En el espacio existe un enemigo invisible capaz de inutilizar una antena o dejar fuera de servicio un satélite. Se conoce como efecto multipactor, una reacción en cadena de electrones que puede provocar daños catastróficos e irreparables en los componentes de radiofrecuencia y microondas que funcionan en el vacío.
Ahora, un equipo del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con la Nanostine y la Agencia Espacial Europea (ESA), ha desarrollado un nuevo recubrimiento nanoestructurado que no solo protege frente a este fenómeno, sino que mejora de forma significativa las soluciones utilizadas actualmente por la industria aeroespacial.
El avance, cuyos resultados se han publicado en Applied Surface Science, ya está protegido mediante patente y supone uno de los desarrollos más prometedores para aumentar la fiabilidad de los sistemas espaciales.
El fenómeno que lleva más de 40 años preocupando a la Agencia Espacial Europea
El efecto multipactor aparece cuando los electrones chocan repetidamente contra determinadas superficies metálicas en condiciones de vacío, como las que existen en el espacio. Cada impacto genera nuevos electrones y desencadena una reacción en cadena que puede acabar destruyendo componentes esenciales de comunicación, especialmente antenas y dispositivos de microondas.
La ESA lleva más de cuatro décadas buscando una solución eficaz para reducir este riesgo. Hasta ahora, gran parte de los componentes espaciales empleaban un tratamiento conocido como Alodine, pero presenta un importante inconveniente: resulta perjudicial para la salud y el medio ambiente, además de no ofrecer ya las prestaciones que demanda la nueva generación de satélites.
«La mayor parte de los recubrimientos protectores en estos componentes de satélites actuales están hechos con Alodine, pero es perjudicial para la salud y el medio ambiente, por lo que se quiere prohibir, pero necesitamos una alternativa y las que han surgido hasta ahora no ofrecen las prestaciones requeridas por el sector aeroespacial», explica Lidia Martínez, investigadora del Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) y autora del estudio.
La clave está en una superficie modificada a escala nanométrica
En lugar de actuar sobre estructuras microscópicas, los investigadores han diseñado una superficie cuya rugosidad se modifica a escala nanométrica, utilizando un recubrimiento formado por nanopartículas de oro y plata fabricadas mediante tecnologías de ultra alto vacío.
Este diseño cambia la forma en que los electrones interactúan con la superficie y consigue reducir el origen mismo del efecto multipactor.
Los ensayos muestran que el nuevo material reduce un 30 % la emisión de electrones secundarios respecto al Alodine. Estos electrones son precisamente los responsables de alimentar la reacción en cadena que puede acabar dañando los sistemas electrónicos de un satélite. Pero el avance va más allá.
Un rendimiento hasta un 300 % superior en uno de los parámetros críticos
Uno de los indicadores fundamentales para evaluar estos materiales es la denominada energía de corte, el umbral a partir del cual los impactos electrónicos empiezan a generar más electrones de los que llegan a la superficie.
En este parámetro, el nuevo recubrimiento desarrollado por el ICMM-CSIC alcanza un rendimiento un 300 % superior al de las soluciones actuales. «No solo suplimos el problema actual, sino que mejoramos lo que hay ahora», señala Lidia Martínez.
Diseñado para llegar a la industria espacial
Además de mejorar las prestaciones, el proceso de fabricación resulta compatible con la producción industrial, ya que utiliza tecnologías de ultra alto vacío ampliamente implantadas.
El desarrollo se ha realizado junto con Nanostine, gracias a un programa de Doctorado Industrial de la Comunidad de Madrid liderado por el investigador César Rodríguez-Castañeda.
La propia Agencia Espacial Europea ha participado en el proyecto a través del ESA Business Innovation Centre, coordinado en Madrid por la Fundación madri+d, lo que ha permitido validar los ensayos en laboratorios homologados por la agencia.
Del laboratorio al espacio
El CSIC y Nanostine ya han solicitado la patente del nuevo recubrimiento y han firmado un acuerdo de licencia para que la empresa impulse su comercialización, principalmente en el sector aeroespacial.
Aun así, el camino hasta el espacio requiere tiempo. El desarrollo y certificación de un nuevo material para satélites suele prolongarse alrededor de una década antes de incorporarse a misiones reales.
«Ahora mismo nuestros resultados son muy prometedores y desde la ESA nos han mostrado su satisfacción ante nuestra solución real, pero hay que seguir trabajando», concluye Lidia Martínez.
