NANOSATÉLITES
NANOSATÉLITES
Guía básica de nanosatélites
El equipo de Alén Space desarrolla nanosatélites desde 2008 bajo el estándar CubeSat. El desarrollo de este estándar se inició en 1999 entre la Universidad Politécnica Estatal de California (Cal Poly) y la Universidad de Stanford. La intención original del proyecto CubeSat fue proporcionar un acceso asequible al espacio para los investigadores de las universidades.
Con el paso del tiempo el programa fue abriéndose a instituciones educativas y científicas de todo el mundo, a iniciativas públicas de distintos países y, por último, a empresas.
¿Qué es un nanosatélite?
Por lo general, se considera que un nanosatélite es cualquier satélite que pese menos de 10 kilos. Además, un CubeSat debe cumplir con criterios específicos que controlan factores como su forma, tamaño y peso.
Los CubeSats pueden tener varios tamaños, pero todos se basan en la unidad estándar de CubeSat, que es una estructura en forma cubo de 10x10x10 centímetros con una masa de aproximadamente de entre 1 y 1,33 kg. Esta unidad es conocida como 1U. Tras los primeros años, esta unidad modular se fue multiplicando y tamaños más grandes de nanosatélites se han vuelto habituales (1.5U, 2U, 3U o 6U). Actualmente se siguen desarrollando nuevas configuraciones.
Desarrollar un nanosatélite bajo los estándares CubeSat permite un acceso recurrente y comparativamente barato al espacio, con posibilidades de lanzamiento en una gran variedad de lanzaderas y cohetes espaciales.
La estandarización de los CubeSats abre las puertas el uso de componentes electrónicos comerciales, pudiendo escoger multitud de proveedores de tecnología. Como resultado, los proyectos de ingeniería y de desarrollo de CubeSats presentan costes sensiblemente inferiores al de otro tipo de satélites.
Diferencias entre nanosatélites y satélites convencionales
El ser humano consiguió situar en órbita terrestre sus primeros satélites artificiales, los modelos Sputnik de la URSS, en 1957. Desde entonces y hasta finales del siglo XX las grandes potencias mundiales, lideradas por sus gobiernos, lanzaron cientos de satélites, compitiendo en una carrera espacial por explorar el espacio con proyectos cada vez más grandes y complejos.
El primer Sputnik pesaba 80 kilos y el segundo, más de 500. A día de hoy, la Estación Espacial Internacional (ISS) tiene una masa de 420.000 kilos.
Durante mucho tiempo, la tecnología implantada en el espacio, cada vez es más grande y sofisticada, sólo estaba al alcance de las agencias espaciales de los países más desarrollados de la tierra o al servicio de las grandes empresas. La filosofía del New Space es crear satélites de una manera más rápida y barata, gracias a los bajos costes y a la miniaturización cada vez mayor de los componentes electrónicos. Con los nanosatélites, lo que tradicionalmente estaba reservado a grandes compañías o agencias espaciales con gran capacidad de financiación, ahora se democratiza y pasa a ser accesible a empresas de todo tipo y tamaño.
¿Cómo de grande es un nanosatélite?
Los satélites artificiales varían en tamaño y coste en función de sus usos. Pueden ser tan pequeños como para caber en la palma de la mano o tan grandes como la ISS. Según la NASA, “en términos de masa, un nanosatélite (nanosat o nano satélite) es cualquiera con un peso entre 1 y 10 kilos”.
Tipos de satélites según su masa:
- Satélites grandes: Más de 1.000 kg
- Satélites medianos: 500-1.000 kg
- Satélites pequeños:
- Minisatélite: 100-500 kg
- Microsatélite: 10-100 kg
- Nanosatélite: 1-10 kg
- Picosatélite: Menos de 1 kg
Actualmente se están desarrollando de forma experimental estándares para picosatélites, como pueden ser PocketQubes, Sun Cubes o TubeSats.
¿Cuál es el tiempo de desarrollo de un nanosatélite?
Un satélite mediano o grande precisa de un periodo de entre 5 y 15 años desde que se detecta la necesidad u oportunidad hasta que se sitúa en parámetros normales en la órbita adecuada.
¿Qué significa eso? Pues que entre el inicio y el fin de sus operaciones, las necesidades pueden haber cambiado haciendo que los usos planificados ya no encajen en el mercado. Además, la tecnología de telecomunicaciones propicia cambios y actualizaciones constantes y el satélite convencional acaba operando con tecnología de hace 15 años. Un satélite grande no puede ser actualizado continuamente, por lo que cuando se detecta una oportunidad tecnológica o de mercado, no puede modificarse.
Sin embargo, en el caso de los nanosatélites, desde que se identifica la necesidad hasta que el nanosatélites está en órbita atendiendola, pueden pasar menos de 8 meses.
Las constelaciones de nanosatélites además de ofrecer redundancia y robustez constituyen un sistema para el que los conceptos de obsolescencia o vida útil dejan de tener sentido. Por su propia naturaleza, los nanosatélites de una constelación se van renovando periódicamente con lo que el sistema es en todo momento state-of-the-art, en base a una continua actualización tecnológica. Esta renovación constante permite al propietario de la constelación ofrecer en todo momento el mejor servicio tecnológicamente posible.
