ARTEFACTO Y PROCEDIMIENTO DE ACOPLAMIENTO DE UN SISTEMA DE PROPULSIÓN Y DE UN SISTEMA DE PILA DE COMBUSTIBLE REGENERADORA.

Artefacto y procedimiento de acoplamiento de un sistema de propulsión y de un sistema de pila de combustible regeneradora El ámbito de la invención afecta a los artefactos que incluyen un sistema de almacenamiento de energía del tipo pila de combustible regeneradora y un sistema de propulsión, y más concretamente los artefactos espaciales del tipo satélite. Hoy en día, los satélites embarcan una multitud de sistemas electrónicos para cumplir por ejemplo misiones de observación o misiones dedicadas a las redes de comunicación terrestre. Embarcan especialmente un módulo de comunicación con tierra, un módulo de mando y guiado del satélite, un módulo de optoelectrónica para las misiones de observación y/o un módulo para cumplir las funciones de las infraestructuras de comunicación. Para el funcionamiento del conjunto de sistemas electrónicos, los satélites actuales incluyen un sistema de almacenamiento de energía del tipo batería. Incluyen asimismo un generador de energía solar que permite alimentar los sistemas electrónicos del satélite cuando éste se expone al sol y que permite asimismo recargar las baterías. Cuando el satélite está situado en posición de eclipse con relación al sol, los sistemas electrónicos se alimentan únicamente mediante las baterías. Los progresos realizados en el ámbito de las pilas de combustible permiten plantear la incorporación de estos sistemas de almacenamiento de energía a bordo de los satélites. Los sistemas de pila de combustible regeneradores (RFCS por Regenerative Fuel Cell System en lenguaje anglosajón) aportan una solución eficiente en lo que se refiere a autonomía y suministro de potencia, y están especialmente adaptados para las clases de satélites de telecomunicaciones de elevada potencia de funcionamiento nominal. Se conocen en el estado de la técnica artefactos espaciales que incluyen un sistema de almacenamiento de energía del tipo pila de combustible. Por ejemplo, el documento titulado PEM Fuel Cell Status and Remaining Challenges for Manned Space-Flight Applications describe dichos sistemas. Este documento describe artefactos espaciales tripulados y están menos limitados por las problemáticas de volumen y de miniaturización que nos encontramos para el diseño de satélites. Se conoce asimismo el uso de pilas de combustible en el ámbito automóvil. Sin embargo, el ámbito espacial, en comparación con el ámbito automóvil, impone limitaciones particulares de funcionamiento de los sistemas electrónicos, especialmente para las funciones de alimentación de energía de los sistemas. Se puede mencionar por ejemplo el medio de funcionamiento severo de los sistemas electrónicos, especialmente en temperatura, las limitaciones de fiabilidad de los sistemas electrónicos, ya que éstos deben demostrar una tasa de averías extremadamente baja, cambios constantes de modo de alimentación en potencia según que el satélite se encuentra en posición de eclipse con relación al sol y, por supuesto, la limitación de autonomía de energía del satélite que este último debe resolver para llevar a cabo misiones de larga duración en el espacio. Con el fin de entender mejor la problemática impuesta por el ámbito espacial y, especialmente, los satélites, se describen brevemente más adelante los modos operatorios de un satélite de telecomunicaciones. Tras el lanzamiento de un satélite, éste se sitúa en órbita geoestacionaria después de una fase de transferencia durante la que realiza una sucesión de trayectorias elípticas hasta alcanzar la trayectoria de posicionamiento. Se distingue por lo tanto una primera fase de lanzamiento, una segunda fase de transferencia y una tercera fase en órbita geoestacionaria. Durante la fase de lanzamiento y antes del despliegue de los generadores solares durante la fase de transferencia, los sistemas funcionales del satélite se alimentan mediante el sistema de almacenamiento de energía de a bordo, pudiendo ser este sistema del tipo batería o del tipo pila de combustible regeneradora. En el caso de una pila de combustible regeneradora o de una batería, el sistema debe incluir un nivel de almacenamiento de energía suficiente antes del lanzamiento para hacer frente a las necesidades de los sistemas electrónicos durante la fase de lanzamiento y antes de que se desplieguen los generadores solares. Durante la fase de transferencia y la fase en órbita, el satélite es capaz de recuperar energía por medio de un sistema de generación de potencia solar cuando éste está bien orientado en la dirección del sol. Los sistemas electrónicos se alimentan entonces mediante este último sistema