PATENDER: LA PIONERA SOLUCIÓN DE GMV PARA LA RECOGIDA DE BASURA ESPACIAL EN GRAVEDAD CERO

El pasado 9 de Junio tuvo lugar la campaña número 62 de vuelos parabólicos de la ESA (Agencia Espacial Europea) en la que ha participado el experimento PATENDER (Net Parametric Characterization Parabolic Test) liderado por GMV con el fin de demostrar el lanzamiento de redes y captura de satélites en condiciones de ingravidez lo más cercanas a las condiciones reales del espacio exterior.

El experimento PATENDER es una actividad financiada por la ESA dentro del marco del programa “Espacio Limpio” (Clean Space). El objetivo de este programa es fomentar el desarrollo de proyectos dedicados a  paliar el problema de los residuos espaciales mediante el desarrollo de tecnologías que permitan la captura de satélites fuera de su vida útil y todavía en órbita alrededor de la Tierra.

 

El problema de la basura espacial

En la actualidad, una capa de basura espacial empieza a rodear a la Tierra: se han registrado más de 17.000 objetos más grandes que una taza de café, que podrían impactar con satélites operativos con consecuencias catastróficas. Incluso una tuerca de 1 centímetro podría chocar contra un valioso satélite con una fuerza equivalente a la explosión de una granada de mano. Estos objetos incontrolados de varias toneladas de peso son auténticas bombas de relojería: tarde o temprano acabarán involucrados en una colisión o incluso pueden explotar antes por la existencia de restos de combustible en sus depósitos y el estado de sus baterías parcialmente cargadas y recalentadas por el Sol.

ENVISAT  es un satélite de observación de la Tierra de la Agencia Espacial Europea (ESA) lanzado en marzo de 2002, estuvo operativo diez años hasta abril de 2012 donde se perdió comunicaciones con el mismo; actualmente se puede considerar como un claro ejemplo de “basura espacial” y un gran peligro para el resto de satélites en órbitas cercanas debido a sus grandes dimensiones de más 25m de largo por 10m de ancho.

RECOGIDA DE BASURA ESPACIAL

 

Posibles soluciones: captura de satélites con redes

Dentro de estas tecnologías de recogida de basura espacial, GMV apuesta por el sistema de lanzamiento de redes como uno de los métodos de captura más eficaz. El objetivo del proyecto es el desarrollo de un simulador software que recree la dinámica de despliegue de una red y el contacto con el satélite objetivo. Dicho simulador se ha validado mediante un experimento real  en un vuelo parabólico y se ha filmado con cámaras de alta velocidad que permiten la reconstrucción 3D de las trayectorias realizadas por las redes y por cada uno de sus nodos.

 

El experimento: el comportamiento de la red en gravedad cero

Tras intensos meses de trabajo desde verano del 2014 diseñando el sistema y realizando pruebas iniciales en el entorno virtual del simulador, el experimento real se trasladó la semana del 1 de Junio a las instalaciones de Novespace, en el aeropuerto de Bordeaux-Mérignac (Francia). Inicialmente, se realizó durante 2 días una inspección a fondo de todos los elementos del sistema (integrados en 2 racks de 140 y 120Kg respectivamente) con el fin de asegurar la integridad y seguridad de los operadores, de la aeronave y del propio experimento.

El 3 de Junio el experimento PATENDER fue instalado sobre la cubierta del propio avión Airbus A-310. Dicho avión es diáfano y libre de butacas en su parte central proporcionando un espacio de más de 20x5m para la instalación de 12 experimentos diferentes en el caso del vuelo de GMV.

El lunes 8 de Junio tuvo lugar la revisión final del experimento y la declaración de aptitud para vuelo.

El martes 9 de Junio, finalmente llegó el día del vuelo. A las 07h30 de la mañana se procedió a dejar el experimento configurado en modo vuelo y a las 08h30 se realizó una revisión final del estado de salud de los operadores con el departamento médico.

