El primer propulsor espacial de nanosatélites español, con tecnología del CSIC y la empresa IENAI SPACE, llega a órbita
Se trata del primer propulsor eléctrico para nanosatélites español, desarrollado por la startup IENAI SPACE, para maximizar el tiempo de vida de los dispositivos y ofrecer control de orientación a nanosatélites. El propulsor eléctrico utiliza la novedosa tecnología de “electroespray”, basada en chips de silicio fabricados en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del CSIC en el IMB-CNM.
Módulo del propulsor de electrospray junto a la electrónica de control con dos chips en el centro (solo uno es visible) fabricados en el IMB-CNM. Crédito: IENAI
El primer propulsor espacial español completamente eléctrico para nanosatélites ya se encuentra en órbita. Se trata de un éxito de IENAI SPACE, una startup de Madrid, con una tecnología que cuenta con la colaboración del CSIC, ya que los emisores han sido codesarrollados entre empresa e institución, y fabricados en la Sala Blanca de Micro y Nanofabricación del Instituto de Microelectrónica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC).
En los últimos años, el campo de la propulsión espacial explora nuevos sistemas para otorgar movilidad a los satélites a través de la propulsión iónica, pues es más ligera y económica. Ahora, por primera vez, una empresa española se introduce en el mercado gracias a la tecnología de propulsión desarrollada para pequeños satélites, que se lanzó con éxito el pasado octubre a bordo del microlanzador Alpha de la empresa americana Firefly y efectuó con éxito la reentrada de los satélites a tierra a mediados de noviembre. El lanzamiento puso en órbita dos picosatélites (satélites con pesos menores a 1kg) que equiparon los demostradores tecnológicos del motor ATHENA (‘Adaptable THruster based on Electrospray powered by NAnotechnology’).
El objetivo de esta primera misión de demostración era poner a prueba los propulsores en el entorno espacial, tras la extensa cualificación en tierra. En concreto, la misión buscaba demostrar la capacidad de alargar el tiempo en órbita de estos satélites que, de no contar con sistemas de propulsión, habrían caído de nuevo a tierra debido a la fricción con la tenue atmósfera terrestre que aún se encuentra en órbita. Una vez finalizada la misión, es esta fricción la que se aprovecha para asegurar que el satélite vuelve a entrar en la tierra, evitando que se convierta en basura espacial.
"El objetivo de los motores ATHENA es el de ofrecer al mercado espacial un propulsor muy compacto y de baja potencia, pero altamente eficiente, capaz de integrarse en satélites de pequeño tamaño. Esto no ha sido posible hasta la fecha debido a que los intentos de miniaturizar otras tecnologías más tradicionales no han tenido éxito, de ahí la necesidad de desarrollar una tecnología completamente nueva", indica Daniel Pérez, CEO de la empresa IENAI SPACE.
El desarrollo de IENAI ha sido posible gracias a la transferencia de tecnología y conocimientos llevada a cabo por el CSIC, en una colaboración que comenzó a finales de 2019.
"La colaboración consistió en la fabricación de las matrices de emisores con forma cónica y una altura de cientos de micras y, por otro lado, en demostrar la posibilidad de la nanoestructuración de esta superficie tridimensional para permitir el control del régimen de operación de los emisores, gracias al control del flujo de propelente a los mismos", indica Borja Sepúlveda, investigador del IMB-CNM-CSIC.
Nanohilos de silicio en microestructuras 3D para controlar la emisión iónica
Para la fabricación de los micro-conos emisores se aprovechó la amplia experiencia de la Sala Blanca del IMB-CNM en procesos de micromecanización profunda de silicio por iones reactivos, lo que permitió generar estructuras con centenares de micras de altura. La nanoestructuración de la superficie 3D se realizó mediante la tecnología nanolitografía coloidal, que se había desarrollado previamente para dispositivos de electro-estimulación celular wireless, en una colaboración entre el Instituto de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) y el IMB-CNM. Este proceso de micro y nanofabricación dio lugar a una solicitud de patente internacional.
"La nanoestructuración de superficies tridimensionales y afiladas fue uno de los mayores retos, así como demostrar la capacidad de sintonizar la densidad de nanoestructuras en la superficie, que es esencial para controlar el tipo de emisión", concluye Sepúlveda.
En la Sala Blanca del IMB-CNM, los resultados fueron buenos y, según aclara Roser Mas, ingeniera de proceso del IMB-CNM, "se consiguió un alto nivel de emisión iónica en el propulsor".
En estos momentos, se sigue trabajando en la optimización del diseño de los chips emisores y en su protección para asegurar su máxima durabilidad a través de un doctorado industrial de AGAUR, así como de explorar nuevos procesos de fabricación de cara a la eminente industrialización de la tecnología, a través de un contrato postdoctoral Torres Quevedo.
Galería de imágenes
- Imagen tomada por SEM (Scanning Electron Microscope) donde se aprecian los emisores cónicos en la oblea de silicio. IMB-CNM-CSIC.
- Imagen tomada por SEM (Scanning Electron Microscope) donde se aprecian los emisores cónicos en la oblea de silicio. IMB-CNM-CSIC.
- Distribución de los chips micromecanizados en una oblea de silicio. IMB-CNM-CSIC.
- Módulo del propulsor de electrospray junto a la electrónica de control con dos chips en el centro (solo uno es visible) fabricados en el IMB-CNM. Crédito: IENAI.
