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INVESTIGACIÓN EMPRESARIAL

Impulso espacial

En colaboración con el Inpe, Fibraforte desarrolla propulsores para satélites

Test del modelo de calidad del propulsor que será utilizado en el Amazonia-1

Léo Ramos Chaves

Dentro de unos años, Brasil podría transformarse en proveedor global de propulsores para satélites. Estos dispositivos cumplen el rol del motor de los referidos artefactos y se encargan de gran parte de las maniobras que se realizan en el espacio. Se los activa para que los satélites queden alineados en forma correcta con la Tierra, el Sol u otros objetivos de interés astronómico, o incluso para realizar correcciones de la órbita durante la vida útil de los aparatos. Esas maniobras de corrección y mantenimiento son necesarias para neutralizar perturbaciones en sus órbitas por efecto de la gravedad terrestre, del Sol y de la Luna. El conocimiento para la producción de propulsores se circunscribe a una decena de empresas, todas ellas extranjeras, y Fibraforte Engenharia, una firma con sede en São José dos Campos, en el interior paulista, se apresta a ingresar a ese selecto equipo.

“La concepción, el desarrollo y la producción de propulsores constituye un paso importante para elevar el índice de nacionalización de nuestros satélites”, resalta el físico José Leonardo Ferreira, docente del Instituto de Física de la Universidad de Brasilia (UnB). “La iniciativa de Fibraforte beneficia al país en la disputa del mercado espacial. Aunque no estemos en condiciones de vender un satélite completo, podemos proveer sus componentes”, dice Ferreira, quien ya se ha desempeñado como investigador en el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe).

Fibranorte fue fundada en 1994 por tres ingenieros graduados en el Instituto Tecnológico de Aeronáutica (ITA), de São José dos Campos, para actuar como desarrolladora de sistemas mecánicos para el programa espacial brasileño. En los últimos años registró una facturación promedio de 6 millones de reales. Actualmente, la empresa domina el proceso de fabricación de un tipo de propulsor, clasificado como monopropelente, que emplea tan sólo un fluido para funcionar, en este caso, la hidracina en forma líquida, el propelente químico más común usado en motores de cohetes y satélites. Se denomina monopropelente porque la reacción de liberación de energía química del propelente es de descomposición y no de combustión, un evento que requiere de un combustible y un oxidante. Los sistemas propulsores, compuestos por el tanque de propelente, tuberías y válvulas, cuestan alrededor de 2 millones de dólares y se emplean en satélites de órbita baja, tales como los de monitoreo remoto, de observación de la Tierra y de recolección de datos, artefactos de mediano porte que pesan hasta mil kilogramos (kg) y sobrevuelan el planeta en órbita en una franja que va de 300 a 800 kilómetros (km) de altura.

Empresa
Fibraforte
Sede
São José dos Campos (São Paulo)
Personal
15 empleados
Principales productos
Propulsores y sistemas mecánicos para satélites

Hace escasos meses, los investigadores de la empresa comenzaron a trabajar en una nueva clase de propulsores, más potentes y con una ingeniería más compleja, que emplea una mezcla de dos propelentes líquidos, un combustible y un oxidante, en una reacción de combustión. Estos propelentes se transforman en una mezcla gaseosa a temperaturas cercanas a unos 3000 ºC. El compuesto es expandido, acelerado en una tobera y expelido a velocidades de aproximadamente 3 kilómetros por segundo (km/s), generando una fuerza de empuje sobre el satélite. Están destinados a satélites geoestacionarios que pueden pesar hasta 7 mil kg y se posicionan en órbita a 36 mil km de la superficie terrestre.

Los satélites geoestacionarios se utilizan principalmente en el sector de las comunicaciones para transmitir señales de telefonía, internet, televisión y radio. Al contrario de los satélites de órbita baja, el vehículo lanzador no sitúa al satélite en su órbita final, sino en una zona de transferencia. La navegación hasta el rango operativo se realiza mediante un sistema propulsor propio. En estos casos, aproximadamente un 40% de la masa total del satélite está compuesta por los propelentes utilizados en las maniobras de transferencia.

En mayo de este año, Fibraforte resultó agraciada con el aporte de recursos de los programas de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe) y Apoyo a la Investigación en Empresas (Pappe) – Subvención, correspondientes respectivamente a la FAPESP y a la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), para el desarrollo de cuatro proyectos volcados a la producción de un impulsor biopropelente. El equipo de investigación y desarrollo (I&D) de la empresa trabaja en la creación de componentes del subsistema (válvulas de control de flujo, placa inyectora y cámara de empuje) y de un banco de pruebas de inyectores de combustible.

“Pueden utilizarse diferentes tecnologías de propulsión para el control de la altitud [posicionamiento del satélite en relación a la Tierra] y la corrección de la órbita de los satélites, así como para la propulsión eléctrica, de plasma o con combustibles sólidos. Pero los monopropelentes y bipropelentes son los más tradicionales y los que ostentan mayor confiabilidad. La diferencia entre uno y otro radica en el empuje, que es la fuerza utilizada para el desplazamiento del satélite”, explica el ingeniero aeronáutico Jadir Nogueira Gonçalves, uno de los fundadores y director comercial de Fibraforte. El ejecutivo relata que la empresa comenzó a efectuar investigaciones en el campo de la propulsión espacial al final de la década de 1990, cuando participó por invitación del Inpe en el desarrollo de un propulsor monopropelente de 2 newtons (N) de empuje para una plataforma suborbital del instituto. Esa fuerza equivale al esfuerzo necesario para elevar del suelo un objeto con un peso de 200 gramos.

