La era de los picosatélites

Por Rafael Torres M. M.Sc. UCLA Analista Biblioteca del Congreso Nacional, Chile.

La era de los picosatélites

Que el tamaño importa, bien lo sabe la NASA. Hasta hace muy poco, el tamaño de los satélites y sondas enviados al espacio tenía una cierta proporcionalidad con la complejidad de los problemas planteados que pretendían resolver. Ahora en cambio, la proporcionalidad ha cambiado, en lugar de un gran satélite cargado con todos los dispositivos de exploración, recolección de datos y comunicaciones, en una configuración rígida, se comienzan a utilizar satélites pequeños, en grupos de configuración variable, con un grado de autonomía que aumenta en cada generación y con sistemas operativos Android -el mismo que utiliza un teléfono inteligente- u OpenSource. En suma, ha llegado la era de los picosatélites (CubeSat o NanoSat).

¿Qué es un picosat?

Aunque aún no hay un claro acuerdo, la terminología que parece imponerse en la literatura de divulgación es la de CubeSat, que hace referencia a su geometría más que a otras características físicas. De acuerdo a la clasificación aceptada para satélites artificiales (construidos por el hombre) (ver Tabla 1), los satélites a que se hace referencia en este artículo caen en las categorías de Nano hasta Femto (Nano, Pico y Femto dicen relación con los prefijos utilizados para designar las potencias de la base decimal 10-9; 10-12 y 10-15 respectivamente. N. del A.).

Tabla 1.- Clasificación de Satélites. Costos actualizados a Abril de 2014

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Fuente: “International Regulations for Nano/Pico Satellites

Un CubeSat es un pequeño satélite con la forma de un cubo de 10 cm de arista, lo que le confiere un volumen de 1000 cm3, es decir, un decímetro cúbico (1 litro), con un peso de un kilógramo (En realidad, según se aprecia en la tabla, la denominación obedece más a la masa que al volumen. Éste es importante porque define “una unidad volumétrica de satélite” denominada U, Así, un CubeSat 2U corresponde a uno con un volumen de 2 decímetros cúbicos). El diseño ha sido simplificado, de manera que prácticamente cualquier persona puede incluir una gran variedad de sensores para efectuar las mediciones que quieran en o desde una órbita terrestre baja (Low Earth Orbit –LEO- por su nombre en inglés). Los CubeSats se han popularizado porque son baratos y fáciles de construir. Al día de hoy, muchos componentes se han estandarizado al punto que es posible comprarlos vía Internet.

¿Qué ventajas tienen sobre los satélites convencionales?

A las ventajas ya señaladas se puede decir que, tratándose de adquisición de datos –imágenes incluidas- pueden reemplazar ventajosamente a satélites de mucho mayor volumen y peso cuando se usan en una configuración tridimensional de satélites en distintas posiciones de un plano orbital. La misma idea del observatorio ALMA –Atacama Large Millimeter/submillimeter Array- una configuración de radiotelescopios que, utilizados en conjunto, constituyen un radiotelescopio mucho más poderoso que cualquiera de ellos.

Las configuraciones (o arquitecturas posibles, ver fig.1) se definen como5:

  1. Encuentro y acoplamiento (rendezvous and docking).- dos CubeSat moviéndose a corta distancia uno del otro
  2. Vuelo en formación (Formation flying).- un pequeño número de CubeSat’s volando de manera concertada con una separación intersatélite regional
  3. Constelación (Constellation).- Satélites en su propio plano orbital, proporciona cobertura global
  4. Enjambre (Swarm).- decenas o centenas de satélites sin mecanismos de control activo.

 

Figura 1. Precisión de control en función de la distancia intersatélite

eje y = precisión de control

eje x = rango

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Fuente: “From CubeSats to Constellations: Systems Design and Performance Analysis”

En la figura se observa que la configuración “encuentro y acoplamiento” es la que requiere mayor control y abarca la sección más pequeña (es “más local”), en cambio, la modalidad “enjambre” es la que abarcando una sección mucho más extensa, requiere una menor precisión de control.

Ejemplos de misiones y demostraciones con tecnología de comunicaciones con pequeños satélites de la NASA

