Dispositivo de aerofrenado de satélite.

Dispositivo de aerofrenado de satélite.

La presente invención se refiere a un dispositivo de aerofrenado de satélite adaptado particularmente a la desorbitación de los satélites al final de su vida útil.

Los satélites al final de su vida útil estorban el espacio próximo y, debido a que en alta altitud la presión de aire es muy reducida, estos satélites que alcanzan el final de su vida útil de servicio son susceptibles de permanecer en órbita muchos años y estorbar así el espacio y causar riesgos de colisión y de destrucción de los otros satélites. Para tener una idea, un satélite de una relación entre superficie proyectada y masa del orden de 5 a 6 milésimas de m2/kg en órbita a una altitud de 700 km necesitará del orden de 45 años para bajar a una altitud a la cual será destruido, ahora bien, algunas agencias espaciales imponen ahora una duración de vida máxima de 25 años a los satélites en órbita baja que han cumplido su misión.

Sin medios de desorbitación, esta duración máxima impediría una órbita superior a 650 km a un satélite que tiene una relación entre superficie proyectada y masa tal como la definida anteriormente.

Por ello, los operadores de satélites se esfuerzan en limitar la duración de vida de los satélites después del fin de su servicio previendo unos sistemas que los desplazan de su órbita para desorbitarlos o posicionarlos en una órbita diferente de final de su vida útil.

Los procedimientos de desorbitación se basan en el principio de una reentrada en la atmósfera forzada del satélite al final de su vida útil.

Se presentan en general dos supuestos.

O bien, según un primer tipo de órbita, el satélite está en una órbita elíptica que posee un perigeo en las capas densas de la atmósfera. En tal caso, la desorbitación se realiza de manera natural en algunos días o algunas horas. O bien, según un segundo tipo de órbita, el satélite se encuentra en una órbita estable que no atraviesa las capas densas y la desorbitación natural tarda un tiempo muy largo como se ha visto anteriormente.

En el caso de un satélite que efectúa su misión en una órbita para la cual se supone demasiado lejana la caída natural del satélite, la solución más habitual para acelerar la desorbitación del satélite es bajar su órbita dándole un impulso con la ayuda de propulsores.

El inconveniente es que se necesita conservar una cantidad de combustible, y una energía suficiente para permitir este impulso, hasta una fase de vida avanzada del satélite.

Además, cuando estos propulsores no son útiles para la misión del satélite, constituyen un peso parásito para la puesta en órbita del satélite, así como una masa y un volumen inútil a lo largo de la misión.

Además, la realización de este impulso se debe realizar mientras que el satélite podría no tener más que una capacidad funcional residual, lo cual impone conservarle unas facultades de maniobra más allá de su duración de vida normal.

Un medio alternativo es el aerofrenado.

El principio del aerofrenado es conocido a partir del documento US 6550720 que describe unos medios que permiten en particular modificar la órbita de un satélite y transferir una carga útil desde una órbita geoestacionaria a 36000 km hasta una órbita baja y que utiliza el paso de la carga en las capas altas de la atmósfera con el fin de circularizar su órbita.

Este principio de aerofrenado utilizado para modificar la órbita de una carga o de un satélite se ha utilizado por otro lado en el marco de la misión de la sonda "MARS global surveyor" para circularizar la órbita inicialmente muy elíptica de la sonda haciéndola pasar por la parte alta de la atmósfera marciana.

Este principio de aerofrenado se utiliza además para unos procedimientos de entrada en la atmósfera en la que el frenado es mucho más violento y necesita un escudo térmico.

El aerofrenado es eficaz a las altitudes en las que la atmósfera es relativamente densa y, para utilizarlo a unas altitudes más importantes que las capas altas de la atmósfera, es necesario incrementar la superficie de resistencia aerodinámica del satélite con el fin de utilizar el efecto de frenado, incluso muy débil, de la atmósfera residual presente en las órbitas altas.

Para ello, el documento US 6550720 describe la realización de grandes alas en forma de paraguas adaptado para conferir una estabilidad al satélite y una posición particular de este satélite sobre su trayectoria.

Dichas alas son difíciles de utilizar debido al volumen importante que ocupan plegadas y a su superficie importante. Por ejemplo, según el documento US 6550720, para frenar un satélite del orden de 600 kg a una altitud de sólo 150 km, se necesita un ala del orden de 150 m2

Por otro lado, es necesario prever varios montantes o mástiles que deben desplegarse para mantener dichas alas abiertas.

Por último, dichas alas funcionan según una dirección privilegiada para la cual el satélite debe ser estabilizado y, si el satélite está orientado desfavorablemente con respecto a el ala, o si el satélite gira sobre sí mismo, su efecto se reduce en gran medida.

Para utilizar dichas alas, es necesario por lo tanto estabilizar el satélite y utilizar por lo tanto sus sistemas de control de actitud, lo cual devuelve el problema mencionado anteriormente de la conservación de funciones de pilotaje y de propulsión del satélite al final de su vida útil.

Se ha considerado también utilizar los paneles solares de los satélites como superficie de frenado, pero esta tecnología sigue siendo demasiado pesada, complicada de realizar y a menudo insuficiente.

La presente invención se refiere a una tecnología de dispositivo de aerofrenado, aplicable a la desorbitación de los satélites, basada en un ala perfeccionada por que resulta poco voluminosa replegada, por que necesita un armazón reducido y por que necesita poca energía para su despliegue, lo cual le conserva un balance de masa reducido y una fiabilidad importante compatible con su utilización al final de su vida útil del satélite.

Además, de manera particularmente ventajosa, el ala según la invención está concebida de manera que funcione como ralentizador, sea cual sea la actitud del satélite y de manera que permita evitar estabilizarlo, lo cual evita incrementar la masa del satélite y evita conservar unos combustibles de propulsión después del final de la misión del satélite.

Para ello, la presente invención prevé un dispositivo de aerofrenado de satélite según la reivindicación 1, que comprende un velamen desplegable para el cual el ala, una vez desplegada, es una estructura tridimensional adaptada para realizar el frenado de un satélite inestable, sea cual sea su orientación.

Dicha estructura tridimensional según la invención permite conservar una eficacia de frenado importante, sea cual sea la posición del satélite en su trayectoria sin estar concebida para aportar una estabilización del satélite. En particular, según un modo de realización preferido de la invención, el velamen desplegado es tal que su sección eficaz sigue estando, sea cual sea la posición del satélite en su trayectoria, en una relación comprendida entre 2, 8 veces la superficie de la proyección del satélite perpendicularmente a su trayectoria y 5 veces dicha superficie de proyección, lo cual permite asegurar una desorbitación del satélite en un tiempo razonable reduciendo al mismo tiempo la masa embarcada debida al dispositivo de aerofrenado.

Según la invención, la estructura tridimensional es una estructura asimétrica que optimiza la relación entre sección eficaz y masa embarcada.

Otras características y ventajas aparecerán con la lectura de la descripción siguiente de ejemplos no limitativos de la invención haciendo referencia a los dibujos, que representan:

en la figura 1: una vista en perspectiva de un satélite al cual se aplica la invención;

en la figura 2: una vista en perspectiva de un primer ejemplo de un primer modo de realización de la invención; en las figuras 3A a 3C: unas vistas en perspectiva de tres ejemplos de un tercer modo de realización de la invención en perspectiva;

en la figura 4: un diagrama en dos dimensiones representativo de la sección eficaz de un modo de realización de la invención;

en la figura 5: una ilustración del cálculo de sección eficaz;

en las figuras 6A a 6D: cuatro ejemplos del primer modo de realización de la invención.

El dispositivo de aerofrenado de satélite según...