Remoción de Escombros de Gran Tamaño de la órbita Baja de la Tierra

La tecnología VASIMR® puede ser aplicada eficientemente para remover escombros orbitales de la órbita baja terrestre por medio de un remolcador espacial de propulsión eléctrica solar de alta potencia. AARC examina la captura y desorbitación controlada de 19 piezas grandes de escombros orbitales, que se encuentran a la deriva en varias órbitas de alta inclinación. Las 19 piezas de escombros escogidos son principalmente etapas altas de cohetes Zenit de 4 m de diámetro por 10 m de largo, con un peso de alrededor de 8 toneladas.

El concepto de la misión utiliza el remolque espacial multipropósito de la compañía con un motor VASIMR® de 200 kW con energía solar eléctrica, buscando reducir la altitud orbital de los cohetes Zenit y desorbitarlos controladamente por medios químicos sobre el océano Pacífico. Para tal propósito, el remolque reusable está equipado con un módulo de servicio especializado que consiste en un arreglo de cohetes de combustible sólido cargado con 20 unidades (19 más una de repuesto) y un “propulsor químico robótico” desmontable de corto alcance para operaciones de proximidad cerca del objetivo. Para cada uno de los 19 objetivos, el remolque primero ascendería a la órbita del cohete Zenit (~800 km) donde el “propulsor químico robótico” es liberado para capturar, estabilizar, y traer de vuelta el objetivo al acoplamiento del remolque. En la captura, el PQR también instala robóticamente un nuevo motor de combustible sólido en la tobera del cohete Zenit. Con el Zenit acoplado, el remolque desciende hasta aproximadamente 400km para liberarlo, en cuyo punto el cohete de combustible sólido se enciende guiando el Zenit en un reingreso controlado a la atmósfera. El remolque VASIMR® luego vuelve a subir, haciendo un cambio de plano, como es requerido, para capturar el siguiente objetivo y repetir el proceso.

Se realizó un estudio para demostrar las ventajas y desventajas en cuanto a rendimiento de la misión. Los resultados muestran un tiempo mínimo absoluto a un impulso específico de 4500-5000 segundos, muy adecuado para un sistema de propulsión VASIMR® operando con argón como propelante de bajo precio. Menores valores para el impulso específico resultan en un gran incremento en la masa inicial en la órbita baja terrestre, y consecuentemente un gran incremento en costo. El rendimiento medido del VASIMR® a alta potencia se ajusta de manera mejor a los requerimientos de la misión para esta aplicación que otras tecnologías de propulsión eléctrica. Un aumento en el impulso específico puede también ser atractivo ya que reduce la masa inicial en la órbita baja terrestre y por consiguiente el costo, a pesar de un incremento en el tiempo de la misión. Ad Astra explorará el potencial de motores VASIMR® operando con combustibles avanzados, como el hidrógeno y amoniaco, para expandir aún más los límites de los impulsos específicos elevados, de la misma manera que ha estado explorando el uso de criptón en el régimen de bajo impulso específico para otras aplicaciones. Ad Astra mantiene un prototipo del cohete VASIMR®, la versión VX-200, corriendo con combustible argón a 200kW con una eficiencia mayor al 70% en nuestra cámara de vacío en Houston. Los científicos de AARC han ejecutado más de 10,000 disparos confiables en este motor hasta la fecha. La operación inicial del prototipo VX-200 con combustible criptón también fue demostrada en el año 2012.