Un equipo de investigación del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) en Estados Unidos está probando un nuevo sistema de propulsión aeroespacial que se espera mejore significativamente las capacidades de exploración del espacio profundo de los microsatélites. Este sistema integra dos formas distintas de propulsión en la misma plataforma, lo que permite al satélite realizar maniobras rápidas y vuelos eficientes de larga distancia.


Un elemento central del diseño es un único propulsor que puede impulsar tanto la propulsión química como la eléctrica. Tradicionalmente, los dos tipos de sistemas suelen requerir unidades de propulsión y combustible independientes, que no sólo tienen una estructura compleja, sino que también ocupan un valioso volumen de cabina. Amelia Bruno, una de las líderes de la investigación y anteriormente trabajó en MIT Aeronáutica y Astronáutica (AeroAstro), dijo que si la propulsión química y eléctrica se puede realizar en una pequeña plataforma al mismo tiempo, "equivale a tener las ventajas de ambas tecnologías", permitiendo a los satélites pequeños realizar más observaciones científicas y tareas complejas en plataformas más pequeñas y baratas.

Los resultados relevantes se han publicado en el Journal of Propulsion and Power patrocinado por el Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica (AIAA). El artículo muestra que un monopropulsor relativamente respetuoso con el medio ambiente desarrollado originalmente por la Fuerza Aérea de los EE. UU. para la propulsión química se puede utilizar con éxito para impulsar un dispositivo de propulsión eléctrica en miniatura, el llamado propulsor de "electrospray".

El propulsor de chorro electrostático es un propulsor eléctrico extremadamente pequeño, aproximadamente del tamaño de una moneda o incluso de una uña. Funciona utilizando un campo eléctrico para cargar partículas en un propulsor líquido y luego expulsando estas partículas cargadas fuera del dispositivo para generar empuje. Este tipo de propulsor tiene una eficiencia de utilización de combustible extremadamente alta y es adecuado para realizar un control de actitud lento y preciso y un ajuste de órbita. Puede proporcionar incrementos acumulativos de velocidad para la nave espacial durante un largo período de tiempo y es muy adecuado para misiones en el espacio profundo y de larga duración.

Por el contrario, los propulsores químicos proporcionan un gran empuje en un corto período de tiempo y son adecuados para escenarios de maniobras de alta exigencia, como aceleraciones rápidas y cambios bruscos de órbita. El equipo del MIT cree que si se puede encontrar un propulsor común adecuado para la propulsión química y eléctrica, los satélites pequeños obtendrán una flexibilidad sin precedentes en el diseño de la misión. Actualmente están trabajando con la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) para prepararse para la verificación en órbita en una misión llamada "Green Propulsion Dual Mode (GPDM)".

La misión GPDM utiliza un CubeSat del tamaño de un maletín, equipado con un propulsor de boquilla química y cuatro propulsores de chorro electrostáticos, que comparten el mismo tanque de propulsor. Esta será la primera prueba en órbita de un sistema de propulsión de modo dual en una pequeña plataforma de satélite. Bruno señaló que si la misión tiene éxito, sentará las bases para el concepto futuro de utilizar plataformas compactas para la exploración del espacio profundo, como enviar satélites cúbicos a Marte o incluso al cinturón de asteroides, "derivarse lentamente" mediante propulsión eléctrica para completar vuelos de larga distancia y luego utilizar propulsión química para maniobrar rápidamente y posicionarse cerca del objetivo.

Paulo Lozano, uno de los coautores del artículo y profesor de la Cátedra Miguel Alemán Velasco en la Escuela de Aeronáutica y Astronáutica del MIT, dijo que en este nuevo modo, CubeSat puede realizar una detección compleja como un "avión de reconocimiento del espacio profundo": primero usa pulverización electrostática para empujar a las proximidades del objetivo durante un largo tiempo, y luego usa propulsión química para maniobrar rápidamente y realizar observaciones cercanas desde múltiples ángulos del terreno o fenómenos de interés. De esta manera, se mejorará significativamente la flexibilidad de planificación de la misión de los detectores pequeños.

Lozano dirige un laboratorio que durante mucho tiempo se ha centrado en desarrollar sistemas de propulsión electrostática a chorro para satélites que van desde el tamaño de una lonchera hasta un pequeño equipaje de mano. En comparación con los grandes satélites tradicionales, el coste de lanzamiento de este tipo de naves espaciales pequeñas es significativamente menor, pero los requisitos de volumen y masa son extremadamente estrictos, por lo que el sistema de propulsión debe ser muy compacto. La tecnología de pulverización electrostática satisface esta demanda: el cuerpo del propulsor desarrollado por el equipo del MIT tiene sólo el tamaño de una uña, está instalado en un pequeño tanque de almacenamiento de líquido y está lleno de propulsor líquido iónico.

