La elección del método de propulsión para una nave espacial continúa siendo uno de los retos más importantes a los que se enfrentan los ingenieros. Un motor de con combustible y comburente a bordo es un sistema grande que resta flexibilidad a la nave o incluso puede suponer un hándicap para el cohete lanzador al restar kilogramos de capacidad útil. Los motores iónicos, por su parte, son muy demandantes de energía eléctrica y más caros de fabricar.
Sin embargo, existe una tercera vía para los viajes extraterrestres: la vela solar. Esta tecnología es la protagonista de la misión de la NASA hace unas horas abandonó la Tierra y ya viaja plácidamente por el espacio. A eso de las 00:33 de la madrugada en España, un cohete Electron de la compañía Rocket Lab iniciaba la parte operativa del programa Advanced Composite Solar Sail System (ACS3 o Sistema de Vela Solar Compuesto Avanzado) que pretende demostrar sus capacidades en el espacio.
La NASA está "desarrollando nuevas estructuras plegables y tecnologías de materiales para este tipo de sistemas de propulsión", según explican desde la Administración Espacial estadounidense. "Destinados a futuras misiones de bajo coste al espacio profundo".
El ACS3 es un pequeño CubeSat que se centrará en la obtención de datos para "el diseño de futuros sistemas de velas solares compuestas [de materiales compuestos] a mayor escala que podría usarse para satélites de alerta temprana del clima espacial", explican en la ficha de la misión. Otras aplicaciones podrán ser el reconocimiento de asteroides cercanos a la Tierra o retransmisiones de comunicaciones para misiones de exploración tripuladas.
Vuelo a vela extraterrestre
"El objetivo principal de la demostración de la tecnología del ACS3 es el despliegue exitoso de la vela solar compuesta en órbita terrestre baja", a unos 1.000 km de la superficie. Una vez el CubeSat llegue al espacio, abrirá sus paneles de energía solar y luego comenzará el despliegue la vela empleando cuatro brazos que componen las diagonales del cuadrilátero que conforma la estructura. Cada uno de ellos alcanzará unos 7 metros de largo en su máxima extensión.
Después de 25 minutos, la vela solar ya estará completamente desplegada y su forma cuadrada tendrá aproximadamente 9 metros de lado. "El tamaño de un apartamento pequeño", pone como referencia la NASA. El ACS3 lleva a bordo una serie de cámaras y sensores que obtendrán imágenes de la vela durante y después del despliegue para evaluar su forma y alineación final.
Las velas están sostenidas y conectadas a la nave espacial mediante botavaras, que funcionan de una forma muy similar a las que se encuentran en los veleros náuticos. Estas conexiones están fabricadas de un material polimérico flexible y reforzado con fibra de carbono para hacerlas más resistente.
Vela en los laboratorios de la NASA antes de ser plegada para su viaje al espacio
"El material compuesto se puede enrollar para un almacenamiento compacto", explican. Una característica fundamental para que puedan integrarse en las cofias de los cohetes encargados de poner los satélites en órbita. "También es muy rígido y resistente a la flexión y deformación debido a los cambios de temperatura".
Por diseño, las velas pueden funcionar de forma indefinida y tan sólo están limitadas por la durabilidad de los materiales con las que están fabricadas. De ahí la importancia que ha puesto la NASA a la hora de elegirlos. Desde el punto de vista de la misión en general, también puede ser un factor limitante la electrónica a bordo.
"La demostración de la tecnología ACS3 también probará un innovador sistema de extracción de brazos con carrete de cinta diseñado para minimizar el atasco", algo que suele ocurrir con demasiada frecuencia en las naves espaciales. No en el despliegue de velas, pero sí en el de los paneles solares.
Las botavaras fabricadas con material compuestos son un 75% más ligeras y están diseñadas para que experimenten 100 veces menos de distorsión térmica en el espacio si se compara con los sistemas volados anteriormente. Por su parte, la vela solar está diseñada para caber dentro de un CubeSat de 12 unidades, que mide 23x23x34 centímetros, el tamaño de un pequeño horno microondas.
Misión de vela solar de la NASA
La combinación de ambas innovaciones allanará el camino a futuras misiones para velas solares de hasta 500 metros cuadrados, si consiguen validar los sistemas de esta misión. "Las tecnologías de material compuesto que se encuentran actualmente en desarrollo permitirán velas solares de hasta 2.000 metros cuadrados", aseguran desde la NASA.
El comienzo del enjambre
El cochete que lleva la nave ACS3 es un Electron fabricado por la estadounidense Rocket Lab y se lanzará desde las instalaciones de la compañía en la península de Mahia (Nueva Zelanda). Junto a esta misión de la NASA, irá a bordo NEONSAT-1, un satélite de observación terrestre fabricado por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea del Sur. Ambas plataformas conforman la misión Beginning Of the Swarm, traducida al español como El comienzo del enjambre.
CubeSat de la misión ACS3
El NEONSAT-1 cuenta con una cámara óptica de alta resolución especialmente diseñada para monitorizar los desastres naturales en toda la península de Corea combinando las imágenes con técnicas de inteligencia artificial. Se trata del primero de una constelación que tiene planeado lanzar más unidades en 2026 y 2027.
En lo relativo al cohete, El Rocket Lab Electron tiene una longitud de 18 metros y un diámetro máximo de 1,2. En el momento del lanzamiento tiene una masa máxima de 13.000 kilogramos y emplea queroseno y oxígeno líquido como elementos para la combustión.
La carga de pago es de 320 kilogramos con una cofia de 1,2 metros de diámetro por 2,5 metros de altura. Dispone de dos etapas: la primera está compuesta de 9 motores Rutherford y la segunda, recurre a un mismo tipo de motor adaptado para funcionar en el vacío.