Tecnologías para gestión térmica - Instituto Nacional de Técnica

Tecnologías para gestión térmica en el espacio
Se acaba de publicar un informe de Vigilancia Tecnológica denominado
“Gestión térmica de sistemas espaciales” realizado en el INTA por el
CIMTAN (Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología Aeroespacial y
Nanotecnología)
El Círculo de Innovación en Materiales, Tecnología Aeroespacial y
Nanotecnología (CIMTAN) ha hecho público un informe de Vigilancia Tecnológica
realizado en el Instituto Nacional del Técnica Aeroespacial titulado “Gestión térmica
de sistemas espaciales”. El objetivo de dicho informe es mostrar el estado actual de
las tecnologías aplicables a los Sistemas de Control Térmico (TCS – Thermal Control
System) y Sistemas de Protección Térmica (TPS – Thermal Protection System),
además de detectar cuáles son las principales empresas y centros de investigación
de todo el mundo involucrados en su investigación y desarrollo.
Las estructuras y componentes que forman parte de los sistemas espaciales
están diseñados para operar y ser almacenados a ciertas temperaturas que pueden
oscilar entre un máximo y un mínimo determinados. Pero, ¿cómo garantizar a lo
largo de toda la misión que van a mantenerse dentro del rango térmico que les
corresponde? Durante el despegue, la permanencia en el vacío del espacio y la
entrada en la atmósfera de un planeta (en caso de que esto ocurra) el sistema
espacial se enfrentará a un entorno térmico muy hostil. Por un lado, en los
desplazamientos a través de una atmósfera se producirán enormes cantidades de
calor debido al rozamiento aerodinámico. Otras situaciones, como la proximidad al
Sol o la exposición a los gases de los sistemas de propulsión, también tenderán a
elevar enormemente la temperatura del sistema. Por otro lado, cuando el sistema
esté situado en el vacío espacial recibirá calor por radiación del Sol y de los
planetas, a la vez que cederá calor al entorno, también por radiación, dada la
bajísima temperatura de la radiación de fondo cósmica. Además, internamente los
equipos en funcionamiento generarán calor y éste deberá ser adecuadamente
gestionado de forma que se evacúe de las zonas excedentarias y se reconduzca
hacia las deficitarias o hacia el exterior para ser eliminado.
El Sistema de Control Térmico (TCS – Thermal Control System) y el Sistema de
Protección Térmica (TPS – Thermal Protection System) son los encargados de
mantener a todos los equipos y estructuras de un sistema espacial dentro de los
rangos de temperatura en los que pueden operar y/o ser almacenados. El primero
gestiona las transferencias de calor internas y los intercambios con el exterior
cuando el sistema está en el vacío espacial. El segundo, que estrictamente
hablando sería una parte del primero, se ocupa de proteger al sistema en los
momentos en los que se recibe una enorme cantidad de calor del exterior como
ocurre, por ejemplo, en una entrada atmosférica.
Los diseños del TCS y del TPS dependen estrictamente de las características del
sistema espacial, así como de la misión que éste va a desarrollar. Sin embargo, los
elementos de gestión térmica que se utilizan son similares en todos los casos,
variando sus características y su ubicación. Así, los caloductos, los radiadores, los
refrigeradores, los calentadores, los sistemas bombeados o los conductores son
elementos propios de un TCS, mientras que en un TPS normalmente se utilizan
escudos fabricados con materiales reutilizables o con materiales ablativos, a los que
se puede añadir algún elemento activo como sistemas bombeados.
Muchos son los agentes involucrados a nivel mundial en la investigación y
desarrollo de nuevas tecnologías para los sistemas de control y protección térmica.
EE.UU. con su agencia espacial NASA ocupa un lugar privilegiado en cuanto a
número de referencias científicas publicadas, proyectos en curso y patentes
solicitadas. Pero tampoco son nada despreciables las aportaciones de otras
agencias como la japonesa JAXA o la europea ESA, ambas con papeles relevantes
en materia de publicaciones científicas, y en solicitud de patentes la primera. Es
también interesante la contribución de Rusia que, si bien no publica trabajos
científicos, patenta numerosas soluciones para ciertos métodos de TCS. En España
también hay importantes empresas e instituciones que realizan actividades sobre
este tema, pudiendo citarse a IBERESPACIO, EADS-CASA ESPACIO, GTD, NTE,
RYMSA, TECNALIA y la Universidad de Alicante.
El informe ha sido elaborado en el INTA (Instituto Nacional de Técnica
Aeroespacial), institución a la que pertenecen los miembros del CIMTAN
especializados en tecnología aeroespacial y nanotecnología. El CIMTAN es una
iniciativa de la Comunidad de Madrid en la que colaboran dos instituciones: el INTA
y la Universidad Carlos III de Madrid. Su objetivo es favorecer el flujo de
conocimiento entre los organismos de investigación y las empresas en las áreas de
materiales, tecnología aeroespacial y nanotecnología, ayudando así a los primeros a
trasladar sus investigaciones a la industria y, por tanto, a la sociedad, y a las
segundas a incorporar el conocimiento científico en sus procesos y tecnologías.
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