Sin alardeos, Brasil se apresta a dar un gran paso para dominar definitvamente la tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n de sat\u00e9lites artificiales. Investigadores del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por su sigla en portugu\u00e9s), dependiente del Ministerio de la Ciencia y Tecnolog\u00eda, y de la empresa Fibraforte Enghenharia, de la ciudad de S\u00e3o Jos\u00e9 dos Campos, concluyeron con \u00e9xito una secuencia de pruebas para la validaci\u00f3n de un propulsor para sat\u00e9lites y de un catalizador, una sustancia qu\u00edmica que interviene en la quema combustibles. Este logro es de gran importancia, ya que pocos pa\u00edses dominan la tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n de estos componentes. Los propulsores, tambi\u00e9n conocidos como motores, se encargan del posicionamiento y de las correspondientes correcciones de \u00f3rbita durante la vida \u00fatil de los sat\u00e9lites, estimada en cuatro a\u00f1os. El aparato proyectado y construido por Fibraforte es del tipo monopropelente, es decir, funciona s\u00f3lo con combustible l\u00edquido, en este caso, la hidracina anhidra, y no requiere un elemento oxidante para llevar a cabo la combusti\u00f3n. Investigadores del Laboratorio Asociado de Combusti\u00f3n y Propulsi\u00f3n (LCP) del Inpe desarrollaron el catalizador brasile\u00f1o, esencial en sat\u00e9lites monopropelentes.<\/p>\n
“El Programa Espacial Brasile\u00f1o es el gran beneficiado con el desarrollo de estos componentes. A partir de ahora, somos uno de los pocos pa\u00edses del mundo con capacidad para producir propulsores completos con catalizador”, afirma el ingeniero mec\u00e1nico Humberto Pontes Cardoso, coordinador del equipo de Fibraforte, responsable del proyecto del propulsor. El equipamiento formar\u00e1 parte del subsistema de propulsi\u00f3n de la Plataforma Multimisi\u00f3n (PMM), un moderno concepto de arquitectura de sat\u00e9lites, que re\u00fane en una sola estructura todas las instalaciones necesarias para la supervivencia y la operaci\u00f3n de estos artefactos en el espacio. Con una previsi\u00f3n para estar lista a finales de 2007, la PMM atraviese actualmente el proceso de habilitaci\u00f3n de sus instrumentos y subsistemas (lea m\u00e1s informaciones sobre la PMM en la p\u00e1gina 72).<\/p>\n
Los propulsores, financiados por el Programa Innovaci\u00f3n Tecnol\u00f3gica en Peque\u00f1as Empresas (PIPE) de la FAPESP y desarrollados por Fibraforte, tendr\u00e1n la funci\u00f3n de dar el impulso necesario para la realizaci\u00f3n de las maniobras orbitales de la Plataforma Multimisi\u00f3n, luego de su separaci\u00f3n del veh\u00edculo lanzador. Estas maniobras son necesarias porque los sat\u00e9lites de observaci\u00f3n de la Tierra, ubicados a una distancia que oscila entre los 600 y los 1.200 kil\u00f3metros de altitud, sufren perturbaciones en su \u00f3rbita en raz\u00f3n de anomal\u00edas magn\u00e9ticas y del campo gravitacional de nuestro planeta. Dichos aparatos corrigen la ubicaci\u00f3n del sat\u00e9lite, y la precisi\u00f3n de sus maniobras depende en gran medida de la uni\u00f3n entre el propulsor y el catalizador. Sucede que el impulso para el movimiento del sat\u00e9lite es el resultado de la expulsi\u00f3n a alta velocidad de gases derivados de la descomposici\u00f3n de la hidracina mediante la acci\u00f3n el catalizador, seg\u00fan Cardoso. “Al entrar en contacto con el catalizador en la c\u00e1mara catal\u00edtica, la hidracina se descompone y genera hidr\u00f3geno, nitr\u00f3geno y amon\u00edaco. Al pasar por la boca del tubo del sistema propulsor, los gases se aceleran generando el empuje necesario para las maniobras del sat\u00e9lite.”<\/p>\n
