Preguntas frecuentes sobre cargas útiles de pequeños satélites: ¿qué puede llevar dentro?
25 de mayo de 2020
Las cargas útiles de pequeños satélites, también conocidas como cargas de pago o payloads, son el corazón de las misiones en el espacio. Sin ellas no tendría sentido lanzar un satélite, ya que desde un punto de vista práctico se convertiría en un objeto que orbita la Tierra sin ninguna función que realizar. Como pequeño matiz, la excepción serían las misiones educacionales, en las que el propio satélite se convierte en la carga útil para cumplir un objetivo formativo.
En este artículo queremos responder a algunas preguntas básicas sobre carga útiles, para explicar qué son, qué tipos existen, en qué medida condicionan el tamaño del satélite, quién se encarga de su fabricación y qué misiones permiten desarrollar en el espacio.
¿Qué es una carga útil y cómo afecta a la misión?
La carga útil es la parte del satélite que permite cumplir la misión para la que fue diseñado. Es la razón de ser del satélite. Si una empresa quiere tomar imágenes de la Tierra, la carga de pago es la cámara; si quiere recibir, procesar y enviar información, podría ser una plataforma SDR (radio definida por software); y si quiere ver el comportamiento en el espacio de una determinada tecnología, es el dispositivo o componente electrónico que se quiere testar. Todo lo demás (estructura externa, baterías, paneles solares…) es la plataforma del satélite, que sirve como apoyo a la carga útil, para que pueda desempeñar su tarea.
Con esto llegamos a la segunda parte de la pregunta: ¿hasta qué punto afecta a la misión? Obviamente, su influencia es absoluta, porque es lo que va a permitir que el satélite cumpla el objetivo para el que fue diseñado.
¿Cuáles son los principales tipos de cargas útiles de pequeños satélites?
Las posibles aplicaciones prácticas de los pequeños satélites son muy amplias, aunque la mayoría de las cargas útiles se pueden agrupar en cuatro grandes categorías:
Observación de la Tierra
Comunicaciones
Navegación
Ciencia y tecnología
Existen otras posibilidades, pero nos vamos a ceñir a las cuatro más habituales, que ahora analizaremos una a una y con más detalle.
¿Qué cargas útiles se usan en misiones de observación de la Tierra?
En este tipo de misiones, como dice la propia palabra, el satélite está en órbita para ‘observar’ algo que está en la Tierra. Las cargas útiles pueden ser cámaras ópticas, hiperespectrales, multiespectrales, pancromáticas, etc. La diferencia entre ellas es el tipo de observación que se hace y las bandas de longitud de onda de la luz que se quieren captar. Pensemos en la diferencia que existe entre observar construcciones, medir niveles de humedad, ver la cantidad de vegetación de una determinada zona, observar la salinidad de los océanos o detectar vertidos en el mar. Cada una de esas misiones requiere de un tipo diferente de cámara.
Pero ese no es el único factor que se valora a la hora de decidirse por una carga útil en una misión de observación de la Tierra. Otros elementos importantes son el tipo de imágenes que se van a obtener y su resolución. Es posible que existan proyectos que requieran de una resolución de medio metro, pero para otros puede ser suficiente con cinco o seis metros (por ejemplo, en el caso de vertidos en los océanos). Hay algunos matices que es necesario tener en cuenta y que veremos más adelante en este artículo, pero como norma general, cuanto mayor sea la resolución, mayor será el tamaño de la cámara y del satélite.
¿Qué cargas útiles se usan en misiones de comunicaciones?
En función de la carga útil que se utilice, es posible distinguir dos tipos de misiones de comunicaciones:
Sistemas unidireccionales. Están más orientados a recoger información. Pensemos en tecnologías como ADS-B (Automatic Dependent Surveillance – Broadcast) o AIS (Automatic Identification System), que permiten el seguimiento de aviones y barcos.
Sistemas bidireccionales. En IoT (Internet de las Cosas) o VDES (VHF Data Exchange System), las cargas útiles de pequeños satélites no solo recogen información, sino que también tienen la capacidad de enviar o devolver mensajes o comandos, por ejemplo, para hacer configuraciones automáticas en tiempo real de determinados objetos o dispositivos.
¿Qué cargas útiles se usan en misiones de navegación?
El objetivo de estas misiones ya no es proporcionar un servicio de comunicaciones, sino ofrecer señales de navegación para que los receptores en tierra se puedan posicionar. Hasta ahora, este servicio se hacía con constelaciones de satélites tradicionales desplegadas por gobiernos o agencias (GPS, Galileo, GLONASS, BeiDou…), pero ya se empieza a hablar también del uso de pequeños satélites.
En este tipo de misiones, el uso de pequeños satélites está enfocado como complemento de las grandes constelaciones de navegación. Lo más habitual es que las cargas útiles que se usan en este tipo de misiones estén basadas en plataformas SDR (radio definida por software) o en sistemas de comunicaciones por radio.
