El primer propulsor espacial de nanosatèl·lits espanyol, amb tecnologia del CSIC i l’empresa IENAI SPACE, arriba a òrbita

Mòdul del propulsor d'electrospray juntament a l'electrònica de control amb dos xips al centre (només un visible) fabricats a l'IMB-CNM. Crèdit: IENAI.

El primer propulsor espacial espanyol completament elèctric per a nanosatèl·lits ja es troba en òrbita. Es tracta d’un èxit d’IENAI SPACE, una startup de Madrid, amb una tecnologia que compta amb la col·laboració del CSIC, ja que els emissors han estat codesenvolupats entre empresa i institució, i fabricats a la Sala Blanca de Micro i Nanofabricació de l’Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC).

En els darrers anys, el camp de la propulsió espacial explora nous sistemes per atorgar mobilitat als satèl·lits a través de la propulsió iònica, ja que és més lleugera i econòmica. Ara, per primera vegada, una empresa espanyola s’introdueix al mercat gràcies a la tecnologia de propulsió desenvolupada per a petits satèl·lits, que es va llançar amb èxit l’octubre passat a bord de la microllançadora Alpha de l’empresa americana Firefly i va acabar amb èxit a mitjans de novembre amb la reentrada dels satèl·lits a terra. El llançament va posar en òrbita dos picosatèl·lits (satèl·lits de menys d’un 1kg de pes) que van equipar els demostradors tecnològics del motor ATHENA (Adaptable THruster based on Electrospray powered by NAnotechnology).

L’objectiu d’aquesta primera missió de demostració era posar a prova els propulsors a l’entorn espacial, després de l’extensa qualificació a terra. En concret, la missió buscava demostrar la capacitat d’allargar el temps en òrbita d’aquests satèl·lits que, si no comptaven amb sistemes de propulsió, haurien tornat a caure a terra a causa de la fricció amb la tènue atmosfera terrestre que encara es troba en òrbita. Un cop finalitzada la missió, és aquesta fricció la que s’aprofita per assegurar que el satèl·lit torna a entrar a la terra, evitant que es converteixi en escombraries espacials.

"L’objectiu dels motors ATHENA és oferir al mercat espacial un propulsor molt compacte i de baixa potència, però altament eficient, capaç d'integrar-se en satèl·lits de mida petita. Això no ha estat possible fins ara perquè els intents de miniaturitzar altres tecnologies més tradicionals no han tingut èxit, per això la necessitat de desenvolupar una tecnologia completament nova", indica Daniel Pérez, director executiu de l’empresa IENAI SPACE.

El desenvolupament d’IENAI ha estat possible gràcies a la transferència de tecnologia i coneixements duta a terme pel CSIC, en una col·laboració que va començar a finals del 2019.

"La col·laboració va consistir en la fabricació de les matrius d’emissors amb forma cònica i una alçada de centenars de micres i, per altra banda, demostrar la possibilitat de la nanoestructuració d’aquesta superfície tridimensional per permetre el control del règim d’operació dels emissors, gràcies al control del flux de propel·lent als mateixos", explica Borja Sepúlveda, investigador de l’IMB-CNM-CSIC.

Nanofils de silici en microestructures 3D per controlar l’emissió iònica

Per a la fabricació dels micro-cons emissors es va aprofitar l’àmplia experiència de la Sala Blanca de l’IMB-CNM en processos de micromecanització profunda de silici per ions reactius, cosa que va permetre generar estructures amb centenars de micres d’alçada. La nanoestructuració de la superfície 3D es va realitzar mitjançant la tecnologia nanolitografia col·loidal, que s’havia desenvolupat prèviament per a dispositius d’electroestimulació cel·lular wireless, en una col·laboració entre l’Institut de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) i l’IMB-CNM. Aquest procés de micro i nanofabricació va donar lloc a una sol·licitud de patent internacional.

"La nanoestructuració de superfícies tridimensionals i afilades va ser un dels reptes més grans, així com demostrar la capacitat de sintonitzar la densitat de nanoestructures a la superfície, que és essencial per controlar el tipus d’emissió", conclou Sepúlveda.

A la Sala Blanca de l’IMB-CNM, els resultats van ser bons i, segons aclareix Roser Mas, enginyera de procés de l’IMB-CNM, "es va aconseguir un alt nivell d’emissió iònica al propulsor".

En aquests moments, se segueix treballant en l’optimització del disseny dels xips emissors i en la seva protecció per assegurar la màxima durabilitat a través d’un doctorat industrial d'AGAUR, així com explorar nous processos de fabricació de cara a l’eminent industrialització de la tecnologia, mitjançant un contracte postdoctoral Torres Quevedo.

Gal·leria d'imatges

• Imatge presa per SEM (Scanning Electron Microscope) on s'aprecien els emissors cònics a l'oblia de silici. IMB-CNM-CSIC.
• Imatge presa per SEM (Scanning Electron Microscope) on s'aprecien els emissors cònics a l'oblia de silici. IMB-CNM-CSIC.
• Distribució dels xips micromecanitzats en una oblia de silici. IMB-CNM-CSIC.
• Mòdul del propulsor d'electrospray al costat de l'electrònica de control amb dos xips al centre (només un és visible) fabricats a l'IMB-CNM. Crèdit: IENAI.