La uni\u00f3n perfecta “El gran secreto de un propulsor monopropelente es la perfecta uni\u00f3n entre el catalizador empleado y el sistema de inyecci\u00f3n de combustible en la c\u00e1mara catal\u00edtica”, afirma Cardoso. Lo ideal, seg\u00fan el investigador, un ex ingeniero del Inpe, es que el inyector vaporice la hidracina antes de que\u00a0 entre en contacto con el catalizador. “Esto elimina dos problemas serios. El primero es el impacto mec\u00e1nico del fluido con el catalizador, que reduce su vida \u00fatil. Y el segundo apunta a evitar el anegamiento, pues cuando se amontona combustible en estado l\u00edquido en la c\u00e1mara catal\u00edtica puede suceder que las part\u00edculas lleguen terminen explotando”, explica Cardoso.<\/p>\n Fibraforte acumul\u00f3 durante los \u00faltimos a\u00f1os una vasta experiencia en el desarrollo de tecnolog\u00eda destinada a la fabricaci\u00f3n de motores para sat\u00e9lites. Al final de los a\u00f1os 1990, la empresa fue corresponsable del desarrollo de propulsores monopropelentes de 2N de empuje y de un tanque de combustible cil\u00edndrico para una plataforma suborbital del Inpe. “\u00c9ste fue el primer sistema de propulsi\u00f3n proyectado por la empresa. Fue un buen aprendizaje, si bien que era un proyecto mucho m\u00e1s sencillo, porque los requisitos no eran tan rigurosos”, afirma el ingeniero aeron\u00e1utico Jadir Nogueira Gon\u00e7alves, socio director de Fibraforte. Posteriormente, la empresa trabaj\u00f3 en el proyecto de un propulsor bipropelente de 200N, que no vol\u00f3. “Hicimos tres prototipos para el Inpe, que eran modelos de ingenier\u00eda para pruebas”, cuenta Gon\u00e7alves.<\/p>\n Al igual que los propulsores de Fibraforte, el catalizador desarrollado por el Inpe tambi\u00e9n representa un logro importante rumbo a la independencia tecnol\u00f3gica de Brasil en el \u00e1rea espacial. “Es muy dif\u00edcil importar este material. Las \u00faltimas dos veces que intentamos adquir\u00edrselo a una empresa estadounidense ni siquiera nos respondieron. Hasta donde sabemos, s\u00f3lo Estados Unidos y Francia, y probablemente Rusia y China dominan la tecnolog\u00eda de fabricaci\u00f3n de este tipo de catalizador”, dice el investigador Dem\u00e9trio Bastos Netto, jefe del LCP del Inpe.<\/p>\n Entre los catalizadores m\u00e1s utilizados en los sat\u00e9lites monopropelentes se encuentra\u00a0 el Shell-405 \u2013 una referencia a la compa\u00f1\u00eda petrolera anglo-holandesa Shell que integr\u00f3 un consorcio, juntamente con Reynolds Metal Company, que se encarg\u00f3 de desarrollarlo a pedido de la agencia espacial estadounidense, la Nasa, en los a\u00f1os 1950. Desde 2003, el S-405 es comercializado por la empresa estadounidense Aerojet General Corporation, que s\u00f3lo puede venderlo mediante la aprobaci\u00f3n del gobierno de Estados Unidos. La \u00faltima vez que el Inpe logr\u00f3 comprar el producto fue en 1984. En aquel a\u00f1o, medio kilo de este material le cost\u00f3 el equivalente a 7 mil d\u00f3lares, y sirvi\u00f3 solamente para hacer pruebas\u00a0 en tierra firme. Hasta ahora los sat\u00e9lites que Brasil ha desarrollado, los Sat\u00e9lites de Recabado de Datos (SCD1 y SCD2) y el Sat\u00e9lite de Aplicaciones Cient\u00edficas (Saci), no poseen propulsores. La correcci\u00f3n de posici\u00f3n en el espacio se lleva a cabo por medio de un sistema que emplea el campo magn\u00e9tico de la Tierra. En los dos Sat\u00e9lites SinoBrasile\u00f1os de Recursos Terrestres (Cbers), mayores en tama\u00f1o y peso, se usaron propulsores y catalizadores chinos. “La producci\u00f3n de un catalizador nacional abre la perspectiva de que Brasil pueda competir en este limitado mercado con Aerojet y otros productores, suministrando material a otros pa\u00edses como Argentina, Chile y Per\u00fa”, afirma Bastos Netto.