Los satélites pueden soportar temperaturas extremas, radiación, impactos de estilo muscular microintestinal y lanzamientos violentos. Su supervivencia depende de la ingeniería cuidadosa, la ciencia de los materiales y la protección de los componentes adaptados a cada etapa de misión.
La mayoría de la gente sabe que los satélites orbitan la tierra. Las duras verdades de estos viajes de maquinaria y la supervivencia en el espacio no se entienden generalmente. El espacio es un ambiente vasto y hostil donde los rayos del sol pueden hervirlo y derretir el metal. Las diferencias en el vacío, los escombros y la temperatura pueden causar daños importantes en el material, y es esencial para cualquier nave espacial, incluidos los cohetes orbitales, para introducir medidas protectoras avanzadas para la supervivencia.
Si está interesado en invertir en infraestructura orbital, es esencial comprender cómo los satélites sobreviven a condiciones duras en el espacio para evaluar el riesgo y la resiliencia de los proyectos espaciales.
Los peligros ambientales que los satélites deben soportar
Pasando la atmósfera anterior enfrentará muchas condiciones y efectos extremos. Esto también debe soportar satélites o transbordadores espaciales. A continuación se muestran algunas de estas cosas que los diseñadores e ingenieros deben explicar al diseñar vehículos espaciales:
Fluctuaciones de temperatura extrema
El vacío en el espacio elimina el efecto de aislamiento del aire y expone el satélite a un swing térmico dramático. Las temperaturas cerca de la Estación Espacial Internacional (ISS) fluctúan a 120 ° C a la luz solar directa y -160 ° C a la sombra o al lado de la «noche» del mundo. Sin embargo, las fluctuaciones también pueden ocurrir, lo que lleva a altibajos extremos.
La ISS supera 16 cambios de calor en 24 horas. Esto significa que el material se expande y se encoge 16 veces al día. Este fenómeno puede tensarlos y conducir a fracturas y deterioro. Debido a la baja trayectoria de la ISS y muchos transbordadores, estos vehículos enfrentan la exposición al oxígeno atómico. Esto se forma cuando la radiación UV y los átomos normales se mezclan en la atmósfera superior. Este oxígeno único causa una corrosión metálica significativa.
Cinturones de radiación de Van Allen
Cuando los satélites están en alta órbita, deben competir con estos cinturones radiantes, que parecen donas de la Tierra y están compuestos principalmente de protones y electrones de alta energía que pueden descomponer los componentes electrónicos y los paneles solares. La mayoría de las máquinas orbitales, incluida la ISS, permanecen en órbita terrestre baja (LEO) a unas 250 millas o 402 km de la superficie para evitar estos cinturones radiantes extremos.
Riesgo de colisión
La órbita de la Tierra se ha vuelto como navegar a través de un depósito de chatarra con un promedio de 40,000 piezas de escombros flotando, lo suficientemente grande como para que las agencias espaciales europeas y la NASA lo rastreen. Se agregó 1,2 millones de «bits» rotos de otros barcos que podrían causar daños por colisiones graves. La NASA rastrea los micrometeoritos a velocidades superiores a 50 m/s, a 3,600 segundos por hora, que es equivalente a 180,000 mph o 289,681.92 km/h.
Selección de materiales y revestimiento de metal
Los ingenieros dependen en gran medida de materiales sofisticados y tratamientos superficiales para proteger la nave espacial para mitigar estos desafíos.
Los materiales más utilizados incluyen aleaciones de aluminio. Estos metales compuestos se presentan ampliamente en los marcos de la nave espacial debido a su peso ligero y conductividad térmica. Sin embargo, el aluminio es vulnerable a la corrosión de oxígeno atómico en LEO, donde los átomos de oxígeno altamente reactivos erosionan las superficies expuestas.
Para proteger la nave espacial a partir de ahora, el fabricante aplicará aluminio anodizado, revestimiento de oro o un recubrimiento de pintura de control de calor. Estas capas externas mejoran la estabilidad térmica, reducen la interferencia electromagnética y evitan la corrosión. El oro, por ejemplo, refleja los rayos infrarrojos y protege la delicada óptica. Esta es la razón por la cual los espejos del telescopio como el telescopio espacial James Webb contienen revestimiento de oro. Esto refleja hasta el 99% de toda la radiación infrarroja.
Otros recubrimientos populares incluyen:
Plata: las baldosas de cuarzo de la nave espacial a menudo están cubiertas de plata, pero ahora se prefiere el oro. Cobre: la excelente conductividad y asequibilidad del cobre lo convierte en un gran material para equipos sensibles.