cuando el satélite está expuesto al sol y por medio de la pila de combustible regeneradora o la batería en las posiciones de eclipse. El sistema de generación de potencia tiene asimismo por función recargar la fuente de energía secundaria (batería o pila de combustible regeneradora en modo electrolizador). El principio de la pila de combustible es tal que la potencia solar se utiliza para poner en funcionamiento la electrólisis y formar, a partir de un producto, el combustible y el comburante, almacenándose estos dos últimos elementos en depósitos distintos y generando la reacción electroquímica entre estos dos elementos energía por medio de una pila. En efecto, una pila de combustible no es un medio de conservación de energía, sino un medio de conversión de energía y, en este caso particular, de conversión de la energía solar en energía electroquímica. Por consiguiente, los sistemas del tipo pila de combustible requieren la implementación de depósitos de almacenamiento para el combustible, el comburante y el producto resultante de la reacción de la pila de combustible. Por ejemplo, para una solución de pila de combustible más habitualmente utilizada del tipo H2/O2, los reactivos se conservan en un estado gaseoso. Esto implica la colocación de depósitos auxiliares. Según la presión de almacenamiento y la potencia del satélite, los depósitos pueden ser muy voluminosos. Esta limitación tiene como consecuencia un aumento del volumen y la masa del satélite para un sistema cuyos sistemas electrónicos complejos están ya 2   fuertemente limitados. La prestación eléctrica de los sistemas de almacenamiento de energía se mide en Wh/kg y, por consiguiente, el aumento de la masa induce un descenso de las prestaciones del satélite. Los documentos US 6,374,618B1, WO99/00300 A y WO96/26108 A describen sistemas convencionales de generación de energía para un artefacto espacial. Un objetivo de la invención es la mejora de las prestaciones eléctricas del satélite de telecomunicaciones con objeto de proporcionar una solución viable para la adopción de un sistema de almacenamiento de energía del tipo pila de combustible en tales artefactos espaciales. Más concretamente, la invención es un artefacto que incluye un sistema de almacenamiento de energía del tipo pila de combustible regeneradora, un sistema de propulsión química y un sistema de presurización de los ergoles de la propulsión, incluyendo el sistema de almacenamiento de energía por lo menos tres depósitos que permiten contener en un primer depósito un combustible, en un segundo depósito el comburante y en un tercer depósito el producto resultante de la reacción del comburante y el combustible, e incluyendo el sistema de presurización por lo menos un cuarto y un quinto depósito de presurización que contienen un gas de presurización. El artefacto incluye asimismo una pluralidad de medios para acoplar los depósitos del sistema de almacenamiento de energía con los depósitos del sistema de presurización de los ergoles de la propulsión, incluyendo dichos medios unos medios para purgar los depósitos de presurización, unos medios para aislar el sistema de propulsión de los depósitos de presurización, unos medios para aislar los depósitos de presurización entre ellos y unos medios para conectar, cuando los depósitos de presurización ya no contienen los gases de presurización, el depósito de combustible al cuarto depósito y el depósito de comburante al quinto depósito. Efectivamente, una vez que los depósitos de presurización se han vuelto inútiles, dichos depósitos pueden utilizarse para almacenar combustible y comburante. Ventajosamente, las dimensiones de los depósitos del sistema de almacenamiento de energía que contienen el comburante y el combustible son inferiores a las dimensiones necesarias para las necesidades de potencia del artefacto en fase de misión a una presión dada, pudiendo servir asimismo los depósitos de presurización para el sistema de almacenamiento de energía en fase de misión. Los depósitos poseen una dimensión inferior a la necesaria. En efecto, el sistema de presurización no incluye compresor para el almacenamiento del combustible y el comburante en su respectivo depósito... [Seguir leyendo]