<\/p>\n Con su apariencia de granos esferoides de color negro, el catalizador est\u00e1 compuesto de una sustancia que funciona como soporte, en este caso una al\u00famina especial altamente porosa (Al2O3), y un metal, el iridio (Ir), que es el elemento activo en la reacci\u00f3n de descomposici\u00f3n de la hidracina, combustible obtenido con base en la deshidrataci\u00f3n del hidrato de hidracina, una sustancia l\u00edquida incolora y altamente t\u00f3xica que se produce en laboratorio. “La al\u00famina es sumamente dif\u00edcil de obtenerse con las propiedades adecuadas como para darle soporte al catalizador y al iridio, pues dichas propiedades pueden optimizar o tambi\u00e9n impedir el proceso de cat\u00e1lisis de la hidracina”, afirma el ingeniero qu\u00edmico Jos\u00e9 Augusto Jorge Rodrigues, investigador del Inpe. Algunas propiedades importantes de la al\u00famina son su elevada resistencia t\u00e9rmica y mec\u00e1nica y su alta cristalinidad, que le dan la garant\u00eda de macroporosidad al material. La resistencia al calor es imprescindible, porque la temperatura de la c\u00e1mara catal\u00edtica durante la descomposici\u00f3n de la hidracina es muy alta: son alrededor de 900\u00b0C, y la resistencia mec\u00e1nica se hace necesaria pues el catalizador trabaja a una alta presi\u00f3n que puede llegar a las 22 atm\u00f3sferas, el equivalente a la presi\u00f3n existente en el fondo del mar a una profundidad de 220 metros.<\/p>\n La elecci\u00f3n del iridio como metal activo obedece\u00a0 a que \u00e9ste es el \u00fanico elemento qu\u00edmico capaz de descomponer espont\u00e1neamente la hidracina a baja temperatura \u2013 una condici\u00f3n posible en el espacio. “El iridio es un metal caro, un subproducto de la extracci\u00f3n del oro. Un gramo cuesta alrededor de 200 d\u00f3lares”, dice el qu\u00edmico David dos Santos Cunha, investigador del Inpe. El tenor de iridio en el catalizador oscila entre un 30% y un 36%, muy superior a la mayor parte de los catalizadores industriales, cuyo tenor met\u00e1lico no supera el 5%. “La dificultad mayor es plasmar una correcta impregnaci\u00f3n del iridio en la al\u00famina, mejorando as\u00ed su distribuci\u00f3n de manera tal de obtener part\u00edculas de iridio de dos nan\u00f3metros”, afirma Cunha. Los investigadores del Inpe tambi\u00e9n contaron\u00a0 durante el proyecto con los aportes del Instituto Militar de Ingenier\u00eda, el Centro de Investigaciones de Petrobras y de la Universidad Pierre y Marie Curie, de Par\u00eds, Francia. Adem\u00e1s del catalizador para uso espacial, el LCP tambi\u00e9n investiga catalizadores para su empleo en la industria qu\u00edmica y en la refinaci\u00f3n de petr\u00f3leo.<\/p>\n El catalizador espacial del Inpe ya cuenta con la debida habilitaci\u00f3n y est\u00e1 listo para suembarque\u00a0 en la PMM o en otros sat\u00e9lites. Durante el proceso de habilitaci\u00f3n, el material fue sometido a una campa\u00f1a de 39 secuencias de accionamientos, acumulando un total de 11 mil segundos, alrededor de tres horas, el doble que su tiempo de funcionamiento en el espacio al cabo de cuatro a\u00f1os, la extensi\u00f3n de la vida del sat\u00e9lite. La habilitaci\u00f3n del conjunto propulsor – catalizador se concerto en el Banco de Pruebas con Simulaci\u00f3n de Altitud (BTSA) del Inpe, con sede en la ciudad de Cachoeira Paulista (estado de S\u00e3o Paulo). “El primer paso del proceso consisti\u00f3 en usar el catalizador comercial S-405 para la habilitaci\u00f3n del propulsor de Fibraforte y escoger el mejor inyector, la pieza encargada de inyectar la hidracina en la c\u00e1mara catal\u00edtica. Una vez definido el inyector, pasamos a las pruebas con nuestro catalizador. Hicimos una comparaci\u00f3n del desempe\u00f1o de los dos sistemas en condiciones id\u00e9nticas de operaci\u00f3n, y arribamos a la conclusi\u00f3n de que el catalizador cumple con los requisitos exigidos por la Plataforma Multimisi\u00f3n”, afirma el f\u00edsico Carlos Eduardo Rolfsen Salles, investigador del LCP y encargado del Banco de Pruebas, el \u00fanico de tama\u00f1o porte en Latinoam\u00e9rica. “Una campa\u00f1a de pruebas como \u00e9sta cuesta alrededor de 80 mil d\u00f3lares en Brasil. Sin nuestro Banco de Pruebas, cualquier proyecto de desarrollo ser\u00eda inviable, pues tendr\u00eda que hacerse el exterior, a un precio mayor”, dice Salles.