Reabastecimiento de combustible de satélites

El reabastecimiento de combustible de satélites es la operación de reponer los propulsores y otros consumibles a bordo de los satélites en órbita, por ejemplo, en órbita geoestacionaria alrededor de la Tierra.

Esto podría aplicarse a los propelentes almacenables y, posteriormente, a los propelentes criogénicos .

El Vehículo de Extensión de Misión (MEV) de Northrop Grumman se utilizó anteriormente para dar servicio y prolongar la vida útil de un satélite en órbita. Además, el proyecto OSAM-1 de la NASA tenía como objetivo reabastecer de combustible a satélites mediante un brazo robótico, pero finalmente se canceló por motivos presupuestarios. Los diseños actuales buscan implementar robótica controlada remotamente para el mantenimiento y el reabastecimiento de combustible, como el RRM de la NASA. Las tareas incluyen cortar válvulas de combustible, quitar tapas y conectar mangueras especiales para la transferencia de fluidos.

La sincronización de movimientos entre satélites y naves espaciales contrapartes es crucial para prevenir colisiones. La tercera ley de Newton debe aplicarse en el espacio mediante contrapesos a través de la ventilación o el empuje, especialmente con combustible criogénico. Es necesario controlar la temperatura, ya que esta puede variar significativamente debido a la pérdida de calor en el espacio profundo y la absorción de calor solar. Existen más de 45 000 objetos artificiales rastreables orbitando la Tierra, lo que plantea un problema de sobrepoblación que se agravará en un futuro próximo. Entre los aspectos legales se incluyen cuestiones relativas a la responsabilidad de las misiones de mantenimiento. Los aspectos financieros abarcan la incertidumbre de la demanda y el alto coste de los desafíos técnicos.

A partir del 16 de abril de 2026, los trabajos futuros podrían incluir demostraciones de reabastecimiento de combustible para facilitar una mejor comprensión de las capacidades tecnológicas y la viabilidad/escalabilidad. Se podrían comparar opciones alternativas, como la desorbitación y el uso de vehículos aéreos no tripulados (VAN), con el reabastecimiento de combustible para determinar cuál es la mejor opción a largo plazo.

Los avances tecnológicos, como los brazos robóticos con forma de pulpo y los depósitos de reabastecimiento de combustible para satélites, pueden facilitar los procedimientos de reabastecimiento, aunque aún está por verse la adopción (y las pruebas) a gran escala de estas tecnologías.

El Vehículo de Extensión de Misión (MEV) se utilizó el 25 de febrero de 2020 para prolongar la vida útil de los satélites en órbita. ^{[ 1 ]} Esto se logró, no mediante el reabastecimiento de combustible del satélite con más combustible líquido, sino convirtiéndose en su motor. El MEV se acopla al satélite que lo necesita y actúa como su nuevo motor, tirando del satélite hacia donde debe ir. ^{[ 1 ]} El MEV-1 se desacopló de su primer satélite el 9 de abril de 2025 y ahora está listo para dar servicio a su próximo satélite. ^{[ 2 ]}

El OSAM-1 , anteriormente conocido como Restore-L, fue un proyecto de la NASA diseñado para reabastecer de combustible al satélite Landsat-7. ^{[ 1 ]} Esto se realizaría mediante un brazo robótico conocido como SPIDER, ^{[ 3 ]} lo que permitiría el mantenimiento de satélites que inicialmente no estaban destinados a recibir mantenimiento. ^{[ 1 ]} Sin embargo, a pesar de contar con más de 2 mil millones de dólares en financiación, la misión fue cancelada en 2024. ^{[ 3 ]}

La Misión de Reabastecimiento Robótico (RRM) de la NASA tiene como objetivo implementar tecnología robótica de control remoto para el reabastecimiento de combustible de satélites. ^{[ 4 ]} La Fase 1 de la RRM tuvo éxito en el reabastecimiento de combustible de la Estación Espacial Internacional (EEI) en 2013; transfirió etanol a la EEI utilizando una herramienta de corte de alambre para cortar las válvulas de combustible multicapa y quitar las tapas, que se usan frecuentemente en los satélites en órbita. Se utilizó etanol en lugar de combustible para satélites debido a sus propiedades peligrosas y corrosivas. ^{[ 1 ]}

RRM-2 se centra en el proceso previo al reemplazo del refrigerante en los satélites, incluyendo la extracción de tapas, válvulas y la implementación de la herramienta de inspección VIPIR, que captura datos a través de su cámara miniaturizada en el espacio. ^{[ 5 ]}

El RRM-3, lanzado en 2018, amplió las fases 1 y 2 al incorporar la capacidad de almacenamiento y transferencia prolongados de fluidos criogénicos, incluyendo hidrógeno líquido y metano líquido, para mantener la propulsión y refrigeración de los satélites. El RRM-3 está diseñado para utilizar un brazo robótico Dextre para preparar y trasladar los fluidos desde un tanque de origen a un tanque receptor. ^{[ 6 ]}

