Vehículos de lanzamiento y sus enormes motores de cohetes tienden a recibir la mayor parte de la atención cuando se trata de la propulsión relacionada con el espacio, pero el lanzamiento solo lo lleva al límite del espacio, y el espacio es un lugar grande. Tesseract ha diseñado un nuevo cohete para naves espaciales que no solo es más pequeño y más eficiente, sino que también utiliza un combustible que es más seguro para nosotros aquí en la superficie.
El campo de la propulsión de cohetes ha estado avanzando constantemente durante décadas, pero una vez en el espacio hay una variación considerablemente menor. La hidracina es un simple y poderoso combustible de nitrógeno-hidrógeno que ha estado en uso desde los años 50, y los motores que lo utilizan (o propelentes “hipergólicos” similares) alimentan a muchas naves espaciales y satélites en la actualidad.
Solo hay un problema: la hidracina es terriblemente tóxica y corrosiva. El manejo debe hacerse en una instalación especial, con extrema precaución y trajes de materiales peligrosos, y muy cerca de la hora de lanzamiento. No querrás un explosivo venenoso sentado más tiempo del que sea necesario. A medida que los lanzamientos y las naves espaciales se multiplican y los costos disminuyen, el manejo de la hidracina sigue siendo un grave gasto y peligro.
Se están buscando alternativas para la propulsión en el espacio, como los paneles de electrospray de Acción, los propulsores de efecto Hall (en los satélites Starlink de SpaceX) y las velas ligeras, pero en última instancia, la propulsión química es la única opción real para muchas misiones y naves. Desafortunadamente, la investigación sobre combustibles alternativos que no son tan tóxicos no ha producido muchos resultados, pero Tesseract dice que ha llegado el momento.
“Hubo una investigación inicial realizada en la Estación Naval China Lake en los años 90”, dijo el cofundador Erik Franks, pero se desvaneció cuando se reasignaron los fondos. “El momento tampoco era el correcto porque la industria aún estaba dominada por contratistas de defensa muy conservadores que estaban contentos con la tecnología de propelentes tóxicos probada en vuelo”.
Una prueba de fuego en vivo del motor Rigel de Tesseract.
Sin embargo, las patentes caducadas para estos sistemas apuntaron al equipo en la dirección correcta. “El desafío para nosotros ha sido atravesar toda la familia de productos químicos y encontrar lo que funciona para nosotros. Hemos encontrado uno muy bueno, lo mantenemos como un secreto comercial, pero es barato y tiene un rendimiento realmente alto “.
No querrás enjuagarte la cara con eso, pero puedes alimentar una nave espacial con un mono de Gore-Tex en lugar de un traje de materiales peligrosos herméticamente cerrado. La exposición accidental no significa daño tisular permanente como podría ocurrir con la hidracina.
Los tiempos también han cambiado. La tendencia en el espacio en este momento está lejos de los satélites que cuestan cientos de millones y permanecen en órbita geosincrónica durante décadas, y se dirigen a aves más pequeñas y más baratas que solo duran entre cinco y diez años.
El hecho de que más personas fabriquen más naves espaciales hace que las alternativas más seguras y más verdes sean más atractivas, por supuesto: menores costos de manejo, instalaciones menos especializadas, y así democratizar aún más los procesos de fabricación y preparación. Pero hay más que eso.
Si lo que todos quisieran era eliminar la propulsión a base de hidracina, podrían reemplazar el motor con una opción eléctrica como un propulsor de efecto Hall, que recibe su empuje de las partículas cargadas que salen del ensamblaje e imparten una fuerza infinitesimal en la dirección opuesta, innumerables veces segundo, por supuesto. (Se suma.)
Pero estos métodos de propulsión, si bien tienen una alta impulso específico – una medida de cuánta fuerza se genera por unidad de combustible – producen muy poco empuje. Es como sugerir que alguien tome un automóvil con energía solar con una velocidad máxima de 5 MPH en lugar de un automóvil tradicional con un V6. Llegarás allí, y económicamente, pero sin prisa.
