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Materiales de recubrimiento de nueva generación para vehículos espaciales

De no ser por el reflector solar óptico (OSR, por sus siglas en inglés), los componentes de los vehículos espaciales tendrían muchos problemas para resistir el calor de la radiación solar. Sin embargo, las tecnologías OSR actuales no están exentas de defectos: o resultan pesadas, frágiles y excesivamente rígidas, o tienden a envejecer rápidamente. Los meta-OSR de nueva generación prometen resolver estos problemas y, al mismo tiempo, reducir el peso total de los vehículos espaciales o satélites.

© 3Dsculptor, Shutterstock

En la actualidad, el mercado OSR está dominado por los OSR de cuarzo y, en mucha menor medida, por las láminas de plata o teflón. Con sus OSR de metamateriales (meta-OSR), el consorcio META-REFLECTOR ofrece lo mejor de los dos mundos: la durabilidad espacial de los OSR de cuarzo y la flexibilidad y la facilidad de uso de las láminas de plata o etileno propileno fluorado (FEP, por sus siglas en inglés).

«Los OSR de cuarzo tienden a romperse durante su aplicación. No son compatibles con los paneles de radiadores curvos o flexibles, y la única alternativa comercial (las láminas de plata o FEP), aunque resulta más fácil de manipular y aplicar, no envejece bien en un entorno espacial. Además, ambas tecnologías mantienen una alta emisividad incluso a bajas temperaturas, lo que provoca pérdidas de calor durante los eclipses», afirma Lucia Amorosi, coordinadora del proyecto en Thales Alenia Space y coordinadora de META-REFLECTOR.

Por otro lado, los materiales de recubrimiento de meta-OSR podrían eliminar esos problemas. Gracias al uso de óxido metálico termocromático, presentan incluso una emisividad variable con la temperatura, lo que a su vez permite un gran ahorro de energía. Esta tecnología también se basa por completo en materiales de recubrimiento inorgánicos, duraderos y autorizados para su uso en el espacio, y se puede aplicar a sustancias de películas finas flexibles.

A diferencia de los OSR de cuarzo, que se producen mediante el depósito de una capa metálica continua sobre la segunda superficie (orientada hacia el radiador) de losas de cuarzo, los meta-OSR se producen mediante el depósito de un recubrimiento de metamateriales metálicos o dieléctricos sobre la superficie externa (orientada hacia el espacio) de láminas de polímeros. «Utilizamos el término “metamaterial” para dar a entender que una de las capas del material de recubrimiento adopta la forma de un conjunto de nanoantenas en 2D. Esos patrones se consiguen mediante la litografía por nanoimpresión, una técnica que se puede modular fácilmente en áreas grandes a un coste razonable», explica Amorosi.

Junto con este material de recubrimiento, el equipo también pudo hacer una demostración con un radiador inteligente basado en un diseño de metamateriales similar y que permite ajustar el enfriamiento radiativo del vehículo espacial mediante otro tipo de óxido metálico.

El camino hacia la comercialización

Aunque esta tecnología cumple plenamente las expectativas iniciales del consorcio, Amorosi admite que queda trabajo por hacer antes de que se pueda comercializar. «Hay que trabajar más en investigación y desarrollo para producir modelos experimentales que reúnan todos los requisitos termoópticos de la aplicación», señala.

Una vez finalizado este proceso, por fin habrá OSR flexibles y duraderos en el espacio, con emisividad variable según la temperatura, a disposición de los fabricantes de satélites y vehículos espaciales. Como los meta-OSR se pueden producir en láminas muy finas, el equipo prevé una gran variedad de aplicaciones espaciales, desde interfaces de enlace múltiple para especialidades hasta veleros solares, cubiertas térmicas para antenas y estructuras inflables de distintos tipos y con diversos fines. «En principio, los meta-OSR se podrían usar también en aplicaciones terrestres como, por ejemplo, tejados muy fríos para edificios energéticamente eficientes. Sin embargo, la principal dificultad estriba en el coste relativamente alto de esta tecnología», declara Amorosi.

Ahora que META-REFLECTOR ha finalizado, el consorcio busca activamente nuevas posibilidades de financiación para completar el desarrollo de su tecnología y para fabricar demostradores que reúnan todos los requisitos de aplicación. Amorosi espera que la tecnología empiece a integrarse en los vehículos espaciales en los próximos cinco años. DE EN FR IT PL Palabras clave META-REFLECTOR, metamateriales, OSR, reflector solar óptico, radiador inteligente, cuarzo, óxido metálico termocromático, vehículo espacial, satélite, peso

» Reference: Project ID: 687303 Financiado con arreglo a: H2020-EU.2.1.6. País: Italia

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