Engenheiros do MIT desenvolveram um sistema de propulsão dois em um que pode abastecer tanto propulsores químicos tradicionais quanto propulsores elétricos, combinando velocidade e potência com manobrabilidade mais lenta e precisa para pequenos satélites.
A chave para a sua investigação é um tipo de monopropelente verde que foi originalmente desenvolvido pela Força Aérea dos EUA para uso em propulsão química. Em um novo papel publicado no Journal of Propulsion and Power, os pesquisadores mostram que este propelente também pode alimentar pequenos propulsores de eletrospray.
A equipe do MIT está trabalhando com a NASA para lançar um cubesat do tamanho de uma pasta que carregará um propulsor químico e quatro propulsores de eletrospray, todos alimentados por um único tanque de propelente. A tecnologia experimental poderia permitir que pequenos satélites viajassem além da órbita da Terra sem serem sobrecarregados por dois tanques de propulsão separados.
“Se você puder ter propulsão química e elétrica em um pacote pequeno, será o melhor dos dois mundos”, disse Amelia Bruno, ex-pós-doutorada no Departamento de Aeronáutica e Astronáutica do MIT e principal autora do artigo, em um comunicado. declaração. “Isso abre a porta para pequenos satélites fazerem ainda mais ciência, mais observações e missões mais interessantes, tudo em uma plataforma menor e mais barata.”
Dois pássaros, uma pedra
A propulsão química utiliza um grande suprimento de combustível e um oxidante, convertendo a energia armazenada nas ligações químicas dos propulsores para expelir gás quente e produzir um impulso curto e poderoso. Os propulsores Electrospray, por outro lado, são muito mais eficientes. Os foguetes do tamanho de uma moeda de dez centavos usam campos elétricos para carregar as partículas de um propulsor líquido, que são então lançadas para o espaço como um spray gerador de impulso.
Enquanto os propulsores químicos fornecem rajadas curtas e rápidas, os propulsores de eletropulverização são usados para realizar manobras lentas e precisas. Se combinados, os propulsores químicos permitiriam que uma espaçonave acelerasse ou desacelerasse e subisse ou descesse rapidamente, enquanto os propulsores de eletropulverização podem ajudá-la a caminhar lentamente em uma longa jornada interplanetária.
O novo sistema de propulsão permitiria que pequenos satélites transportassem ambos os propulsores usando o mesmo propelente, abrindo a porta para espaçonaves menores e mais baratas explorarem além da órbita da Terra. “Poderíamos enviar CubeSats para Marte, ou para o cinturão de asteróides, onde eles poderiam fazer a viagem lentamente, usando propulsores de eletrospray”, Paulo Lozano, professor de aeronáutica e astronáutica no MIT e coautor do estudo, disse em um comunicado. “Você poderia então usar seus propulsores químicos para se mover rapidamente e observar características interessantes. Você poderia ter muito mais flexibilidade para fazer muito mais coisas.”
Um ajuste melhor
A equipe de engenheiros por trás do estudo projeta propulsores de eletropulverização para pequenos satélites que variam desde o tamanho de uma lancheira até uma mala de mão. Esses pequeninos são muito mais baratos de fabricar e lançar ao espaço, mas também exigem sistemas de propulsão menores.
Ao longo dos anos, os engenheiros testaram diferentes projetos de propulsores usando vários tipos de propelente líquido iônico, um combustível que é essencialmente feito de sais e pode permanecer líquido no espaço. “É basicamente um mar de íons, e é por isso que baseamos nossa tecnologia nele, para que possamos extrair esses íons em um eletrospray”, disse Bruno.
Foi então que a equipe recorreu a um novo tipo de propulsor líquido iônico desenvolvido pela Força Aérea dos EUA. O propelente Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic (ASCENT), uma alternativa menos tóxica à hidrazina, estava sendo testado em propulsores químicos. “Dissemos: ei, esse é o material que normalmente usamos”, disse Bruno. “Teoricamente, isso deveria funcionar. Vamos descobrir como.”
Para o novo estudo, os engenheiros testaram o uso do ASCENT para propulsores de eletrospray. Os propulsores foram acoplados a um pequeno reservatório em forma de cubo do tamanho de uma peça de Lego, e os engenheiros aplicaram remotamente vários níveis de voltagem para ativar os propulsores. Os propulsores produziram um spray que girou os cubos, como um pião flutuante, segundo os pesquisadores.
Ao longo de vários experimentos, a equipe descobriu que o ASCENT não foi capaz de abastecer com sucesso cada propulsor de eletrospray; era tão eficiente quanto outros líquidos iônicos convencionais. “Agora que sabemos que nossos propulsores funcionam com o ASCENT, podemos começar a pensar em todas as maneiras de torná-los ainda melhores”, disse Bruno.
A equipe testará a ideia com a missão Green Propulsion Dual Mode da NASA, com lançamento programado para novembro. O cubesat será equipado com um único tanque de combustível projetado para alimentar ambos os tipos de propulsores com um sistema compacto dois em um.
“Esta será a primeira vez que um satélite terá um tanque de propulsão compartilhado”, disse Lozano. “Digamos que há uma tempestade se aproximando e você deseja implantar sua constelação de pequenos satélites para observar um local. Você pode optar por enviá-los rapidamente ou lentamente, dependendo da natureza da observação. E a única maneira de fazer isso é se você tiver dois sistemas de propulsão, o que agora é possível.”
