Onderzoekers van de Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) en de Universidad Politécnica de Madrid hebben een nieuw drijfgasloos systeem voor satellieten ontworpen en gepatenteerd waarmee elektrische energie en stuwkracht aan boord kunnen worden opgewekt. Deze innovatie, wat heeft geleid tot twee nationale octrooien, heeft de belangstelling gewekt van het Europees Ruimteagentschap en van de ruimtevaartindustrie.

Het systeem is gebaseerd op wat bekend staat als een low-work-function-tether, een dunne, km-formaat aluminium tape van enkele centimeters breed met verbeterde elektronenemissie-eigenschappen bij het ontvangen van zonlicht en warmte. De band, die tijdens de lancering in een haspel wordt opgerold, eenmaal in een baan om de aarde wordt ingezet.

Via elektromagnetisme, de ketting kan passief stroom opwekken naarmate de hoogte van de satelliet daalt. Omgekeerd, als er stroom beschikbaar is voor gebruik aan boord, de ketting kan worden gebruikt om een ​​stuwkracht te produceren die de hoogte van de baan verhoogt. Uitvinder Gonzalo Sánchez Arriaga, Ramón y Cajal-onderzoeker bij de afdeling Bioengineering and Aerospace Engineering van UC3M, zegt, "Dit is een disruptieve technologie omdat het iemand in staat stelt om orbitale energie om te zetten in elektrische energie en vice versa zonder enig soort verbruiksartikel te gebruiken.

"In tegenstelling tot de huidige voortstuwingstechnologieën, de low-work-functiekabel heeft geen drijfgas nodig en maakt gebruik van natuurlijke hulpbronnen uit de ruimteomgeving, zoals het aardmagnetisch veld, het ionosferische plasma en de zonnestraling."

De twee patenten "Systeem voor het opwekken van elektrische energie in een baan door middel van zwevende geleiderkabels, " en "Systeem voor voortstuwing in de baan via zwevende geleiderkabels, " zijn gebaseerd op een elektrodynamisch effect dat bekend staat als de Lorentz-weerstand.

Lorentz-weerstand kan gemakkelijk worden waargenomen door een magneet in een koperen buis te laten vallen. "Ruimtetethers zijn decennialang onderzocht en hebben meer dan 20 ruimtemissies gevlogen. Onze bijdrage aan deze technologie komt van een opvallend eenvoudig ontwerp waarin twee lichtgewicht aluminium tape die wordt ingezet vanuit een satelliet zonder enige actieve elektronenemitter, in staat zijn om stroom te leveren en /of voortstuwing naar een ruimtevaartuig. om dingen efficiënter te maken, we dachten erover om het foto-elektrische effect van de aan zonlicht blootgestelde banden te benutten. Wij zijn van mening dat dit een uiterst belangrijke vereenvoudiging is die de tether-technologie kan stimuleren, " stelt de andere octrooiauteur, Claudio Bombardelli, van de onderzoeksgroep UPM Space Dynamic.

Mogelijke toepassingen

Het systeem levert nuttig vermogen in een baan om de aarde terwijl de satelliet uit zijn baan beweegt, dat is, de hoogte wordt verlaagd tot terugkeer en branden in de atmosfeer. Om deze reden, de technologie is ideaal voor het verwijderen van ruimtepuin. In aanvulling, als de satelliet stroom aan boord heeft, de ketting kan andersom werken en stuwkracht genereren om de hoogte te vergroten.

"Dit zou een interessante toepassing kunnen zijn voor het International Space Station (ISS), bijvoorbeeld. Vandaag de dag, er moet een grote hoeveelheid drijfgas worden gebruikt om de ISS-hoogte opnieuw op te voeren om de werking van de atmosferische weerstand te compenseren, " merkt Gonzalo Sánchez Arriaga op. "Met een low-work-functiekabel en de energie geleverd door het zonnepaneel van het ISS, de atmosferische weerstand kon worden gecompenseerd zonder het gebruik van drijfgas, " hij voegt toe.

Door zijn eenvoud, passieve werking, en gebrek aan verbruiksartikelen, de low-work-functie-tethers vertegenwoordigen een veelbelovende technologie voor het genereren van kracht en stuwkracht in de ruimte, volgens de onderzoekers. Ze hebben informatie verstrekt over low-work-function-tethers aan de European Space Agency en hebben contact met experts in de VS en Japan. In aanvulling, belangrijke belanghebbenden in de ruimtevaartsector, zoals het Spaanse bedrijf SENER, toonden interesse in deze innovatie.

De volgende stappen zijn onder meer de uitbreiding van de octrooien naar de Europese ruimte en het starten van de fabricage van kleinschalige prototypes. "De grootste uitdaging is de productie ervan, omdat de ketting zeer specifieke optische en elektronenemissie-eigenschappen moet verzamelen, "zegt Sánchez Arriaga." "We hebben zeer recent een kleine onderzoeksbeurs gekregen van het ministerie van Economische Zaken, Industrie en concurrentievermogen van Spanje om veelbelovende materialen te onderzoeken. We coördineren ook een internationaal consortium en hebben een FET-OPEN R&D-voorstel ingediend bij de Europese Commissie. Het FET-OPEN-project zou van fundamenteel belang zijn omdat het de productie en karakterisering van de eerste low-work-functiekabel en de ontwikkeling van een deorbit-kit op basis van deze technologie overweegt om te testen tijdens een toekomstige ruimtemissie. Indien gefinancierd, het zou een opstap zijn naar de toekomst van lage-werkfunctie-kabels in de ruimte, " concludeert hij.