Carga de la nave espacial

La carga de las naves espaciales es un fenómeno físico en el que estas acumulan carga eléctrica mientras operan en el espacio. Este efecto se produce debido a las interacciones entre la nave y el plasma circundante , la radiación solar y los rayos cósmicos .

La carga de las naves espaciales se desarrolla a través de varios mecanismos:

• Emisión fotoeléctrica. Cuando la luz solar incide sobre las superficies de las naves espaciales, se expulsan electrones, creando una carga positiva.
• Interacciones del plasma. Las partículas del plasma espacial ambiental (electrones e iones) impactan y se acumulan en las superficies de las naves espaciales.
• Emisión de electrones secundarios. Cuando partículas de alta energía impactan contra las superficies de las naves espaciales, pueden liberar electrones adicionales.
• Carga dieléctrica profunda. Las partículas de alta energía penetran y quedan atrapadas en los materiales de la nave espacial.

El proceso de carga varía significativamente según la órbita. Las órbitas geoestacionarias experimentan una carga severa durante las tormentas geomagnéticas , mientras que las órbitas terrestres bajas se enfrentan a la carga en las regiones polares y durante los pasos nocturnos. ^{[ 1 ]}

La carga de las naves espaciales plantea varias amenazas operacionales: ^{[ 2 ]}

• Descargas electrostáticas (ESD). Descargas de arco que pueden dañar componentes electrónicos, sensores y recubrimientos de control térmico. ^{[ 3 ]}
• Órdenes erróneas. Señales electromagnéticas inducidas por descargas que pueden desencadenar operaciones no deseadas del sistema.
• Degradación del material. Los daños en la superficie afectan a las propiedades térmicas y a la eficiencia del panel solar.
• Interferencia científica. Las superficies cargadas pueden distorsionar las mediciones de los instrumentos de plasma.

Entre los incidentes causados ​​por la carga de naves espaciales se incluyen el fallo del satélite de comunicaciones Galaxy 15 en 2010 , que quedó a la deriva sin control durante ocho meses después de que un evento de carga interrumpiera sus sistemas de mando, y la pérdida total del satélite ADEOS II en 2003. ^{[ 2 ]}

Se lanzaron varias naves espaciales para comprender las causas y los efectos de la carga. SCATHA (Spacecraft Charging AT High Altitudes) fue lanzada por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en 1979 y "resultó ser una gran ventaja para las comunidades de ciencia espacial e ingeniería de satélites". La nave espacial experimentó arcos y midió "tanto el entorno espacial como la carga de todo el satélite y varias de sus superficies en respuesta a él". El Laboratorio Nacional de Los Alamos desarrolló varios satélites ; otros incluyen los Satélites Ambientales Operacionales Geoestacionarios (GOES). ^{[ 4 ]}

Se desarrollaron varios enfoques para minimizar los riesgos de cobro:

• El uso de recubrimientos conductores permite distribuir la carga de manera uniforme por las superficies de las naves espaciales.
• Los sistemas de conexión a tierra proporcionan vías de descarga para evitar la carga diferencial.
• El control activo de carga emite partículas cargadas para neutralizar el potencial de la nave espacial.

El diseño de las naves espaciales modernas depende cada vez más de modelos exhaustivos para prevenir anomalías de carga durante las operaciones de la misión.

• Lai, Shu T. (2012). Fundamentos de la carga de naves espaciales: Interacciones de naves espaciales con plasmas espaciales . Princeton University Press. ISBN 978-0-691-12947-1.
• Introducción a la física de la carga y descarga - DESCANSO (PDF) .
• McPherson, D.; Cauffman, D.; Schober, W. (1975). "Carga de naves espaciales a gran altitud: el programa de satélites SCATHA". 13.ª Reunión de Ciencias Aeroespaciales . doi : 10.2514/6.1975-92 .
• MITIGACIÓN DE LOS EFECTOS DE CARGA EN EL ESPACIO: UNA GUÍA (PDF) . NASA. 2022.
• Garrett, Henry B.; Whittlesey, Albert C. (2012). Guía para mitigar los efectos de la carga de las naves espaciales . doi : 10.1002/9781118241400 . ISBN 978-1-118-18645-9.