Resucitando satélites en órbita

Por Daniel Marín, el 12 mayo, 2016. Categoría(s): Astronáutica • Comercial • NASA ✎ 39

Lanzar un satélite al espacio cuesta mucho dinero y, aunque cada vez su vida útil es más extensa, resulta evidente que a todo el mundo le gustaría que fuese todavía mayor. Lamentablemente, reparar o cargar de combustible un satélite en órbita simplemente no sale rentable. Al menos por ahora, porque ya hay varias iniciativas para ‘resucitar’ satélites en el espacio que hayan agotado su vida útil.

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El telescopio espacial WFIRST siendo reparado en el espacio por la nave Restore de la NASA (NASA).

Una de estas propuestas es MEV (Mission Extension Vehicle), de la compañía Orbital ATK, famosa entre otras cosas por ser una de las empresas líderes en la fabricación de satélites geoestacionarios. MEV, que usa el bus Gemini, es una nave altamente maniobrable de unas dos toneladas que debe acercarse a los satélites situados en órbita geoestacionaria a 36 000 kilómetros de distancia de la Tierra para inspeccionarlos —una características con obvias aplicaciones militares— o acoplarse con ellos y ampliar su vida operacional, ya que una de las principales limitaciones que acorta el periodo de funcionamiento de un satélite es precisamente la cantidad de combustible disponible.

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Una nave MEV se acopla con un satélite en órbita (Orbital ATK).

MEV se acoplaría al motor de apogeo de un satélite que esté a punto de terminar su vida útil y pasaría a controlar su posición, además de encargarse de realizar las maniobras propulsivas necesarias y retirarlo a una órbita donde no moleste una vez finalizada su misión. Intelsat ha acordado con Orbital ofrecer sus satélites como conejillos de indias para la primera misión MEV-1, prevista inicialmente para 2018. MEV-1 se acoplará primero con un satélite no operativo situado en una órbita cementerio cerca de GEO, para a continuación acoplarse con otro satélite activo, ampliando su vida útil en unos cinco años. En principio cada MEV se podrá acoplar a varios satélites y han sido diseñados para permitir lanzamientos dobles.

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Nave MEV (Orbital ATK).

El remolcador orbital MEV debe usar la tecnología de la plataforma GEOStar usada en satélites geoestacionarios y en la nave de carga Cygnus que suministra víveres a la ISS, incluyendo dos paneles UltraFlex circulares capaces de generar hasta 10 kW de potencia. Orbital no descarta desarrollar en el futuro una versión más avanzada capaz de reparar o sustituir partes defectuosas o incluso trasvasar combustible. Y es que estas dos capacidades son esenciales para resucitar determinados satélites que han quedado fuera de servicio. Si además queremos reparar satélites científicos complejos, el desafío es aún mayor.

Por eso la NASA está desarrollando el programa Restore para devolverle la vida a satélites completamente muertos. Restore sería capaz de realizar dos tipos de misiones bien diferentes: Restore-L a la órbita baja (LEO) y Restore-G a la órbita geoestacionaria e incluso más allá. La nave de estas misiones, denominada RSV (Restore Service Vehicle), estaría dividida en una plataforma propulsiva no muy diferente del bus Gemini de Orbital (de hecho la NASA ha anunciado que esta plataforma será ofertada al sector privado) y un módulo de carga útil SP (Service Payload) dotado de varias herramientas. La principal sería uno o varios brazos robots altamente flexibles muy parecidos al SA (Servicing Arm)  que la NASA está desarrollando para la misión ARM (Asteroid Redirect Mission).

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La misión Restore.
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La misión ARM (izquierda) y Restore (NASA).

