Un equipo de investigadores del Departamento de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign ha desarrollado una metodología innovadora que optimiza las trayectorias de múltiples CubeSats, pequeñas naves espaciales, para realizar misiones de servicio y reparación en el espacio. Este avance, publicado en The Journal of the Astronautical Sciences, busca garantizar que estas naves puedan operar de manera eficiente y segura, minimizando el consumo de combustible y evitando colisiones entre ellas.
Trayectorias Óptimas y Seguridad
El proyecto tiene como objetivo facilitar el mantenimiento y la reparación de satélites y telescopios en órbita, un aspecto cada vez más importante a medida que se construyen más dispositivos espaciales diseñados para ser reparables. Ruthvik Bommena, estudiante de doctorado en ingeniería aeroespacial, afirma que su metodología permite que los CubeSats operen de manera eficiente sin riesgo de colisiones, utilizando trayectorias previamente calculadas por ingenieros de diseño de misiones.
Durante las simulaciones, el equipo demostró la eficacia del algoritmo al coordinar dos, tres o incluso cuatro naves que transportan componentes modulares entre un vehículo de servicio y un telescopio en reparación. Bommena destaca que, para satisfacer las exigencias de optimización del combustible y las restricciones de seguridad, se utilizó un enfoque de optimización indirecta que asegura la viabilidad de las trayectorias en todo momento.
El desafío principal radica en las vastas distancias involucradas. Por ejemplo, el Telescopio Espacial James Webb se encuentra a aproximadamente 1,5 millones de kilómetros de la Tierra, en el punto de Lagrange 2, donde las fuerzas gravitacionales del Sol y la Tierra se equilibran, lo que permite a los satélites mantener su órbita mientras observan el espacio profundo.
Bommena explica que, a diferencia de los métodos tradicionales que dividen la trayectoria en múltiples arcos, lo que aumenta exponencialmente la complejidad, su metodología permite resolver las trayectorias como arcos únicos, lo que resulta en una mayor eficiencia tanto en el uso del combustible como en el procesamiento computacional.
Entre los logros más significativos de esta investigación se encuentra el desarrollo de un nuevo modelo dinámico para el problema restringido del tres cuerpos, que aborda los desafíos numéricos inherentes a las grandes distancias en el espacio. Bommena menciona que la solución a estos complejos cálculos se produjo durante un vuelo largo, un momento que describe como emocionante y transformador para el avance del proyecto.
Aunque la aplicación principal de esta metodología es mejorar la seguridad y eficacia de las operaciones de servicio y ensamblaje en el espacio, su versatilidad permite que sea utilizada en otros escenarios de optimización de trayectorias que presenten diferentes restricciones. Este enfoque no solo representa un avance en la ingeniería aeroespacial, sino que también refleja un compromiso con la sostenibilidad y la cooperación internacional en la exploración espacial.