  1. Misión PhoneSat:- El primer PhoneSat alojado en una plataforma CubeSat 1U  fue lanzado en una LEO en abril de 2013. Su propósito, validar el uso en el espacio de la tecnología de grado usuario, utilizada en teléfonos inteligentes, disponible en el comercio. Subsecuentemente, las misiones PhoneSat 2.4 y PhoneSat 2.5 fueron lanzadas en 2013 y 2014 respectivamente.
  2. Misión NODES.- Es una misión de demostración que será lanzada desde la Estación Espacial Internacional (ISS) durante el presente año para probar las capacidades de comunicación en red, críticas para la operación de configuraciones de múltiples naves espaciales. En particular, se probarán sus habilidades para recibir y distribuir comandos de tierra, intercambiar información periódicamente y configurar de forma autónoma la red para determinar qué unidad se comunicará con la base en tierra cada día de la misión. La misión consta de dos CubeSat’s con un tamaño 1,5 U cada uno, con un peso individual de 2 kg y dimensiones de 10x10x16 centímetros. El sistema operativo utilizado será Android.
  3. Misión de demostración de Comunicación y Sensores Ópticos (OCSD).- Consiste de dos 1,5U CubeSat’s en una LEO casi circular. El primer objetivo será la prueba de un link de comunicación óptica espacio-Tierra en la banda de 1064 nm (equivale a una milmillonésima de metro - millonésima de mm; nanómetro; N. del A.). La tasa de transferencia de datos con este sistema es de 5 Mbps (Megabits por segundo), cien veces más rápido que la velocidad de transferencia en UHF (Ultra High Frequency). El segundo objetivo es probar un pequeño sensor de radar anti-colisión para automóviles (77 GHz) modificado para determinar la distancia entre dos CubeSat’s próximos.
  4. Antena Integrada en Configuración Solar (Solar Array) y en configuración reflectora (Reflectarray) (ISARA), para CubeSat de Gran Ancho de Banda.- La misión ISARA probará una antena reflectora de alta ganancia (~35) dB para la banda Ka (26 GHz), usando para ello la cara posterior del panel solar desplegable de un 3U CubeSat. La tasa proyectada de transmisión de datos desde una LEO será del orden de 100 Mbps, que es varios órdenes magnitud (potencias de 10) que la que se obtiene usando la banda de Frecuencias Ultra Altas. Esta tasa de transmisión de datos permitirá el uso de satélites pequeños para realizar misiones científicas hasta ahora sólo posibles con grandes satélites.

Control de actitud y trayectoria

La “actitud” de un satélite es su posición con respecto al plano de su órbita y del “blanco” de su actividad. La calidad de los datos obtenidos depende críticamente de que su actitud sea la adecuada y no varíe durante la actividad de recolección de datos. Para lograr la actitud deseada se usan giroscopios y mecanismos magneto-mecánicos y electromecánicos. El control de trayectoria, en cambio, requiere la aplicación de fuerzas que aceleren el CubeSat en la dirección, la magnitud y el tiempo deseados. Para ello están en pleno desarrollo sistemas de propulsión en la escala adecuada para los CubeSat’s.

Oportunidades para Chile

La compra y lanzamiento de la serie Fasat de satélites, es todo lo que Chile puede exhibir en materia espacial. Los satélites fueron desarrollados y construidos en Francia y puestos en órbita con un cohete ruso lanzado desde instalaciones francesas. El primero no pudo desprenderse del satélite ucraniano que lo transportaba y el último de la serie –Fasat Charlie- con una masa de 130 kg y equipado con una cámara fotográfica de alta resolución, está aún en operaciones y deberá ser reemplazado el año 2017.

Industria Aeroespacial

Chile es un país que no ha mostrado una vocación por el desarrollo de la industria Aeroespacial. A prácticamente sesenta años del lanzamiento del primer satélite artificial, el país exhibe sólo la creación de la Agencia Chilena del Espacio (ACE) en el año 2001. Posteriormente, en las postrimerías de su mandato y mediante el Decreto Supremo 148 de octubre de 2013, el Presidente Piñera disolvió la ACE, y creó la comisión asesora presidencial denominada Consejo de Ministros para el Desarrollo Digital y Espacial; heredó a su sucesora el documento "Política Nacional Espacial 2014-2020", fundado en una consulta pública realizada entre septiembre y octubre de 2013, e instaló administrativamente la citada comisión bajo la Subsecretaría de Telecomunicaciones. Posteriormente, con fecha 29 de marzo de 2014, dicho decreto fue publicado en el Diario Oficial. El Consejo será asesorado por una  Comisión Científico-Técnica en el análisis y desarrollo de las políticas del sector.

Oportunidades

Aparte de las obvias oportunidades para el desarrollo de servicios espaciales para las fuerzas armadas y organismos estatales, los CubeSat’s representan una plataforma novedosa, dúctil y versátil para el desarrollo de servicios aeroespaciales para América Latina y el mundo.

Se ha abierto un amplio campo de desarrollo de productos que podrán utilizar los talentos múltiples de nuestro país, desde jóvenes “gamers” (jugador de videojuegos interactivos. N. del A.) y creadores de video juegos, hasta ingenieros aeroespaciales de distintas especialidades; desarrolladores de software opensource y Android; ingenieros electrónicos e innumerables especialidades, oficios y habilidades para crear productos y tecnologías de propietario. Y -por qué no- construir cohetes capaces de llevar a órbitas bajas las pequeñas cargas representadas por los CubeSat.

En suma, la oportunidad, los talentos, las capacidades y las competencias están. Solo falta el compromiso de Estado para el desarrollo de un área estratégica con muchos nichos aún disponibles para quienes sean capaces de ocuparlos con audacia, competencia e imaginación.

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