Restore no solo se acoplaría al satélite, sino que usaría su brazo robot para cortar el fuselaje y capas de materiales aislantes con el fin de acceder a la válvula principal del sistema de propulsión para reabastecer  de combustible (hidracina) a la nave. Parte de estas tecnologías se han probado en las misiones RRM1 y RRM2 (Robotic Refueling Mission) a bordo de la ISS, aunque en este caso se ha usado etanol en vez de hidracina. La NASA quiere lanzar la misión Restore-L alrededor de 2020 y probarla en el satélite Landsat 7, lanzado en 1999, aunque también planea reparar los satélites de observación Terra y Aqua. Otras versiones de Restore serían capaces de reabastecer satélites de otros fluidos y gases (nitrógeno, xenón, tetróxido de dinitrógeno, metano, helio líquido, etc.).

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Perfil de la misión de reparar el Landsat 7 (NASA).
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Restore-L acoplado al Landsat 7 (NASA).

Restore y las misiones sucesoras tendrán más posibilidades de éxito cuanto más preparado esté el propio satélite para ser reparado en órbita. No obstante, construir un satélite para que pueda recibir mantenimiento en el espacio es algo muy caro, como demuestra la experiencia del telescopio espacial Hubble. Por eso la NASA quiere incorporar plataformas comunes en las misiones científicas que sean fácilmente accesibles por naves de mantenimiento. Una de estas iniciativas es ROSE (Reconfigurable Operational spacecraft for Science and Exploration), que podría aplicarse en el futuro telescopio espacial WFIRST y en otros observatorios situados más allá de la órbita baja. De esta forma se podría rescatar, reparar o ampliar la vida útil de misiones que han costado y costarán millones de dólares. Lástima que el futuro telescopio James Webb no incorpore ninguna salvaguarda de este tipo.

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Misión Restore de la NASA (NASA).

Referencias:

  • http://www.orbitalatk.com/space-systems/spacecraft-buses/docs/Gemini.pdf
  • http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20150020831.pdf
  • http://asd.gsfc.nasa.gov/luvoir/seminars/2015/Reed_ATLAST_17Jun2015.pdf
  • http://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/restore-l-info_nnh15heomd001_r7.pdf
  • http://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/20150018137.pdf


39 Comentarios

  1. Como siempre un articulo muy interesante, me ha surgido un pequeña duda sobre el telescopio James Webb, es de espectro infrarrojo, si no me equivoco esa franja del espectro es también visible desde la superficie terrestre.

    Si esto es correcto, por que gastarse 8000 o 9000 millones en un telescopio de 6 metros en órbita, con un tiempo de misión de 5 a 10 años como mucho, si en tierra por ese dinero puedes construir un telescopio de no se ¿200 metros?, que me atrevo aventurar sera mas potente, y si se rompe lo puedes arreglar.

        1. De todas maneras, los 5 años es que si se lanza y llega aorbita, por cojones durará 5 años, pero no me extrañaría nada que durase 15 o 20 años. Incluso aunque pierda el sistema de refrigeración, podrá funcionar a media capacidad y seguirá siendo alucinante. Quien sabe, igual una misión de rescate con una orion por 500 millones de dolares le alarga la vida 10 años más.

  2. Si el principal problema es el combustible, ¿no resulta más barato que los satélites lleven más combustible en vez de hacer una sonda independiente que los reabastezca? ¿Problemas de tamaño? ¿ingeniería?

    1. Costes. Además el combustible pesa, por eso todo esto no tiene mucho sentido.

      El señor Ford, muy adorado por muchos economistas (sobre todo por la parte keynesiana de los salarios), tenía iniciativas muy inteligentes (para sus intereses). Mandaba a sus ingenieros, a legiones, a los cementerios de automóviles a examinar cuidadosamente sus coches ya fuera de uso para levantar estadísticas de qué piezas y/o partes de los vehículas ya inutilizables estaban en *mejor* estado.

      Obviamente, para hacerlas de peor calidad, no tiene sentido gastar recursos en partes de un sistema que no van a sobrevivir al sistema (en otros escenarios más ideales, tendríamos piezas reutilizables, pero eso es otra historia).

      En todo esto hay más economía que ingeniería.