Tras el despegue del avión y conseguida la altitud de vuelo adecuada se realizó la calibración de las posiciones y orientaciones de las cuatro cámaras de alta velocidad mediante la adquisición de imágenes de un tablero de conocidas dimensiones y geometría ubicado en la posición central del experimento. Tras esta fase inicial los tres pilotos del A-310 iniciaron la secuencia programada de parábolas donde se lanzaba una red en cada una de ellas.

El proceso de lanzamiento de la red comienza por la ubicación de las 4 masas sobre los 4 cañones de lanzamiento y el depósito de la red en un contenedor especialmente preparado. Tras iniciarse la parábola y comenzar a “flotar” en ingravidez se espera un periodo de 6 segundos con el fin de asegurar la mejor calidad de la micro-gravedad (por debajo de 0.05g de la gravedad nominal). Tras esta espera inicial el operador enciende las lámparas de iluminación dentro del área del experimento de 2x2m acotado con cortinas negras para asegurar un fondo uniforme negro que ayude en la detección de los nodos coloreados de la red.

Las redes usadas por el experimento PATENDER tienen unas dimensiones de 0.6×0.6m con una configuración cuadrangular de 13×13 nodos, un tamaño de malla de 5cm y están fabricadas en Technora, una fibra de aramida de alta resistencia a la tracción, alto módulo de elasticidad, bajo peso y una excelente resistencia al calor y a los agentes químicos. Se pueden considerar como “cables de acero” de origen plástico; son muy usados en la fabricación de las grandes maromas de los buques mercantes y un claro candidato también para las redes espaciales.

patender: recogida de basura espacial

Una vez el área de trabajo tiene las condiciones adecuadas de iluminación se procede a la ejecución del disparo y eyección simultánea de las 4 masas mediante liberación de aire comprimido procedente de un tanque cerrado de 2l de capacidad. La red vuela a velocidades de 1-1.5m/s y gracias al ángulo inicial de inclinación de los cañones la red se despliega totalmente delante de la maqueta del satélite. Una vez impacta en el satélite las 4 masas obligan a la red a cerrarse sobre el objetivo y entre sí capturando efectivamente la maqueta del satélite Envisat y concluyendo de esta manera el experimento de recogida de basura espacial.

 

 

Durante todo el vuelo se fueron lanzando sucesivamente las redes en cada una de las parábolas obteniendo más de 15 despliegues y capturas totales con éxito (en algunos casos debido a la baja presión de eyección alguna de las masas no alcanzaba velocidad suficiente para ser desplegada; en otros la captura era sólo parcial).

Tras la ejecución del experimento PATENDER desde la ESA se expresó su satisfacción con los resultados obtenidos con la seguridad de que ayudarán a incrementar la madurez tecnológica de la recogida de basura espacial mediante el lanzamiento de redes.

El próximo paso a realizar será ahora la construcción y lanzamiento en órbita con un cohete atmosférico  de una red completamente calificada para su uso en entorno espacial.

GMV mantiene en el campo de la recogida de basura espacial un rol líder en distintas tecnologías relacionadas con el Guiado, Navegación y Control de naves espaciales, la captura de elementos flotantes y las operaciones en órbita. GMV también ha ideado y consecuentemente liderado el estudio preliminar de una posible misión espacial de demonstración en órbita de distintas tecnologías de recogida activa de basura espacial. ANDROID, el nombre de esta posible misión, plantea demostrar en vuelo tres de los aspectos más críticos de este proceso futuro, el sistema GNC (Guiado, Navegación y Control), la captura rígida con un brazo robótico y la captura y desorbitaje de un satélite, el satélite belga PROBA-2 en el caso de ANDROID, mediante el lanzamiento de una red.

El ejercicio de vuelo del día 9 de Junio representa un paso más hacia la recogida efectiva de basura espacial y la consolidación del rol de GMV en esta desafiante tarea.

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Autor: Alberto Medina, Project Manager y
Lorenzo Cercós, Ingeniero de Proyecto

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