Después de ser energizado, el propulsor aplica un voltaje a los iones en la solución de almacenamiento, lo que hace que se carguen y sean expulsados ​​a través de la estructura emisora ​​de microchorros para formar un haz de iones continuo y estable. Durante la última década, el equipo ha probado una variedad de estructuras de propulsores y formulaciones de propulsores, centrándose en materiales como los "líquidos iónicos". Este tipo de líquido a base de sal puede permanecer líquido en ambientes extremos y también es estable en el vacío y en las condiciones criogénicas del espacio, lo que lo hace muy adecuado como medio de trabajo para sistemas de propulsión eléctrica.

Bruno dijo que los líquidos iónicos son esencialmente "un océano líquido lleno de iones", que es adecuado para que la tecnología de pulverización electrostática extraiga iones de ellos para formar un chorro. A diferencia de otros propulsores comunes del mismo período, los líquidos iónicos no son volátiles, lo que los hace más seguros de manejar y reducen los riesgos de las pruebas en tierra y las operaciones en órbita.

En este estudio, los equipos de Bruno y Lozano colaboraron con la Fuerza Aérea de EE. UU. para introducir un nuevo propulsor líquido iónico llamado "ASCENT" (Advanced SpaceCraft Energetic Non-Toxic). ASCENT se desarrolló originalmente para sistemas de propulsión química espacial para reemplazar el combustible de hidracina, altamente tóxico pero ampliamente utilizado, mejorando así la seguridad y la protección ambiental al tiempo que se garantiza la densidad de energía.

Dado que ASCENT en sí es una mezcla de líquidos iónicos, el equipo del MIT especuló que debería usarse en sistemas de pulverización electrostática, por lo que iniciaron una verificación experimental sistemática. En el experimento, los investigadores inyectaron ASCENT en pequeños tanques de almacenamiento de líquidos con forma de cubo. El volumen de cada tanque es aproximadamente el mismo que el de un ladrillo Lego. La masa del propulsor llenado es de aproximadamente 1 gramo y la viscosidad es cercana a la del aceite para bebés.

Se instalaron propulsores de chorro electrostáticos equipados con ASCENT en ambos lados de un CubeSat, y todo el dispositivo se colocó en una plataforma de prueba de "Levitación Magnética (MagLev)" hecha a medida. La plataforma está ubicada en una cámara de vacío y utiliza magnetismo para levitar parcialmente el satélite, simulando así el entorno sin fricción del espacio. El equipo de investigación impulsa los propulsores bajo diferentes condiciones de voltaje para que el par generado por el chorro impulse al satélite a girar lentamente como un giroscopio, y mide la respuesta de rotación para invertir el nivel de empuje y la eficiencia de la propulsión.

Los resultados de las pruebas muestran que ASCENT puede impulsar de manera estable propulsores de chorro electrostáticos y su rendimiento es equivalente al de los propulsores de líquido iónico de propulsión eléctrica comúnmente utilizados actualmente. En experimentos de funcionamiento continuo que duraron unas 100 horas, el sistema mostró buena estabilidad y sostenibilidad. Bruno dijo que, en comparación con los propulsores de chorro electrostáticos tradicionales comúnmente utilizados en los laboratorios, ASCENT proporciona un rendimiento de empuje similar. "Después de confirmar la compatibilidad, podemos seguir pensando en cómo continuar optimizando el rendimiento del sistema sobre esta base".

Dado que ASCENT se puede utilizar tanto para propulsión química como para energía para sistemas de propulsión eléctrica, como la inyección electrostática, las futuras naves espaciales podrán suministrar simultáneamente ambos tipos de sistemas de propulsión a través de un único tanque de propulsor. Este diseño simplifica enormemente la configuración general, al tiempo que reduce la cantidad de tuberías y tanques de almacenamiento, al tiempo que conserva las ventajas respectivas de los dos tipos de tecnologías de propulsión. El MIT y la NASA planean realizar la primera medición espacial real en la misión CubeSat de "modo dual de propulsión verde" lanzada en noviembre de este año. Esta será también la primera vez que un satélite tenga verdaderamente "tanques de propulsor compartidos".

Lozano señaló que esta tecnología no sólo es adecuada para la exploración interestelar, sino que también tendrá un impacto importante en misiones cercanas a la Tierra, como la monitorización meteorológica y las constelaciones de observación climática. Por ejemplo, dijo que cuando está a punto de ocurrir una tormenta severa en un lugar determinado, el operador puede maniobrar rápidamente un grupo de pequeños satélites sobre el área objetivo según las necesidades de observación, o ajustar lentamente la órbita durante un período de tiempo más largo; Este método de despliegue de "velocidad y control lento" sólo es factible cuando se dispone de propulsión química de alto empuje y propulsión eléctrica de alta eficiencia, y el sistema de modo dual proporciona la base técnica para ello.

Esta investigación, titulada "Performance Characterization of Electrospray Thrusters with Energetic Ionic Liquid Monopropelant", se publicó en el "Journal of Propulsion and Power" el 31 de mayo de 2026. La investigación también fue financiada parcialmente por la NASA.