¿Qué cargas útiles se usan en misiones científicas y tecnológicas?
Hablamos de una categoría amplia, en la que pueden encajar tanto misiones científicas como proyectos de demostración en órbita (IOD).
En el campo de la investigación científica, pensemos por ejemplo en un grupo de investigación que quiera realizar un experimento biológico para comprobar cómo se reproduce en el espacio un tipo específico de bacterias. En el ámbito tecnológico, los pequeños satélites permiten la realización de ensayos en condiciones reales para verificar el funcionamiento en órbita de determinados dispositivos o productos en fase de desarrollo.
En esos dos casos, las cargas útiles serían el propio experimento biológico y el componente tecnológico que se prueba en el espacio.
¿Se pueden usar varios tipos de cargas útiles en un mismo pequeño satélite?
Por supuesto. En determinados proyectos puede ser una ventaja importante, porque permite combinar varias misiones en un único satélite, distribuir costes y hacer observaciones simultáneas. Por ejemplo, un pequeño satélite que pueda analizar al mismo tiempo la localización de barcos y detectar la presencia de vertidos en los océanos, podría cruzar esa información.
Las posibles combinaciones entre distintos tipos de cargas útiles de pequeños satélites son muy variadas.
Plataforma o carga útil: ¿qué se diseña primero en un pequeño satélite?
El primer paso es decidir qué se quiere hacer, luego seleccionar una carga útil y finalmente construir alrededor una plataforma. Es decir, de la misión se pasa a la carga de pago y después a la plataforma y al resto de tecnología necesaria para el proyecto.
¿Cómo condiciona la carga útil el tamaño del pequeño satélite?
Como es lógico, tiene una influencia directa en el tamaño del satélite. De hecho, hay cuatro factores que conviene tener en cuenta:
El volumen y masa de la carga útil del satélite.
El consumo de energía. Si la carga de pago requiere mucha energía, será necesario contar con más baterías y paneles solares, un factor que también afecta al tamaño del satélite.
La cantidad de información que genera. Por ejemplo, una cámara que capture imágenes de alta resolución precisa mayor capacidad de almacenamiento y procesamiento. En consecuencia, ocupa más espacio y también condiciona el tamaño del pequeño satélite.
Otros requisitos, como las necesidades de la carga de pago en relación con el apuntamiento o con la estabilidad del satélite (por ejemplo, para tomar imágenes).
¿Es posible modificar en órbita la carga útil de un pequeño satélite?
Físicamente no se puede cambiar la carga útil, pero sí que es posible hacer reconfiguraciones en órbita.
En misiones de comunicaciones, hasta cierto punto es algo sencillo, con las lógicas limitaciones del hardware para las bandas de frecuencia en las que va a operar, pero se puede ajustar el tipo de señal o cómo se procesan los datos, por ejemplo.
En misiones de observación de la Tierra, obviamente no existe la capacidad de cambiar la cámara, pero se pueden hacer modificaciones en el procesado de las imágenes para reducir su tamaño, en la selección de las imágenes, etc.
¿Quién se encarga de la fabricación de la carga útil?
Depende del tipo de proyecto. Los proveedores de pequeños satélites, como Alén Space, tienen capacidad para ofrecer a sus clientes el diseño y la fabricación de cargas útiles, tanto soluciones estándar ya testadas en el espacio como desarrollos a medida.
Sin embargo, en algunos proyectos, especialmente en los ámbitos tecnológico (IOD) y científico, el cliente llega con su propia solución y solo es necesario adaptarla al satélite, si se opta por una plataforma estándar o por diseñar una a medida alrededor de la carga de pago.
¿Es más habitual el uso de cargas útiles estándar o desarrollos a medida?
Las dos opciones son habituales. Especialmente en misiones de comunicaciones y observación de la Tierra, existen productos comerciales ya desarrollados que ayudan a optimizar costes y agilizar los plazos de tiempo para la puesta en órbita del pequeño satélite. Alén Space, por ejemplo, cuenta con varias cargas útiles ya listas para lanzar: ADS-B, AIS, banda-S y Multi-App.
Para proyectos más específicos, sin embargo, pueden ser necesarias soluciones a medida, como en el caso de cargas útiles de observación de la Tierra para aplicaciones específicas o para sistemas de comunicación a medida o con características especiales.
En este artículo hemos intentado dar respuesta a algunas preguntas frecuentes relacionadas con cargas útiles de pequeños satélites. Esperamos haberte ayudado a entender su importancia dentro de las misiones espaciales y las enormes posibilidades que los pequeños satélites abren a startups, empresas y organismos de distintos sectores.
Si necesitas una mano experta para poner en marcha tu proyecto en el espacio y seleccionar la carga útil más adecuada para llevar a cabo esa misión, no dudes en ponerte en contacto con nuestro equipo.