidad de transportar propulsor químico a bordo, se puede reducir el tamaño y la masa del satélite, lo que se traduce en importantes ahorros de costos. Reducir el tamaño de los satélites podría permitir el lanzamiento de dos naves espaciales en el mismo cohete (casi la mitad del costo de lanzamiento). Alternativamente, los ahorros en masa podrían usarse para acomodar cargas útiles adicionales / más grandes, permitiendo mayores ingresos o mayor capacidad técnica.

Cinturones de Van Allen
Cinturones de Van Allen. Crédito: NASA/Van Allen Probes/ Goddard Space Flight Center

En un lanzamiento convencional, el satélite se coloca en una órbita de transferencia geoestacionaria mediante el vehículo de lanzamiento y utiliza propulsores químicos para alcanzar la órbita geosíncrona. Esta maniobra de transferencia orbital generalmente toma unos pocos días. Sin embargo, cuando se usa (únicamente) propulsión eléctrica, puede tomar hasta 200 días alcanzar la órbita objetivo debido a un menor empuje. Esto hace que los satélites pasen más tiempo en los cinturones de Van Allen, donde están expuestos a los efectos dañinos de la radiación espacial.

«Estudiamos tres tipos diferentes de aumento de órbita y encontramos que aunque la degradación del 8 por ciento es muy alta, la elección cuidadosa de la órbita y el blindaje pueden reducir esto a un nivel aceptable», dice Lozinski. «Por ejemplo, transfiera las órbitas con un apogeo inicial alto (altitud máxima) permite que los satélites pasen a través de regiones donde hay protones atrapados, a mayor velocidad, reduciendo el nivel de daño por radiación».

Imagen de portada: EUTELSAT 172B Satellite utilizó la elevación de la órbita eléctrica para alcanzar la órbita geoestacionaria

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