Diseño satelital específico de la etapa
La resiliencia no comienza solo con la trayectoria. Comienza en el planeta y planea meticulosamente cada etapa de operación: lanzamiento, implementación, misiones activas y desmantelamiento.
1. Etapa inicial
Las fuerzas de lanzamiento son crueles, y para alcanzar velocidades de escape y dejar la atmósfera de la Tierra, el cohete equipado con satélite debe alcanzar velocidades de 11.2 km/s, ejerciendo una gran presión sobre el cohete y su carga útil. En esta etapa también hay eventos de presión acústica y impacto a medida que el vehículo pasa a través de diferentes capas atmosféricas y se separa en diferentes componentes.
Todos los componentes deben estabilizarse para resistir los lanzamientos. La envoltura de los componentes sensibles de los puntales a regalos al material húmedo reduce el estrés mecánico y la transferencia vibratoria.
2. Inserción de despliegue y trayectoria
Una vez que la máquina se separa del vehículo de lanzamiento, debe ser estable. Los mecanismos direccionales como las ruedas de reacción se activan para operar la máquina. Estos ingredientes están protegidos de la contaminación por membranas y recubrimientos protectores.
3. Esperanza de vida operativa
Durante el funcionamiento normal, el control térmico es primordial. Los satélites tratan con exceso de calor:
Un radiador que libera el exceso de calor al espacio. Una tubería de calor que mantiene la carga de calor lejos de los componentes sensibles al calor. Tubo de calor de conductancia de Louvre o variable para regulación activa en plataformas más sofisticadas.
4. Fin de la vida y el desmantelamiento
Los fragmentos espaciales son dañinos y podrían poner en riesgo las misiones futuras. Según las pautas de la ESA, muchas cápsulas espaciales modernas en LEO tienen una característica de diseño que las elimina en cinco años. Algunos dispositivos nuevos incluyen un sistema de expansión para volver a ingresar la atmósfera y quemar activamente la máquina, reduciendo las posibilidades de que los escombros golpeen áreas densamente pobladas.
Protección de componentes activos y pasivos
Diferentes partes de un satélite requieren diferentes estrategias de protección. Los componentes activos, como procesadores, convertidores de potencia, sensores y transmisores, requieren enkies endurecidos por radiación. Por esta razón, la NASA y la ESA son compatibles con semiconductores curados por radiación y sustratos de aislamiento térmico hechos de tungsteno y plomo, al tiempo que proporcionan redundancia en el sistema operativo para minimizar la corrupción de datos.
Los componentes pasivos, como las antenas, los paneles solares y los sistemas ópticos, generalmente tienen un diseño más sensible, de modo que la cápsula se quema cuando se vuelve a ingresar. Las mantas aisladas y los recubrimientos ópticos ayudan a proteger las máquinas orbitales, mientras que las técnicas de auto reparación ayudan a reparar daños micrométricos menores.
Contingencias del clima del espacio inesperado
Los eventos impredecibles como las bengalas solares pueden aumentar drásticamente en los niveles de radiación más allá de los parámetros normales de los vasos espaciales como las ISS y los satélites. Los sistemas de detección de fallas pueden ayudarlo a hacer una copia de seguridad y reiniciar sus datos cuando pase un evento anormal. Este «modo seguro» protege los componentes sensibles del sistema y previene fallas catastróficas.
Elección de diseños para mejorar la longevidad
Algunas decisiones de diseño integrales tienen un gran impacto en la durabilidad. Estos incluyen:
Redundancia: la mayoría de los sistemas críticos tienen copias de seguridad, especialmente para la comunicación y la potencia. Diseño modular: los componentes ajustables facilitan las reparaciones, como cuando una misión de robot se intercambia. Gestión de discapacidad autónoma: los satélites modernos utilizan diagnósticos impulsados por la IA para detectar y aislar fallas más rápido que el control del suelo puede predecir o resolver.
Resiliencia a través de la ingeniería de precisión
Aunque los satélites no pueden prevenirse de ninguna amenaza espacial en el futuro, pueden planificar riesgos conocidos con precisión quirúrgica. La supervivencia orbital se atribuye a una mejora de la científica, los materiales, el software y el diseño.
Para los líderes empresariales que exploran las empresas comerciales orbitales para la observación de la tierra, las comunicaciones y el seguimiento de los activos, la inversión en durabilidad es más que una estrategia de mitigación de riesgos. Esto es para garantizar que no contribuyan a la «recuperación» de la órbita baja de la Tierra.
Seleccione componentes y recubrimientos que puedan soportar el inicio y las operaciones a largo plazo. Después de todo, los conductores espaciales son más que un relé de datos. Esta es una infraestructura orbital que debería alinearse con una economía espacial sostenible.
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