      En este tipo de iniciativas hay más miedo que otra cosa. Miedo a que tus competidores puedan poner fuera de combate todos tus satélites (y quedarte ciego). Es un miedo que cada vez aflora más y explica muchas iniciativas en este sentido. Date cuenta que por ejemplo un S-400 simplemente (como los que quieren comprar los iraníes) ya puede derribar satélites.

      Ahora, es verdad que nunca se sabe dónde salta la liebre…

      1. El sr Ford y los sovieticos, en la segunda guerra mundial,los pilotos britanicos examinando el pobre acabado de la cabina de un il2 le preguntaron a los sovieticos que como tenia un acabado tan pobre y los sovieticos le contestaron que para que gastar mas recursos en ella sabiendo que su vida operativa raramente sobrepasaba las 15 misiones.

        1. Respecto a los acabados, ahí no entra en juego específicamente la mecánica del vehículo sino la percepción del valor del producto (incluyendo como decía Cayo Coyuntural, la envidia que produce en el vecino), sobre todo en el caso de Ford y sus coches (o camiones, a Franco le regaló un buen lote de ellos, a Hitler sólo le dio pasta, los camiones ya se los hacían ellos, y por cierto tenía una foto dedicada del Führer, no sé qué hizo con ella después de 1939 pero si la pillo seguro que es una pasta en una subasta). Pero, ay, los productos militares no los compran los «usuarios», sino los que toman decisiones en el ejército. Es posible que en la RAF estuviesen preocupados de cara a la opinión pública sobre el bienestar de los soldados (no creo, pero bueno), pero evidentemente en la URSS lo único que les interesaba era aplastar a los nazis cuanto antes. Lo que te puedo decir es que la RAF consumió, hablo siempre de memoria porque volver a localizar estos datos… a veces Google ayuda a veces no… no sé cuántos millones de pastillas de anfetaminas para poder tener a los pilotos volando en condiciones médicamente inaceptables. Que yo sepa, la URSS nunca recurrió a eso. No le hizo falta. Claro que también tenían muchos, muchos más pilotos. Tuvieron hasta un escuadrón femenino, llamado las Brujas de la Noche, que llegaron a ser una pesadilla para la Luftwaffe (y la Wehrmacht), pero eso es otra historia.

    2. Eso mismo me he preguntado yo.
      Creo que es mucho mas sencillo y barato hacer un satelite con unos cuantos kg mas de combustibles. que no enviar otro satelite a rellenarlo.

      No le veo el sentido.

      1. Bueno, si generalizas no es tan sencillo. Para nada. Intenté explicarlo arriba pero no lo conseguí.

        Lo normal es que ya calculen la vida útil del satélite y lo carguen con combustible en consecuencia. Es posible que pueda seguir funcionando una vez agotado el combustible, pero siempre (salvo que haya un problema) será más allá de su vida útil calculada. Tú puedes poner más combustible, más peso, y eso no tiene por qué prolongar la vida útil, al contrario incluso, puede acortarla, porque dependiendo del sistema del que hablemos el combustible puede tener fugas que dependerán del diseño (conductos, válvulas, etc.), si pones más eventualmente tendrás que poner depósitos adicionales (o si lo haces más grande metes más presión), en suma, que es todo mane, tecel, fares, no es tan simple como «meto más combustible».

        Harina de otro costal es cambiar una pieza que ha dejado de funcionar teniendo constancia de que es económicamente rentable repararla en vez de lanzar uno nuevo, o llenar un depósito de helio, o como dicen, rellenar un depósito de combustible, que tiene telita la cosa.

        La razón detrás de todo esto es justificar sistemas de reparación de satélites en órbita, y más o menos lo encubren así.

        Aprovecho para reabrir el debate. En derecho internacional, al principio no existía el concepto de «aguas jurisdiccionales», poco a poco esto se fue ampiando, primero era la distancia cubierta por una bala de cañón, como las balas de cañón llegaban cada vez más lejos así se fue extendiendo el asunto, luego teniendo en cuenta las capacidades navales de barcos de guerra y finalmente hemos llegado desde las primeras 3 millas iniciales (náuticas) a las 400 actuales, que no son plenas, aunque sí jurisdiccionales.