<\/p>\n Hasta el momento se han\u00a0 construido cuatro prototipos de los propulsores y otros seis est\u00e1n en fase de fabricaci\u00f3n en Fibraforte. Pasaran por nuevas bater\u00edas de pruebas hasta que en junio del pr\u00f3ximo a\u00f1o estar\u00e1 listo el modelo de habilitaci\u00f3n del m\u00f3dulo de propulsi\u00f3n de la PMM. “El m\u00f3dulo final, tambi\u00e9n conocido como modelo de vuelo, ser\u00e1 una copia fiel del modelo de habilitaci\u00f3n, un etapa en que ya todos los equipamientos estar\u00e1n integrados”, dice Humberto Cardoso. Seg\u00fan el investigador, para que los propulsores y el catalizador se granjeen la\u00a0 credibilidad internacional, habr\u00e1 que mostrar registros de historial de vuelos exitosos. “Esto significa volar con \u00e9xito al menos dos veces. El primer vuelo se concretar\u00eda en 2007, y el segunda est\u00e1 previsto para antes de 2012, siempre con la PMM”, dice el investigador. A partir de all\u00ed, Brasil estar\u00e1 acreditado como\u00a0 para suministrar esta sofisticada tecnolog\u00eda a clientes en otros pa\u00edses.<\/p>\n Una plataforma vers\u00e1til<\/strong><\/p>\n La Plataforma Multimisi\u00f3n (PMM), considerada como uno de los principales proyectos desarrollados actualmente por el Inpe, estar\u00eda lista en diciembre de 2007. El Sat\u00e9lite de Sensoriamiento Remoto 1 (SSR-1) ser\u00e1 el primero que se montar\u00e1 en esta estructura. Seg\u00fan el ingeniero aeron\u00e1utico Mario Marcos Quintino, gerente responsable del desarrollo de la PMM, en este tipo de arquitectura existe una separaci\u00f3n f\u00edsica entre los diversos m\u00f3dulos de la plataforma: el suplemento de energ\u00eda, la propulsi\u00f3n, las comunicaciones, la supervisi\u00f3n de a bordo, el control t\u00e9rmico y de altitud y la carga \u00fatil (el radar de im\u00e1genes, por ejemplo), que pueden desarrollarse, construirse y probarse separadamente, antes de la integraci\u00f3n de los m\u00f3dulos y de las pruebas finales. Asimismo, existe tambi\u00e9n la ventaja de poder reutilizar el proyecto, con la consecuente reducci\u00f3n de costos en los nuevos sat\u00e9lites, ya que la PMM podr\u00e1 llevar al espacio diferentes tipos de misiones.<\/p>\n “El primer modelo de la PMM tendr\u00e1 un costo del orden de los 25 millones de d\u00f3lares, pero este valor puede disminuir a alrededor de 10 millones o 15 millones de d\u00f3lares, dependiendo de la configuraci\u00f3n, ya en los modelos siguientes”, afirma Quintino. Ideada totalmente en el Inpe, la PMM tiene un \u00edndice de nacionalizaci\u00f3n de alrededor del 80%. Casi todos sus subsistemas han sido proyectados y desarrollados por empresas brasile\u00f1as. “Creemos que la plataforma es un producto interesante que puede ofertarse en el mercado espacial, gracias a su\u00a0 alto potencial comercial. En la PMM caben varios tipos de cargas \u00fatiles, principalmente sat\u00e9lites de porte medio, de hasta 600 kilos, empleados en la\u00a0 observaci\u00f3n de la Tierra.” La adopci\u00f3n de plataformas multimisi\u00f3n es una tendencia mundial, pues \u00e9stas al\u00edan ventajas t\u00e9cnicas y comerciales.<\/p>\n
\n<\/strong>El m\u00f3dulo de propulsi\u00f3n de la PMM pesar\u00e1 10 kilos y tendr\u00e1 seis motores, cada uno con 5 Newtons (N) de empuje. Esta fuerza corresponde al esfuerzo necesario para equilibrar 500 gramos en un plato de una balanza. El equipamiento contar\u00e1 a a su vez con un tanque de combustible esf\u00e9rico de 50 cent\u00edmetros de di\u00e1metro y capacidad para 45 litros de hidracina l\u00edquida (N2H4), dos v\u00e1lvulas para carga y drenaje del tanque, una tuber\u00eda que conecta los propulsores al tanque de combustible, tambi\u00e9n fabricados por Fibraforte, un sensor de presi\u00f3n y un conjunto de v\u00e1lvulas destinadas a aislar el tanque de los motores durante el lanzamiento.<\/p>\n