vuelo en formación electromagnética

El vuelo en formación electromagnética ( EMFF ) investiga el concepto de utilizar electroimanes acoplados a ruedas de reacción en lugar de los sistemas de propulsión tradicionales para controlar la posición y la orientación de varias naves espaciales cercanas. A diferencia de los sistemas de propulsión tradicionales, que utilizan propelentes agotables que a menudo limitan su vida útil, el sistema EMFF utiliza energía solar para generar un campo magnético. El Laboratorio de Sistemas Espaciales del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) está explorando este concepto mediante el desarrollo de modelos dinámicos y de control, así como un banco de pruebas experimental para su validación.

Los campos magnéticos para EMFF se generan al hacer circular corriente a través de bobinas de alambre. La interacción entre los dipolos magnéticos creados se comprende fácilmente mediante una aproximación de campo lejano, donde la distancia de separación entre dos vehículos es grande en comparación con el tamaño físico del dipolo. Al controlar los dipolos en los distintos vehículos, se pueden generar fuerzas de atracción, repulsión y cizallamiento. En combinación con ruedas de reacción, se puede realizar cualquier maniobra deseada siempre que no se requiera modificar el centro de masa de la formación.

El sistema EMFF es más aplicable en casos donde múltiples naves espaciales vuelan libremente unas con respecto a otras y no es necesario controlar el centro de masa del sistema. La misión Terrestrial Planet Finder (TPF) de la NASA y el ensamblaje del telescopio espacial son solo dos ejemplos de este tipo de misiones. EMFF ofrece la principal ventaja de una menor dependencia de consumibles. ^{[ 1 ] [ 2 ]} Además, elimina las columnas de humo de los propulsores y mejora la capacidad de reemplazar un elemento averiado de forma más económica.

El MIT-SSL construyó dos vehículos de prueba EMFF para demostrar el control de formaciones bidimensionales en una gran superficie plana. Los vehículos están suspendidos en un sistema de transporte neumático sin fricción y son completamente autónomos, utilizando comunicaciones por radiofrecuencia, microprocesadores y un sistema de metrología. El nitrógeno líquido mantiene temperaturas criogénicas y las baterías alimentan las bobinas superconductoras de alta temperatura (HTS). El banco de pruebas ha demostrado el control de los grados de libertad relativos en lazo abierto y lazo cerrado mediante controladores linealizados y un controlador de modo deslizante no lineal.

El Dr. Raymond Sedwick, exdirector asociado del Laboratorio de Sistemas Espaciales (actualmente en la Universidad de Maryland, College Park ), ha sido galardonado con el primer Premio Bepi Colombo por un artículo sobre vuelo en formación electromagnética. Según el profesor de Aeronáutica y Astronáutica Manuel Martínez-Sánchez, quien trabajó con Colombo y fue miembro del jurado del concurso, "El jurado coincidió unánimemente en que el artículo de Ray representaba mejor el espíritu de innovación y originalidad de 'Bepi' Colombo, combinado con rigor".

También se están llevando a cabo investigaciones sobre vuelos en formación electromagnética o proyectos similares en:

• Instituto de Ciencias Espaciales y Astronáuticas / JAXA
• Centro de Investigación Espacial, Academia Polaca de Ciencias
• La Universidad Tecnológica de Michigan en la nave espacial de la Fuerza Aérea Colomb

• Elias, Laila M., Kwon, Daniel W., Sedwick, Raymond J., y Miller, David W., "Dinámica de vuelo en formación electromagnética que incluye efectos de rigidez giroscópica de la rueda de reacción " Journal of Guidance, Control, and Dynamics , vol. 30, n.º 2, marzo-abril de 2007, págs.  499-511.

• Página web EMFF de SSL
• Otras investigaciones en el Laboratorio de Sistemas Espaciales del MIT (MSE)
• ESFERAS