        Con el espacio aéreo va a pasar lo mismo. El espacio no cabe dentro del espacio aéreo básicamente primero porque un satélite no puede desviarse para evitar pasar por encima de un país y, mayormente, porque no era posible más que para un puñado de países derribar satélites (y al principio ni eso). En menos de 10 años cualquier país podrá derribar satélites en órbitas bajas y posiblemente de forma camuflada, es decir, que sea difícil probar que ha sido un derribo (no hablo de destruir, basta inutilizar). Esto llevará a una redefinición del espacio aéreo, un poco posiblemente como las actuales aguas jurisdiccionales (o las ZEE), que son teóricamente de un país pero a grandes distancias son de libre navegación… con excepciones. No es descabellado pensar que para órbitas bajas se altere la jurisprudencia para que un país pueda vetar que a esas alturas pasen satélites de tipo militar (y actuar en consecuencia en caso de violación), por tanto esto llevará a los satélites militares a órbitas más altas, más difíciles de sustituir con rapidez, etc.

        Vamos, que no es para nada descabellado ir haciéndose con tecnología de reparación en órbita. Estoy hablando por ejemplo de sustituir la electrónica de un satélite que ha sido frito por un pulso, por ejempo. Pero todo esto para empezar forzará a los satélites a modificar radicalmente sus diseños, permitiendo sustituciones automatizadas de piezas o, precisamente, recargas de combustible.

        Todo esto, como todo lo militar, de económico no tiene absolutamente nada. Caro a más no poder. Literal.

        1. El hijo pródigo ha vuelto! Buenos argumentos aunque un poco rebuscados. Te refieres al MEV o al Restore? Los militares lo trabajarían en clasificado, a no ser que Orbital quiera demostrarles el tema a nivel público. En cualquier caso, si a la ecuación añades depósitos en órbita, estas máquinas se vuelven mucho más interesantes: remolcador, transporte de combustible, garbage collector, mecánico…. La de la NASA pinta muy cara y la veo poco operacional por ahora, pero es un concepto muy chulo. La de órbital puede tener un buen business case.

          1. Y un motor nuclear no veas… no se acerca a una nave de ficción de Star Wars pero todo lo cerca que se puede estar: cambio de órbita cuando me da la gana y en el tiempo tan breve cuanto lo permiten las leyes de la mecánica celeste. Pero supongo que en todo este tipo de negocios siempre está el «efecto Pandora (caja de)». Si alguien saca un artefacto de motor nuclear todo el mundo detrás inmediatamente tiene que tener el suyo, y eso nos lleva a un escenario impredecible, es decir, el tipo de escenarios que les gusta a los políticos, militares, planificadores, etc. No es ni bueno ni malo, literalmente está por encima del bien y del mal. Claro, el subir al piso siguiente implica que mucha gente pierda el empleo, entre otras cosas, y eso como que no conviene a los afectados. Es perfectamente comprensible.

            En cambio así, vamos haciendo un poquito por aquí, un poquito por allá… con este método tan rebuscado como dices tú es difícil sacar muchos cuerpos de ventaja, ahora, si el adversario está en Babia por aquí puedes llegar muy lejos. La cosa es que claro, no están en Babia xD.

            Orbital es una empresa y está a hacer negocio. Aprovechan el nicho que salga y cobran, nada de malo en ello. Si encima cumplen, cojonudo todo. El DoD es un cáncer y está a meter los tentáculos en todas partes. Yo aquí sí que veo cosas malas xD

            Pero no, efectivamente este tipo de tecnología no tiene nada de malo, todo lo contrario. Poder recuperar sondas no tiene nada, nada de malo. El tema por supuesto, como siempre, es la factura. Es decir, si esto compensa, si por este dinero y estos recursos no podríamos tener otro tipo de cosas. Como siempre, el que esté libre de pecado que empiece la lapidación (la de los Monty Python, con menhires y eso).