Tenga en cuenta que un satélite, una vez llevado a baja órbita por un vehículo de lanzamiento, debe ascender con su propia potencia a la altitud deseada, que puede estar a cientos de kilómetros por encima. Si usa un motor químico, eso podría hacerse en horas o días, pero con electricidad, podría llevar meses. Un comsat militar destinado a permanecer en el lugar durante 20 años puede ahorrar algunos meses desde el principio, pero ¿qué pasa con los miles de satélites de vida corta que una compañía como Starlink planea lanzar? Si pudieran estar operativos una semana después del lanzamiento en lugar de meses, eso es una adición no trivial a su vida útil.
“Si puede deshacerse de la toxicidad y los costos de manejo de la propulsión química convencional, pero mantiene el rendimiento, creemos que Green Chemical es un claro ganador para la nueva generación de satélites”, dijo Franks. Y eso es lo que dicen haber creado. No solo en el papel tampoco, obviamente; Aquí hay un video de una prueba de fuego de principios de este año.
“También es importante al final de la vida, donde hacer una deorbit espiral larga y lenta, cruzar repetidamente las órbitas de otros satélites, aumenta dramáticamente el riesgo de colisión”, continuó. “Para administrar de manera responsable estas constelaciones grandes y planificadas, la capacidad de desorbitar rápidamente al final de la vida será especialmente importante para evitar la creación de un problema de desechos orbital insostenible”.
Tesseract tiene solo 7 empleados de tiempo completo y fue parte de la clase de verano 2017 de Y Combinator. Desde (y antes), han trabajado arduamente en la ingeniería de los sistemas que ofrecerán y en la construcción de relaciones con la industria aeroespacial.
Una representación de los dos productos emblemáticos de Tesseract: Adhara a la izquierda y Polaris a la derecha.
Han recaudado una ronda semilla de $ 2M, pero no tienes que ser un científico espacial para saber que no es la clase de dinero que pone las cosas en el espacio. Afortunadamente, la compañía ya tiene sus primeros clientes, uno de los cuales aún está en secreto, pero planea lanzar una misión lunar el próximo año (y es mejor que crea que estamos haciendo un seguimiento de ese buen dato). El otro es Space Systems / Loral, o SSL, que ha firmado una carta de intención de $ 100 millones.
Hay dos productos principales que Tesseract planea ofrecer. Polaris es una “etapa de lanzamiento”, esencialmente una nave espacial de corto alcance utilizada para enviar satélites a órbitas más distantes después de ser llevada al espacio por un vehículo de lanzamiento. Está alimentado por los motores Rigel más grandes de la compañía; esta es la plataforma supuestamente dirigida a la luna, y puedes verla impulsando un embrague de 6U smallsats a la derecha en la imagen de arriba.
Pero Franks piensa que el dinero está en otra parte. “Los sistemas que creemos que serán una mayor oportunidad de mercado son los sistemas de propulsión smallsat”, dijo. De ahí el segundo producto, Adhara, un bus de propulsión para satélites y naves más pequeños que la compañía está enfocando en mantener directo, compacto y, por supuesto, verde. (Es la plataforma más pequeña en la imagen de arriba; los propulsores se llaman Lyla).
“Hemos escuchado de los clientes que los sistemas completos y llave en mano son lo que más desean, en lugar de comprar componentes de muchos proveedores y realizar la integración de todos los sistemas, como lo han hecho históricamente los fabricantes de satélites de la vieja escuela”, dijo Franks. Así que para eso es Adhara: “Mantenlo simple, atorníllalo allí, déjalo maniobrar donde necesita ir”.
La ingeniería de estos motores no era fácil, naturalmente, pero Tesseract no estaba reinventando la rueda. Los principios son muy similares a los motores tradicionales, por lo que los costos de desarrollo no eran ridículos.
La compañía no pretende que estas sean las únicas soluciones que tienen sentido ahora. Si necesita tener la masa o el volumen más bajo absoluto dedicado a la propulsión, o no le importa si le toma una semana o un año llegar a donde va, la propulsión eléctrica es probablemente una mejor opción. Y para las misiones principales que requieren un alto delta-V y no les importa lidiar con los peligros que conlleva, la hidracina sigue siendo el camino a seguir. Pero el mercado que más crece no es ninguno de estos, y los motores de Tesseract se encuentran en una posición intermedia que es eficiente, compacta y mucho menos peligrosa para trabajar.
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