Diseño de sistemas espaciales

El curso se centra en la propulsión espacial eléctrica (o por plasma), la nueva tecnología líder para la propulsión en el espacio, tanto en aplicaciones del entorno Tierra como del sistema solar interior. Los objetivos del curso son que los estudiantes adquieran una sólida comprensión de - las ventajas y limitaciones de la propulsión eléctrica frente a la propulsión química clásica, para diferentes misiones, y desde microsatélites hasta grandes plataformas. - los diferentes tipos de propulsores de plasma y sus principales principios de funcionamiento - los principales conceptos de física de plasma inherentes a estos propulsores - la derivación de modelos de rendimiento para respaldar el diseño, los ensayos y la optimización de estas tecnologías - las principales limitaciones tecnológicas encontradas en la práctica

1. FUNDAMENTOS DE PROPULSIÓN ELÉCTRICA Parámetros de mérito en propulsión. Empuje específico versus impulso específico. Propulsión química frente a eléctrica (PE). Impulso específico óptimo. Misiones para PE: principales tipos, hitos históricos. Mecanismos de generación y aceleración del plasma. La familia de propulsores EP. 2. FÍSICA DE PLASMAS APLICADA A PROPULSIÓN Ecuaciones de Maxwell. Unidades típicas en plasmas. Cuasineutralidad. Capas de Debye e interacción plasma-superficie. La función de distribución de velocidades y la ecuación de Boltzmann. Formulaciones multifluidas. Principales procesos de colisión (elásticos, ionizantes, Coulomb, CEX). Dinámica de partículas magnetizadas. Dinámica de fluidos magnetizados: leyes Ohm y Fourier generalizadas. 3. PROPULSORES IONICOS DE REJILLA Principios de funcionamiento: cámara de descarga, rejillas, cátodo hueco. El circuito eléctrico. Modelo global de la cámara de descarga: producción de plasma, balances de corriente y potencia, confinamiento magnético. Física inter-rejillas; la ley de Child. Expansión del chorro de plasma. Leyes de actuaciones. Emisión termoiónica. Física del cátodo hueco. Vida útil del motor. 4. PROPULSORES DE EFECTO HALL Principios de operación. Caracterización experimental. Formulación multifluida 2D. Difusión anómala. Capa de ánodo. Emisión secundaria electrónica en paredes cerámicas. Modelo 1D simplificado: formulación y solución. Análisis de actuaciones y mecanismos de empuje. Erosión de la cámara. Cargas térmicas. Oscilaciones de plasma y de circuito. Chorro de plasma. Influencia de la topología del campo magnético. Configuraciones alternativas (TAL, cilíndrico, de dos etapas, HEMP) 5. PROPULSORES AVANZADOS Propulsor magnetoplasmadinámico (de campo propio y de campo aplicado). El propulsor de plasma de helicon: producción por RF y aceleración por tobera magnética. Micropropulsión.

ACTIVIDADES FORMATIVAS Clases teóricas Clases prácticas Trabajo individual del estudiante METODOLOGÍAS DOCENTES Exposiciones en clase del profesor con soporte de medios informáticos y audiovisuales, en las que se desarrollan los conceptos principales de la materia y se proporciona la bibliografía para complementar el aprendizaje de los alumnos. Lectura crítica de textos recomendados por el profesor de la asignatura: Artículos de prensa, informes, manuales y/o artículos académicos, bien para su posterior discusión en clase, bien para ampliar y consolidar los conocimientos de la asignatura. Resolución de casos prácticos, problemas, etc. planteados por el profesor de manera individual o en grupo Elaboración de trabajos e informes de manera individual o en grupo