1. Artefacto que comprende un sistema de almacenamiento de energía (20) del tipo pila de combustible regeneradora, un sistema de propulsión química (10) y un sistema de presurización de los ergoles de la propulsión, incluyendo el sistema de almacenamiento de energía por lo menos tres depósitos que permiten contener en un primer depósito (1) un combustible, en un segundo depósito (2) el comburante y en un tercer depósito (3) el producto resultante de la reacción del comburante y el combustible, y comprendiendo el sistema de presurización por lo menos un cuarto y un quinto depósito de presurización (4 y 5) que contienen un gas de presurización, El artefacto está caracterizado porque comprende asimismo una pluralidad de medios para acoplar los depósitos del sistema de almacenamiento de energía a los depósitos del sistema de presurización de los ergoles de la propulsión, incluyendo dichos medios unos medios para purgar los depósitos de presurización (4 y 5), unos medios para aislar el sistema de propulsión (10) de los depósitos de presurización, unos medios para aislar los depósitos de presurización (4 y 5) entre sí y unos medios para conectar, cuando los depósitos de presurización ya no contienen los gases de presurización, el depósito de combustible (1) al cuarto depósito (4) y el depósito de comburante (2) al quinto depósito (5). 2. Artefacto según la reivindicación 1, caracterizado porque las dimensiones de los depósitos (1 y 2) del sistema de almacenamiento de energía que contienen el comburante y el combustible son inferiores a las dimensiones necesarias para el sistema de almacenamiento de energía para las necesidades de potencia del artefacto en fase de misión a una presión dada, pudiendo servir asimismo los depósitos de presurización (4 y 5) para el sistema de almacenamiento de energía en fase de misión. 3. Artefacto según la reivindicación 2, caracterizado porque comprende un sistema de válvulas entre el sistema de propulsión (10) y el sistema de almacenamiento de energía (20), unas primeras válvulas (33) entre los depósitos de presurización (4 y 5) y el sistema de propulsión (10), unas segundas válvulas (31) entre el primer depósito (1) y el cuarto depósito (4), unas terceras válvulas (36) entre el segundo depósito (2) y el quinto depósito (5) y unas cuartas válvulas (35, 37 y 38) para purgar los depósitos de presurización. 4. Artefacto según la reivindicación 3, caracterizado porque los medios para purgar los depósitos de presurización (4 y 5) incluyen en su salida un medio (6) para expulsar fluidos sin efecto de propulsión al exterior del artefacto. 5. Artefacto según la reivindicación 4, caracterizado porque el sistema de almacenamiento de energía se alimenta mediante un sistema de generación de potencia para realizar la electrólisis. 6. Artefacto espacial del tipo satélite que comprende un artefacto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores. 7. Procedimiento que permite acoplar los depósitos de un sistema de almacenamiento de energía del tipo pila de combustible regeneradora a depósitos de presurización de los ergoles de un sistema de propulsión química de un artefacto, comprendiendo el sistema de almacenamiento de energía por lo menos tres depósitos que permiten contener, en un primer depósito un combustible, en un segundo depósito el comburante y en un tercer depósito el producto resultante de la reacción del comburante y el combustible, y un sistema de presurización que incluye por lo menos un cuarto y un quinto depósito de presurización que contienen un gas de presurización, caracterizándose el procedimiento porque realiza las siguientes etapas sucesivas: - En una primera etapa (41), se contiene el combustible únicamente en el primer depósito (1), y el comburante únicamente en el segundo depósito (2), - En una segunda etapa (42), se aísla el sistema de propulsión (10) de los depósitos de presurización (4 y 5), - En una tercera etapa (43), se purgan los depósitos de presurización (4 y 5), - En una cuarta etapa (44), se aíslan los depósitos de presurización unos de otros, - En una quinta etapa (45), se conectan los depósitos de presurización al primero y al segundo depósito del sistema de almacenamiento de energía, - En una sexta etapa (46), el cuarto depósito contiene una parte del combustible y el quinto depósito contiene una parte del comburante, estando contenidas las demás partes en el primero y el segundo depósito. 8   8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque, en la primera etapa, las dimensiones de los depósitos (1 y 2) que contienen el comburante y el combustible son inferiores a las dimensiones necesarias para las necesidades de potencia del artefacto en fase de misión a una presión dada. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, siendo el artefacto un artefacto espacial destinado a ser posicionado en órbita geoestacionaria, precediéndose el posicionamiento en órbita de una fase de lanzamiento del artefacto, seguida de una fase de transferencia del artefacto hasta su posicionamiento en órbita geoestacionaria, caracterizándose el procedimiento porque la segunda etapa (42) se activa a continuación de la fase de transferencia del artefacto. 9     11   12   13