Los investigadores han creado un motor de electrospray más eficiente y accesible, ideal para satélites pequeños como los CubeSats

En el ámbito de la exploración espacial, el diseño y desarrollo de satélites ha experimentado importantes avances en los últimos años, incorporando nuevos diseños y componentes para optimizar su eficiencia y funcionalidad. Uno de los más sorprendentes procede de la Agencia Espacial de Japón (JAXA), que ya ha probado con éxito la propulsión con vapor de agua en el satélite EQUULEUS que viajó en la misión Artemis I, una tecnología que ha pasado de la fase de investigación a la comercial gracias a un nanosatélite de Sony que funciona con un motor híbrido de agua.

Esta y otras innovaciones pretenden complementar los sistemas de propulsión química tradicionales, ofreciendo alternativas más sostenibles y adaptadas a las necesidades de satélites de diferentes tamaños y con diversas funciones. En este contexto, ingenieros del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han logrado un importante hito al desarrollar el primer motor de electrospray completamente fabricado mediante impresión 3D.

Este dispositivo aplica un campo eléctrico a un líquido conductor, generando un chorro de diminutas gotas a alta velocidad que proporcionan el empuje necesario para que los satélites en órbita lleven a cabo todo tipo de maniobras. Es una tecnología especialmente pensada para los CubeSats, pequeños satélites utilizados frecuentemente en investigaciones académicas, que ahora tendrán la capacidad de realizar movimientos con un uso más eficiente del propulsante.

Control preciso

Desde hace años, los motores de electrospray han sido una opción viable para los satélites más pequeños, ya que permiten controlar su orientación y trayectoria con gran precisión. Sin embargo, la producción de estos componentes suele ser costosa y requiere instalaciones especializadas, como salas limpias de semiconductores, lo que limita su accesibilidad y aplicación.

Tradicionalmente, estos motores dependen de procesos avanzados de microfabricación, lo que implica altos costes y largos tiempos de producción. Sin embargo, el equipo del MIT ha superado estas barreras al emplear técnicas de impresión 3D con materiales comerciales, permitiendo una producción más rápida y económica. Este enfoque no solo supone un importante ahorro económico, sino que también abre la posibilidad de fabricar estos motores directamente en el espacio, facilitando su uso en misiones prolongadas y en los futuros hábitats lunares.

Para lograrlo, los investigadores combinaron dos métodos de impresión 3D: la impresión de dos fotones, que utiliza un láser altamente enfocado para solidificar resina con precisión microscópica, y la proyección de luz digital, que se encarga de solidificar varias capas de resina simultáneamente. Esta combinación permitió fabricar componentes de diferentes escalas que trabajan en conjunto sin comprometer el rendimiento del motor.

El motor desarrollado consta de 32 emisores de electrospray que operan al unísono, generando un flujo estable y uniforme de propulsante. Las pruebas realizadas han demostrado que este dispositivo produce un empuje igual o superior al de los motores de electrospray existentes, posicionándose como una alternativa viable y eficiente. Además, la modularidad del diseño permite su adaptación a diferentes configuraciones y necesidades específicas de las misiones espaciales.

Democratizar el acceso al espacio

«Queremos democratizar el hardware espacial», sostiene en el blog del MIT Luis Fernando Velásquez-García, científico de los Laboratorios de Tecnología de Microsistemas del MIT y autor principal del estudio publicado en Advanced Science. «En este trabajo proponemos una forma de fabricar hardware de alto rendimiento con técnicas de manufactura accesibles para más actores».

El diseño del dispositivo se basa en un sistema en el que cada módulo contiene cuatro emisores individuales, ensamblados dentro de un bloque colector que regula el flujo del propulsante. Para garantizar su funcionalidad, los investigadores realizaron pruebas químicas para verificar la compatibilidad de los materiales de impresión 3D con los líquidos conductores utilizados como combustible. Estos experimentos fueron clave para evitar problemas como la corrosión o el agrietamiento del motor, que podrían comprometer su funcionamiento a largo plazo.

Además de la fabricación, otro de los desafíos superados por el equipo del MIT fue la alineación precisa de las piezas impresas en 3D. Debido a la necesidad de mantener un flujo uniforme de propulsante, cualquier desajuste podría afectar el rendimiento del motor. Para solucionar este problema, los investigadores desarrollaron un método de sujeción que evita desalineaciones y garantiza que el dispositivo se mantenga hermético y sea funcional en el espacio.

Otro aspecto clave del estudio fue el análisis de los factores que influyen en el flujo del propulsante. El equipo liderado por Velásquez-García descubrió que modificar el voltaje aplicado al motor tenía un mayor impacto en la regulación del flujo de gotas que los cambios en la presión del propulsante. Este descubrimiento sugiere que los motores de electrospray podrían diseñarse como sistemas más simples y ligeros, eliminando la necesidad de válvulas, tuberías y otros complejos mecanismos de regulación de presión.

«Pudimos demostrar que un propulsor más sencillo puede lograr mejores resultados», señala Velásquez-García. Esta simplificación no solo reduce el peso del dispositivo, sino que también disminuye su precio y mejora su fiabilidad, factores clave para su adopción en futuras misiones espaciales.

Mirando hacia el futuro, los investigadores planean explorar cómo la modulación de voltaje puede optimizar aún más el rendimiento del motor. También buscan desarrollar emisores más densos y con mayor número de módulos, lo que aumentaría la potencia del sistema sin comprometer su eficiencia, y permitirá su uso en satélites de mayores dimensiones

El equipo espera poder demostrar el funcionamiento de este motor fuera del laboratorio en una misión real, integrándolo en un CubeSat para evaluar cómo es su desempeño en el espacio. Si los resultados son positivos, la impresión 3D de motores de electrospray podría convertirse en una tecnología estándar para futuras generaciones de satélites, permitiendo que sean ensamblados y reconfigurados directamente en órbita sin necesidad de esperar envíos desde la Tierra.

Fuente: elespanol.com