          2. Recuerdo que los militares estaban haciendo un experimento de enviar un satélite para acoplarse con otro en orbita de manera de suministrarle combustible de manera de poder alargar su vida. No recuerdo cual era el programa.

          3. Bueno por muy nuclear que te pongas, siempre te hará falta material para propulsarte. De hecho a misma masa y cercanía del sol, una nave solar con propulsión eléctrica de da más delta, que un bicho nuclear. El nuclear si es cierto te permite cambios rápidos, pero dudo que compense respecto a la «simplicidad» de la hidrazina. Lo nuclear es para ir más lejos y con más masa.

            A nivel DoD obviamente da miedico, a nivel NASA no me parece dilapidar el dinero, es el tipo de demostrador tecnológico que espero de ellos. Abrir el melón de toquetear asteroides, operar satélites tirar la basura, trastar con depósitos de combustible y robótica… no espero que sean rentables pero que pongan la tecnología sobre la mesa.
            A nivel Orbital, más modesto obviamente buscan simplificar: abrir en canal un satélite para repostarlo o reparar en órbita no será rentable en almenos mucho tiempo pero si el acceso a órbita se abarata un remolcador barato puede no ser descabellado y a nivel mantener operatiovs pájaros grandes gubernamentales puede estar bien pagado.
            En cualquier caso son chuladas que para bien y para mal nos acercan al futuro.

    3. Intentaré compensar la manipulación del de siempre…

      La cantidad de combustible que le puedes poner a un satélite no es indefinida. La masa total (incluyendo el peso «en seco» y el combustible) está limitada por el lanzador. Lo que intentan hacer los diseñadores de satélites es apurar al máximo la capacidad del cada familia de lanzadores. ¿qué significa eso? Pues que si quieres añadir más combustible tienes que cambiar de lanzador y pasar, por ejemplo, de un Soyuz a un Proton, o de un Atlas sin boosters a un Atlas con boosters. Eso supone un incremento de costes, difícil de asumir tanto para las agencias espaciales (que van a presupuesto fijo) como para las compañías comerciales (que intentan sacar el máximo beneficio a sus pájaros).

      En resumen, nada de malvadas conspiraciones. Pura lógica económica y limitaciones de ingeniería.

  3. El problema con eso seria mas que nada el peso ya que sale mas costoso y complicado lanzar un satélite mas grande y pesado . en cambio un pequeño satélite o un par o mas ( con una construccion estandar) lanzados con un mismo cohete sale levemente más barato que en cuestión de tiempo y dinero que ampliar las capacidades de cada satélite que además poseen estructuras ,capacidades y misiones distintas

    1. El remolcador nuclear ruso desapareció de la última revisión del Programa Espacial Ruso en diciembre de 2015. Lo publicó «Izvestia». Está cancelado a espera de mejores tiempos.

      1. No dudo que el remolcador esté cancelado, pero el motor/reactor sigue en desarrollo aunque no me preguntes para qué lo quieren

        De la web de la World Nuclear Association:

        In 2010 the Russian Presidential Commission on Modernization and Technology Development of Russia’s Economy allocated federal funds to design a nuclear power propulsion unit (NPPU) in the megawatt power range, […] though it was reported that Roskosmos did not include the project in its space programme budget for 2016-2025. […] In November 2015 NIKIET reported that the engineering design of the reactor was complete, and tests had «confirmed the integrity of the reactor vessel» and checked for leaks and deformation. […] The prototype propulsion reactor for space applications is expected to be ready in 2018.

        1. No, si prototipos de motores y reactores nucleares hay multitud, pero prototipos de naves propulsadas por esos motores y/ reactores no hay ni una…
          El caso es que el remolcador está de momento aparcado, como el resto del programa lunar. En el documento de Roscosmos que se filtró a la prensa en diciembre de 2015:

          «En particular del nuevo documento desaparecieron los proyectos del cosmódromo lunar, estación orbital lunar, base lunar, escafandro lunar y sistema robótico lunar así como varios proyectos auxiliares de otras secciones del programa, como el de un “remolcador interorbital ” que debía transportar una nave espacial a la órbita lunar.»

