Horizonte ISDEFE: Espacio

Misiones y tecnologías de eliminación activa de desechos

espaciales

VI Congreso Nacional de I+D en Seguridad y Defensa (2018)

M. Sanjurjo-Rivo, G. Sánchez-Arriaga, P. Fajardo, R. Pulido

DESE I+D 2018.

§  Introducción §  Retos tecnológicos

•  GNC (Guiado, Navegación y Control) •  Captura de objetos no cooperativos

§  Tecnologías de desorbitado §  Conclusiones

Índice

DESE I+D 2018.

§  Red Horizontes ISDEFE: horizonte espacio

§  Población de objetos residentes en el espacio

Introducción

http://www.horizontesespacio.net/

DESE I+D 2018.

§  Síndrome de Kessler. Años 70 •  Colisiones en órbita: crecimiento

exponencial de fragmentos

§  Creación de la IADC (Inter Agency Space Debris Coordination Committee). Años 90

§  Actividades •  Seguimiento y vigilancia. SST •  Guía de buenas prácticas y legislación.

Mitigación •  Actividades de eliminación

Introducción

(DESEI+D 2016)

DESE I+D 2018.

§  Necesidad de las actividades de eliminación

Introducción

PMD = Post-mission disposal

Liou JC, Johnson NL, Hill NM. Controlling the growth of future LEO debris populations with active debris removal. Acta Astronautica. 2010 Mar 1;66(5-6):648-53.

DESE I+D 2018.

§  Requisitos de sistema de GNC •  Alta precisión en conocimiento de posición y orientación •  Operación de proximidad •  Rendezvous – Docking •  Objetos no cooperativos no controlados •  Similares a On-orbit servicing

Retos tecnológicos. GNC

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§  Solución dependiente de la fase •  Phasing, approach, fly-around, captura, desorbitado

§  Navegación en fases de proximidad: óptica •  Procesado de imagen en tiempo real

§  Algoritmos de estimación y control: control adaptativo/robusto •  Alta precisión •  Robustez (ambiente incierto)

§  Modelado dinámico: alta fidelidad •  Flexibilidad del sistema vehículo-objeto

Retos tecnológicos. GNC

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§  Rígidos: brazo robótico •  Único •  Múltiple •  Tentáculos

§  Ventaja: madurez tecnológica §  Desventaja: masa y requisitos de precisión

Retos tecnológicos. Captura

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§  Flexible •  Red •  Amarra •  Arpón

§  Desventaja: simulación, generación de nuevos fragmentos, disparo único, …

§  Ventaja: masa y requisitos de precisión

Retos tecnológicos. Captura

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§  Disminuir la altura de la órbita hasta provocar la reentrada del objeto

§  Requisitos •  Tiempo de desorbitado < 25 años para órbitas de interés

( a < 800km y alta inclinación) •  Masa pequeña relativa al satélite que se desorbita •  Tecnología escalable •  Maniobrabilidad para evitar colisiones •  Simple y fiable •  Disminuir el producto del área frontal por el tiempo de

desorbitado

Tecnologías de desorbitado

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§  Activas •  Propulsión Química

o Masa elevada

•  Propulsión Sólida o Masa – emisión de partículas / toxicidad del combustible

•  Propulsión Eléctrica o Eficiente desde el punto de vista de consumo o Gran reducción de peso o No Rendez-vous o Necesidad de potencia y control durante maniobra

Tecnologías de desorbitado

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§  Propulsión Eléctrica (UC3M) •  FP7/LEOSWEEP (2013-16, coord. Sener) •  IBS concept: SC 2 sistemas propulsión

o  Principal: su propio sistema propulsivo o  2º: impacta en el objeto o asteroide, modificando su

órbita o  EP2 main achievements

Ø  EASYPLUME: 2D fluid code. Open source

Ø  EP2PLUS: 3D hybrid code

Ø  Optimization of 2-propulsion subsystem

•  Desarrollo HPT

Tecnologías de desorbitado

From left to right: HPT05 at EP2 facility, inductive mode (Ar), blue mode (Ar) and operation with Xe

ELECTRIC POTENTIAL (V)

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§  Pasivas •  Velas

o Aumento de resistencia aerodinámica o TRL 5-6 (misión ADEO, ESA) o Desventajas

Ø Densidad baja en alturas ~ 800 km Ø No escalable Ø No reduce probabilidad de colisión Ø Maniobra ?

Tecnologías de desorbitado

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§  Pasivas •  Amarras electrodinámicas

o Cable conductor que genera resistencia de Lorentz (frenado) o Cinta de aluminio con dimensiones de 2cm x 50 micras x km. o Necesidad de subir TRL

Tecnologías de desorbitado

DESE I+D 2018.

§  Amarras electrodinámicas •  Tipos

o Con emisor de electrones activo. Ø Potencia / Masa / Vida del dispositivo Ø Proyecto BETS. TRL 4

o Amarra de baja función de trabajo Ø Recubrimiento de baja función de trabajo Ø Modo activo y pasivo Ø Desarrollo de materiales necesarios: FET-OPEN v  3M€, 2019-2022 v  Desarrollo de un kit de desorbitado con TRL 4

•  6th Conference on Tethers in Space. Junio, 2019, Madrid.

Tecnologías de desorbitado

DESE I+D 2018.

§  Crecimiento de interés por tecnologías asociadas a la eliminación de basura espacial

§  Retos •  GNC •  Captura •  Tecnologías de desorbitado

§  Cuál es más adecuada, es una cuestión abierta •  Requisitos diversos y contrapuestos •  Solución dependiente de cada misión

§  Amarras electrodinámicas •  Disruptiva •  España en posición privilegiada

Conclusiones

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Muchas Gracias

aero.uc3m.es

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