¿Cuánto cuesta un nanosatélite?
El desarrollo de satélites pequeños bajo los estándares CubeSat ayuda a reducir el coste de los desarrollos técnicos y las investigaciones. Esto supone una reducción significativa de la barrera de entrada al espacio, lo que ha llevado a un crecimiento exponencial de la popularidad de los CubeSats desde su creación.
En función de sus especificaciones, se puede construir y poner en órbita un nanosatélite por 500.000 euros. A modo referencia, el coste de un satélite convencional puede alcanzar los 500 millones de euros.
Además del desarrollo en sí de cada satélite, el lanzamiento de un nanosatélite como parte de una constelación permite repartir en partes pequeñas el riesgo que conlleva toda misión espacial.
Si se pierde o falla una unidad de nanosatélite, se repone rápidamente a un coste y en un tiempo asumibles. En contraposición, un fallo en un satélite de grandes dimensiones puede tener un impacto que ponga en riesgo la propia misión.
El bajo coste de los nanosatélites no implica que sean menos fiables. Con el uso de metodologías adecuadas, tanto en las fases de diseño como en las de verificación de los satélites, se puede alcanzar un 100% de éxito en las misiones, dejando al azar, como ocurre en los satélites convencionales, únicamente aquello que no podemos controlar: fallo en el lanzamiento, una tormenta solar, o el impacto de un meteoro o trozo de basura espacial.
El lanzamiento de un nanosatélite
Una vez que el nanosatélite está desarrollado, testado y preparado para operar, hay que ponerlo en órbita. A día de hoy existen numerosas opciones para el lanzamiento de nanosatélites, como el uso compartido de cohetes de agencias gubernamentales, lanzaderas de empresas privadas o con un enlace logístico mediante la Estación Espacial Internacional (ISS).
Los CubeSats ocupan poco volumen y masa, lo que los hace muy fáciles de cargar en vehículos espaciales a un coste reducido.
Además, la irrupción de microlanzadores por todo el mundo presiona a la baja el coste de lanzamiento, pues están dedicados exclusivamente a la puesta en órbita de pequeños satélites.
Datos clave sobre nanosatélites
Órbita polar
Los satélites orbitan alrededor de la Tierra siguiendo trayectorias circulares o elípticas que se consiguen a través de un equilibro entre la fuerza de atracción de la gravedad y la de escape marcada en su lanzamiento. Al no existir aire, no existe rozamiento que altere la ecuación y pueden permanecer en órbita de manera casi indefinida. Normalmente los nanosatélites describen una órbita polar, es decir, corren en el sentido de los meridianos terrestres. Cuando finaliza el periodo de operación de un nanosatélites, este vuelve a la atmósfera y se desintegra.
Baja altura
Como norma general, los nanosatélites se lanzan en órbitas bajas circulares (400 – 650 Km de altura) y viajan a unos 8 km/s. A esa altura y velocidad, tardan en dar una vuelta a la Tierra unos 90 minutos para completar un total de entre 14 a 16 órbitas por día. Este tipo de órbita baja es ideal para los nanosatélites. Al orbitar más cerca de la Tierra, no solo tienen condiciones óptimas para observación terrestre o comunicaciones sino que están más protegidos de la radiación solar y cósmica.
¿Cuántos satélites hay en el espacio?
Desde que en 1957 se consiguió orbitar un objeto artificial alrededor de la Tierra, el ser humano ha lanzado miles de satélites, pero no existe un registro fiable y completo de todos ellos. Según la Oficina de la ONU para Asuntos Espaciales (UNOOSA), ha habido más de 11.000 objetos lanzados al espacio exterior, aunque no todos son satélites, ya que se incluyen sondas, cohetes y otros dispositivos. La revolución de los nanosatélites hará que en los próximos años el número de objetos se multiplique de manera exponencial, a medida que se desarrollan las enormes posibilidades del Space Business.
¿Qué es una constelación de nanosatélites?
Los nanosatélites se agrupan en constelaciones (grupos) que aportan respaldo, redundancia y granularidad a los servicios que ofrecen. Cada satélite en una constelación es renovado cada 2-4 años, asegurando que el operador siempre cuenta con un servicio optimizado, de bajo riesgo y con actualizaciones tecnológicas constantes. Por esta razón, las constelaciones de nanosatélites constituyen un sistema para el que los conceptos de obsolescencia o vida útil dejan de tener sentido.
Aplicaciones de los CubeSats
En los últimos 15 años han aparecido los CubeSats, que son un nuevo paradigma en la industria satelital. Estos satélites reducen drásticamente el tamaño habitual de los convencionales y, por tanto, su coste. Lo hacen a cambio de tolerar un mayor riesgo de fallo y un menor tiempo de vida útil, que es aceptable en numerosas aplicaciones.
Las características especiales de los nanosatélites no implican que no puedan hacer las mismas tareas que los aparatos más grandes. Obviamente las prestaciones no son idénticas, pero sí que son suficientes en muchas aplicaciones industriales.