          Y es una pena, porque mira que me gustaría verlo… Siempre he sido partidario del uso de la energía nuclear en el espacio.

          1. reactor nuclear espacial en desarrollo actualmente solo hay uno, que en todo caso sería lo mas costoso de construir de un remolcador nuclear..

          2. Sí, actualmente el ruso era el único. Pero desde hace 50 años ha habido montones de proyectos de motores nucleares y de reactores nucleares para satélites. Unos cuántos reactores o generadores se construyeron, pero lamentablemente esa parece una línea de investigación mal vista pese a ser muy necesaria.

            La exploración del espacio será nuclear se quiera o no.

            Por cierto, el motor ruso ¿ha llegado a probarse o no ha pasado de la fase de ingeniería?

  4. Vaya inventos a mangas verdes.

    Por qué no simplemente, construir un módulo desechable y acoplar otro nuevo con los nuevos «víveres»?
    Ahora es todo muuuy caro y difícil después de estar décadas con el modelo kleenex, usar y tirar.

    Sinceramente ni creo que sea tan caro ni tan difícil. Luego nos viene un SpaceX de turno haciendo lo caro y difícil barato y fácil y nos quedamos gilipollas de la tomadura de pelo que nos han vendido durante años.

    1. Pues supongo que como idea para nuevos satélites no estará mal, el problema es que para los viejos que ya están en órbita pues como que no…

  5. Me pregunto si vale la pena ampliar la vida util de un satelite e.g. de telecos de 15 a 20 años, teniendo en cuenta la obsolescencia de su tecnologia. Ademas, los nuevos satelites GEO all-electric sacan mucho mas partido del combustible que llevan y quiza no haga falta repostarlos. Si que parece interesante para reparaciones, por ejemplo para cambiar partes que tienden a fallar como las ruedas de inercia. Tambien podria cambiar la filosofia de diseño de satelites, relajando los requerimientos de fiabilidad y tests, sabiendo que ciertos componentes se pueden remplazar en orbita.

    1. Eso mismo me estaba preguntando yo. Un telescopio o instrumento científico si que quieres sacarle cuantos más años de servicio puedas, aunque ya no sea tecnología puntera sigue siendo útil. Pero un comsat de 15 años no le veo mucho sentido, especialmente con la red Viasat-3 por ejemplo, que promete tener más ancho de banda que todo lo demás que está flotando ahí arriba. La rápida obsolescencia de estos sistemas le quitan el sentido a esta idea, al menos para satélites de comunicaciones.

  6. Cual es la fuente de acceso público y/o gratuita más fiable en internet respecto de las órbitas , edad, uso, país, etc de todos los satélites actualmente en servicio?
    Gracias

  7. ¿Y el corte del fuselaje y el aislante es algo que puede hacerse así, sin más? Digo yo que si decidieron añadirlo sería porque era necesario para mantener en buen estado los circuitos internos, teniendo en cuenta que miden el peso con cuentagotas.

  8. ¿Para ahorrar combustible, no se podrían poner motores iónicos con energía solar a los satélites?
    Quizá sea irrealizable, pero se me ocurre que entonces se les podría abastecer de propelente con un «satélite cisterna» que bajara a repostar nitrógeno de las capas bajas de la atmósfera.

  9. Ojalá pudiesen hacer eso con el Hubble y ampliar su vida útil… Después de tantos años de utilidad no me gustaría verlo quemarse en la atmósfera 🙁

    1. Es mi gran duda del artículo, si podría usarse aunque solo fuera para elevar la órbita del Hubble, llegado el momento. Al menos eso.

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Por Daniel Marín, publicado el 12 mayo, 2016
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