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
DESE I+D 2018.
§ 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
DESE I+D 2018.
§ 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
http://www.horizontesespacio.net/