Un desafío importante en el reabastecimiento de combustible de satélites es la sincronización de los movimientos tanto del satélite como de su nave espacial contraparte. ^{[ 7 ]} Esto es necesario para evitar colisiones con la nave espacial. Otro desafío es cómo considerar la tercera ley de Newton en gravedad cero, ya que cualquier maniobra de mecanismos o fluidos también afectará a la nave espacial. ^{[ 7 ]} Esto es importante para el combustible criogénico, ya que la transferencia de fluidos genera una fuerza que debe contrarrestarse mediante la ventilación o el empuje. ^{[ 8 ]}

Otro desafío es la temperatura. Los satélites pierden calor hacia el espacio profundo y absorben calor del sol debido a la segunda ley de la termodinámica . La variación de temperatura solía abordarse mediante el "modo asistida", en el que los satélites giraban y equilibraban su temperatura; sin embargo, los satélites modernos a menudo carecen de esta capacidad debido a las limitaciones de costos. ^{[ 9 ]} Como resultado, el combustible puede congelarse o sobrecalentarse, lo que pondría en riesgo una misión de reabastecimiento.

La sobrepoblación espacial es un problema adicional, ya que cada satélite necesita espacio para orbitar y maniobrar. Dado que hay más de 45 000 objetos artificiales rastreables orbitando la Tierra, los satélites y las posibles naves de reabastecimiento de combustible corren el riesgo de sufrir colisiones. ^{[ 10 ]} Este riesgo podría aumentar con el lanzamiento de más satélites. SpaceX, por ejemplo, está solicitando permiso a la FCC para lanzar un millón de satélites con el fin de establecer centros de datos orbitales a partir del 31 de enero de 2026. ^{[ 11 ]}

Entre las cuestiones jurídicas se incluyen las disposiciones del artículo 7 del Tratado del Espacio Ultraterrestre de 1972 , que establece que el Estado de lanzamiento es responsable de los daños causados ​​por la nave espacial, incluso si esta se vende a otro Estado. ^{[ 12 ]} Por lo tanto, esto plantea importantes interrogantes para las misiones de mantenimiento, ya que pueden generar una responsabilidad considerable para las partes involucradas si no tienen éxito.

Los obstáculos financieros se relacionan con la incertidumbre de la demanda y los altos costos necesarios para abordar los desafíos técnicos. ^{[ 13 ] [ 14 ]} Por ejemplo, la NASA cerró su programa de reabastecimiento de combustible de satélites de 2 mil millones de dólares en 2024 debido a los continuos desafíos técnicos y de programación, junto con la incapacidad de encontrar un socio industrial. ^{[ 14 ]} Además, los altos costos del mantenimiento de satélites han creado la demanda de proveedores. Estas son empresas que prestan servicios a satélites de otras compañías y pueden recibir un pago a través de un pequeño porcentaje del valor total de la misión. ^{[ 12 ]}

En lugar de repostar, otra nave podría acoplarse al satélite del cliente y proporcionar la propulsión necesaria; esta tarea puede facilitarse mediante el Vehículo de Extensión de Misión de Northrop Grumman , que debutó en 2021.

Otra vía alternativa sería la desorbitación (retirar el satélite de la órbita), que puede ser más rentable que el reabastecimiento de combustible. ^{[ 15 ]}

La Fuerza Espacial de EE. UU. no tiene una postura oficial sobre la viabilidad de la tecnología; sin embargo, próximamente habrá demostraciones de reabastecimiento de combustible que podrían ilustrar los requisitos tecnológicos y la viabilidad financiera del reabastecimiento. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Las mejoras en los RRM de la NASA ^{[ 18 ]} , como los brazos robóticos tipo pulpo ^{[ 19 ],} están diseñadas para facilitar los procedimientos de reabastecimiento de combustible, pero las pruebas se encuentran en sus etapas iniciales. También existen planes iniciales para depósitos de propulsor: centros estacionarios que pueden funcionar como estaciones de servicio para satélites en órbita. ^{[ 13 ]}   

• Servicios de infraestructura espacial prestados por la MDA canadiense
• Orbital Express : una misión patrocinada por el gobierno estadounidense en 2007 para probar el mantenimiento de satélites en el espacio con dos vehículos diseñados desde el principio para el reabastecimiento de combustible y la sustitución de subsistemas en órbita.
• La Misión Robótica de Reabastecimiento de Combustible , una serie de proyectos de la NASA, incluye pruebas de transferencia criogénica en la ISS.

• Grupo de Trabajo sobre Reabastecimiento de Combustible en Órbita ( IOR-WG )
• Consorcio para la Ejecución de Operaciones de Encuentro y Servicio ( CONFERS )
• Interfaz de transferencia de fluidos de acoplamiento rápido , para fluidos y gases no criogénicos.
• ASSIST, para acoplamiento, probado en tierra por un consorcio de empresas europeas. ^{[ 20 ]}