En 2005, la empresa finalizó el desarrollo, también asociada con el Inpe y con financiación de la FAPESP, de un módulo de propulsión más potente, con 5 N de empuje, proyectado para equipar la Plataforma Multimisión (PMM), una estructura genérica ideada por el Inpe en la década pasada como base para la construcción de satélites de la clase hasta 500 kg. El sistema será empleado por primera vez en el satélite de monitoreo remoto Amazonia-1, cuyo lanzamiento se realizará en 2019. El módulo impulsor de ese artefacto, el primer satélite nacional de mediano porte proyectado y construido por completo en el país, está compuesto por seis propulsores (observe la infografía).

“También ideamos las válvulas de expansión, el drenaje de combustible y del gas presurizante y la tubería, aparte del montaje de todos los componentes del subsistema”, relata el matemático y experto en propulsión espacial José Nivaldo Hinckel, exempleado del Inpe que actualmente se desempeña como gerente de I&D y es uno de los líderes del equipo de investigación en propulsión de Fibraforte. “Entre los principales componentes del módulo, lo único que no construimos es el tanque del combustible, pero ya estamos trabajando en un proyecto para fabricar también este equipamiento. Pronto seremos capaces de fabricarlo”. La empresa obtuvo recursos de la Finep, por un monto de 2,6 millones de reales, para el desarrollo del tanque de combustible y ya elaboró un modelo que aprobó los primeros test estructurales y de desempeño.

Léo Ramos Chaves Tobera del propulsor en proceso de soldaduraLéo Ramos Chaves

Transferencia de tecnología
Con la experiencia adquirida a lo largo de dos décadas de actividad en el campo de la propulsión, Fibraforte resultó seleccionada en enero de 2015 para participar del Acuerdo de Transferencia de Tecnología Espacial, contemplado en el contrato de fabricación del Satélite Geoestacionario de Defensa y Comunicaciones Estratégicas (SGDC). Este satélite, adquirido por el gobierno brasileño a la multinacional francesa Thales Alenia Space (TAS), fue puesto en órbita en mayo de este año (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 256). El convenio de transferencia de tecnología suscripto entre AEB y Thales contempló el traspaso de 20 tecnologías de satélites del fabricante europeo para industrias nacionales. Fibraforte fue elegida para recibir capacitación en el dominio del ciclo de desarrollo de un sistema de propulsión monopropelente para pequeños satélites, con un peso entre 100 y 300 kg.

“Este módulo de propulsión, dotado de propulsores de 1N de empuje únicamente, será capaz de realizar maniobras más precisas de ajuste de órbita”, pondera Gonçalves. “Como resultado de este programa, estaremos en condiciones de proveer a Thales y a otras empresas armadoras de satélites, sistemas completos de propulsión, propulsores aislados y el tanque de combustible”. Según el investigador, en tres años la empresa será apta para fabricar monopropulsores para los programas espaciales de Estados Unidos y Europa.

La industria global de satélites facturó 260.500 millones de dólares en 2016, de los cuales 13.900 millones de dicha moneda se destinaron a la fabricación de los artefactos, y los ingresos restantes se obtuvieron por la operación y el lanzamiento de los satélites y la producción de equipamientos de apoyo en Tierra. Los estadounidenses y europeos dominan ese mercado. En los últimos 25 años, Brasil proyectó y construyó una decena de satélites. Ninguno de ellos empleó sistemas propulsores fabricados en el país. “Como el mercado brasileño de satélites es restringido, tornarse un proveedor global es un camino natural”, sostiene Gonçalves.

Léo Ramos Chaves Ensayo del inyector de combustibleLéo Ramos Chaves

Fibraforte cuenta con un sector de investigación, desarrollo e innovación (I&D&I) integrado por 12 técnicos e investigadores, entre un total de 15 empleados. “El área de innovación está difundida en todos sus departamentos. Somos una compañía con pocos empleados de alta especialización”, subraya el ingeniero aeronáutico Thomas Shaw, director industrial de la empresa. Según él, las etapas de fabricación más simples y otras actividades con baja intensidad de I&D generalmente están tercerizadas.

Aunque el foco de Fibraforte son los sistemas de propulsión, la empresa también se dedica al desarrollo de otros componentes para satélites. Junto a Cenic, una industria del sector espacial con sede en São José dos Campos, ella fue responsable de la estructura del Cbers-4, puesto en órbita en 2014. La estructura es el cuerpo del satélite, el “armario” donde se encuentran dispuestos todos sus componentes y subsistemas (de propulsión, térmico, de comunicación y de telemetría).

Para Petrônio Noronha de Souza, director de Política Espacial e Inversiones Estratégicas de la Agencia Espacial Brasileña (AEB), empresas como Fibraforte son fundamentales para que el país disponga de una cadena productiva en el sector espacial con un mínimo de autonomía. “Para el programa espacial brasileño resulta esencial disponer de una base industrial consolidada, con capacidad para proveer equipamientos y subsistemas para satélites, además de realizar el montaje de esos artefactos”, subraya Souza.

Proyecto
Desarrollo y perfeccionamiento del propulsor monopropelente de 5N para satélites (nº 03/07755-5); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Humberto Pontes Cardoso (Fibraforte); Inversión R$ 590.007,79