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. INTRODUCCIÓN A LA PROPULSIÓN ESPACIAL Parámetros de mérito en propulsión espacial: empuje, impulso específico, eficiencias. Requisitos propulsivos en misiones espaciales. Ecuación del cohete. Propulsión química versus eléctrica 2. PROPULSIÓN QUÍMICA ESPACIAL Parámetros de mérito de un motor químico (tobera): coeficiente de empuje, velocidad característica, etc. Motores monopropelentes: Motores de gas frío y de descomposición de hidracina. Motores bipropelentes: análisis de combustibles y oxidantes. Revisión de termoquímica. 3. FÍSICA DE LA PROPULSIÓN POR PLASMA Principios de funcionamiento de motores iónicos y de efecto Hall. Ecuaciones de Maxwell y de fluidos. Procesos colisionales. Cuasineutralidad, vainas de Debye e interacción plasma superficie. Dinámica de poblaciones magnetizadas. 4. PROPULSORES IONICOS DE REJILLA Elementos del motor y configuración eléctrica. Modelo global de la cámara de descarga: balances de corriente y potencia. Física inter-rejillas: ley de Child y perveancia óptima. Modelo de expansión del chorro de plasma. Leyes de actuaciones y eficiencias. Física del cátodo hueco: emisión termoiónica. Vida útil del motor. 5. PROPULSORES DE EFECTO HALL Estructura de la descarga de plasma y parámetros de operación Modelo global: balances de corriente y energía, eficiencias. Formulación fluida axial y radial: transporte electrónico, interacción con paredes. Aspectos tecnológicos: erosión de la cámara, cargas térmicas, oscilaciones, circuito y topología magnéticos. Configuraciones alternativas. 6. DIAGNOSIS DE PLASMA Y ENSAYOS Cámaras de vacío y plataforma de ensayos. Física de diagnósticos electrostáticos: sonda de Faraday y estimación de actuaciones Plan de ensayos e informe de resultados.

ACTIVIDADES FORMATIVAS Clases teóricas Clases prácticas Sesión de laboratorio 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