Un proyecto español probará el primer satélite de órbita baja con «respiración» atmosférica

Durante décadas, la ingeniería espacial nos ha habituado a concebir los satélites como vehículos herméticos e independientes que deben transportar hasta el último gramo de combustible que consumirán. Sin embargo, una audaz innovación con sello español promete transformar este paradigma astronáutico: motores eléctricos capaces de «respirar» el tenue aire de las capas superiores de la atmósfera para sostener su vuelo indefinidamente.

La empresa española Kreios Space ha anunciado un hito clave en la industria aeroespacial europea: la preparación de la primera misión en la historia que probará en órbita un sistema de propulsión eléctrica de respiración atmosférica (Air-Breathing Electric Propulsion o ABEP). Para llevar a cabo este ensayo tecnológico, la compañía ha seleccionado la plataforma de microsatélite MP42 de la firma lituana Kongsberg NanoAvionics, un autobús espacial de unos 200 kilogramos que albergará al prototipo.

El reto de volar en la franja VLEO

Para comprender el alcance de este avance, es necesario situarnos en la geografía del espacio cercano. La mayoría de los satélites comerciales de observación y telecomunicaciones —como la constelación Starlink— operan en la órbita terrestre baja (LEO, por sus siglas en inglés), entre los 400 y los 1200 kilómetros de altitud. A esa altura, el vacío es tan elevado que las naves apenas sufren rozamiento y solo requieren pequeñas correcciones puntuales para mantenerse en trayectoria.

Por debajo de ese límite, entre los 100 y 300 kilómetros de altura, se extiende la órbita terrestre muy baja (VLEO, Very Low Earth Orbit). Operar en VLEO representa el «santo grial» para muchas aplicaciones espaciales:

• Mayor resolución: Al estar más cerca de la superficie, las cámaras ópticas y radares pueden capturar imágenes con detalle submétrico utilizando lentes más pequeñas y económicas.
• Telecomunicaciones más rápidas: Se reduce de forma drástica la latencia en la transmisión de datos.
• Órbitas sostenibles y limpias: A diferencia del hacinamiento y la peligrosa basura espacial que acumula la LEO, en VLEO no se generan residuos permanentes; cualquier objeto inactivo reentra y se desintegra en poco tiempo.

Sin embargo, la VLEO presenta un obstáculo letal: la presencia de densidad atmosférica residual. La fuerza de arrastre (drag) frena continuamente a los satélites, provocando que se precipiten hacia la Tierra en cuestión de semanas si no aplican un empuje constante. Con la tecnología de propulsión convencional, el combustible acumulado a bordo se agotaría casi de inmediato.

Física y química del propulsor ABEP

Aquí es donde la tecnología ABEP trasciende las reglas de la física espacial clásica. En lugar de cargar tanques de propelente pesado y finito (como xenón o propulsantes químicos), el motor de Kreios Space utiliza la propia atmósfera como fuente inagotable de masa de reacción.

El funcionamiento del sistema se articula en tres etapas fundamentales:

1. Captura: Una toma de aire especialmente diseñada recoge los gases enrarecidos de la termosfera (principalmente oxígeno atómico y nitrógeno).
2. Ionización: Mediante energía eléctrica generada por paneles solares, los gases capturados se calientan y se ionizan en un propulsor de plasma inducido, transformando el aire en plasma.
3. Aceleración: El plasma se acelera a velocidades hiperveloces a través de una tobera electromagnética y se expulsa hacia el exterior, generando un empuje continuo que neutraliza exactamente la resistencia atmosférica.

Sí, existen amplios antecedentes teóricos, misiones precursoras e importantes ensayos de laboratorio que han servido como base para que empresas como Kreios Space den este paso.

Antecedentes teóricos y conceptuales

La idea de usar la propia atmósfera alta como fuente de propelente no es nueva. Los primeros planteamientos teóricos datan de finales de la década de 1950 con el concepto de los Propulsive Fluid Accumulators (acumuladores de fluido propulsivo). En los años 60 y 70, ingenieros soviéticos y estadounidenses calcularon las bases de la fluidodinámica de gases enrarecidos en órbitas bajas. Sin embargo, en aquella época la tecnología de propulsión eléctrica y la eficiencia de los paneles solares aún eran demasiado rudimentarias para hacer viable el concepto.

Antes de «respirar» el aire de la atmósfera, las agencias espaciales tuvieron que demostrar que un satélite podía volar en VLEO compensando activamente la resistencia atmosférica:

• GOCE (Agencia Espacial Europea, ESA – 2009): Voló a tan solo 250 km de altitud para cartografiar el campo gravitatorio terrestre. Estaba equipado con un motor iónico ultrapreciso que compensaba el rozamiento en tiempo real. Sin embargo, dependía de 40 kg de gas xenón a bordo; cuando el combustible se agotó en 2013, el satélite reentró en la atmósfera.
• SLATS / Tsubame (Agencia Espacial Japonesa, JAXA – 2017): Demostró que un satélite podía descender hasta cotas tan bajas como 167 km utilizando propulsión eléctrica. Al igual que GOCE, confirmó la viabilidad de la órbita VLEO, pero su vida útil estuvo igualmente limitada por los tanques de xenón.

El paso definitivo para probar que un motor iónico podía funcionar con los gases del aire (principalmente oxígeno atómico y nitrógeno) en lugar de gases nobles como el xenón se logró en laboratorio. La Agencia Espacial Europea y la empresa italiana SITAEL lograron en 2018 el primer encendido exitoso en tierra de un motor ABEP. Utilizaron una cámara de vacío equipada con un simulador que lanzaba partículas de aire a velocidad orbital (unos 7,8 km/s) hacia una toma de aire aerodinámica, logrando ionizarlas y generar empuje.

La aportación del proyecto actual

El gran valor de la misión que plantea Kreios Space radica en pasar del laboratorio al espacio real. A pesar de los avances teóricos y las simulaciones en tierra, jamás se ha probado un sistema ABEP completo operando en condiciones orbitales reales. Si su prueba en el satélite de Kongsberg NanoAvionics funciona, se convertirá en la primera demostración en órbita de la historia de un motor que «respira» para sostener su propia trayectoria sin gastar un solo gramo de propelente de reserva.

Fuentes: Kreios Space, Space.com.