La era de los CubeSats

¿Se imaginan poder operar su propio satélite desde la mesa de su oficina? ¿O quizás establecer su propia flota de satélites con acceso a cualquier rincón del planeta? Gracias a los CubeSats todo esto es cada vez más posible. Se trata de la rama del sector espacial que está experimentando un desarrollo más veloz, debido a sus ventajas de bajo coste económico y cortos plazos de desarrollo, en comparación con el sector espacial tradicional.

Los CubeSats surgieron entre la CalPoly y la Universidad de Stanford a finales de los noventa, y desde su nacimiento han sufrido una evolución continua. Se encuadran dentro de los denominados nanosatélites, debido a sus reducidas dimensiones, tanto de volumen, como de masa. El módulo fundamental se basa en un cubo de 10 centímetros de arista, que tiene un volumen de 1 litro y una masa aproximada de 1 kilogramo, conocido como 1U. En base a este módulo se pueden integrar diferentes configuraciones siendo la 3U (10 cm x 10 cm x 30 cm) una de las más comunes, lo que permite un diseño reducido y modular.

La gran ventaja de la tecnología CubeSat es la accesibilidad al espacio que otorga a diferentes tipos de entidades, desde universidades de países en vías de desarrollo a empresas privadas, que no disponen de los recursos necesarios para afrontar una campaña espacial tradicional. Desde siempre acceder al espacio ha necesitado de grandes inversiones económicas y de largos periodos de preparación. Gracias a este tipo de tecnología se han reducido ambos factores progresivamente.

La industria espacial clásica se nutre para la electrónica embarcada en sus satélites de componentes testados y capacitados para trabajar en ambientes extremos en el espacio. Esta estrategia de diseño robusto y fiable, implica algunas desventajas en cuanto a costes y tiempos de desarrollo, y as ahí donde los CubeSats entran a escena.

Otra de las grandes ventajas de los CubeSats, es que su desarrollo se basa en tecnologías COTS (Comercial Of The Shelf), sin que esta haya sido previamente cualificada para su uso en vuelo. Esta estrategia otorga una mayor flexibilidad en los diseños, reduce costes y también tiempos desarrollo, a cambio de reducir la esperanza de vida (muchas veces no requerida, ya que su uso habitual se da en LEO, low earth orbit).

Las aplicaciones para esta tecnología están muy diversificadas. Pero hasta el momento, se podrían clasificar principalmente como banco de pruebas para cualificación de tecnología en el espacio, enseñanza y formación y, por último, misiones científicas. Gracias a la participación de diferentes instituciones sus aplicaciones crecen diariamente. Además se ha posicionado como una buena alternativa al sector espacial tradicional en tiempos de dificultades económicas.

Son plataformas muy flexibles, y que gracias a su modularidad permiten reducir la complejidad de los diseños. Esto tiene un impacto favorable en los tiempos de desarrollo de las misiones. Por ejemplo, una misión actual con tecnología CubeSat se puede desarrollar en un periodo de seis meses y un año, incluyendo la fase de lanzamiento.

A esto se une la reducción de costes en la fase de integración, lanzamiento y puesta en órbita. Al tratarse de un dispositivo muy pequeño en comparación con la carga principal, se suele aprovechar la disponibilidad de los diversos lanzadores en los lanzamientos habituales, para adjuntar CubeSats a la carga principal de los mismos, sin que estos tengan que modificar su configuración o añadir gastos por combustibles por el cambio.

Debido a estas ventajas, una de las aplicaciones más interesantes es la de construir constelaciones de nanosatélites, para aplicaciones meteorológicas, de observación de la tierra (EO, earth observation) o de posicionamiento. Entre las iniciativas actuales de este tipo están las constelaciones privadas de la compañía americana SPIRE, para aplicaciones meteorológicas y de posicionamiento de barcos, o el proyecto europeo denominadoQB50.

Los retos a los que deben hacer frente este tipo de satélites son varios, pero la mayoría de esfuerzos giran en torno a tres limitaciones.

Una es la escasa maniobrabilidad de las plataformas, ya que en la actualidad existen muy pocos satélites con propulsión embarcada en su interior. A diferencia de los satélites más grandes con sistemas AOCS (attitude and orbital control system), las plataformas CubeSat basan sus sistemas sólo en control de altitud ADCS (attitude determination and control system).

Normalmente usan la interacción con el campo electromagnético de la tierra. Se utilizan dichos sistemas, aprovechando que la mayoría de las misiones se desarrollan en órbita baja LEO, donde la interacción con el campo electromagnético terrestre es más intensa.

Dentro de las mejoras que se están realizando en este campo, están por ejemplo la miniaturización y perfeccionamiento de diversos tipos de propulsores. Instituciones muy activas y punteras en este campo son el JPL (Jet Propulsion Laboratory) de la NASA y el SPL (Space Propulsion Laboratory) del MIT (Massachusetts Institute of Technology). Donde se están desarrollando propulsores de plasma y propulsores mediante electrosprays de iones.

Segundo, incrementar la tasa útil de datos de bajada, lo quedará más posibilidades a todo tipo de misiones. Poco a poco se va subiendo en el rango de frecuencia y hay iniciativas como por ejemplo la misión de la NASA, OCSD (Optical Communications and Sensor Demonstration) que pretende probar la comunicación entre CubeSats mediante láseres.

Y por último controlar la superpoblación de CubeSats en orbitas bajas o lo que también se conoce como space debris.

De esta desventaja derivan problemas de seguridad, debido a la poca maniobrabilidad de las plataformas. El riesgo de posibles colisiones entre plataformas está presente, este problema es un tema muy candente en la actualidad dentro del mundo espacial. Existen varias iniciativas tanto privadas, como públicas para tomar medidas y mitigar el efecto de lo que en la actualidad se denomina basura espacial. Se están proponiendo diversas opciones para sacar más rápidamente de órbita a los satélites. Una misión con este objetivo es DeOrbitSail, cuya plataforma despliega una vela solar de 5x5 metros con este fin.

Una nueva etapa ha comenzado dentro del mundo espacial, una etapa en la que el acceso al espacio se está universalizando gracias los CubeSat. Gracias a sus ventajas, las posibilidades y aplicaciones de esta tecnología son ilimitadas. ¿Será el próximo hito dentro de la historia espacial construido gracias a estas piezas de Tetris tecnológico?