Cubesat: Nanosatélites en busca de avances en la exploración espacial

Por: Ivana Arbeláez, Amaury Hernandez y Ulises Fragoso

Un satélite es un objeto, natural o artificial, que orbita alrededor de otro más grande, siendo la luna el único satélite natural con el que cuenta la tierra.

Mientras que los satélites artificiales son creados por el hombre y tienen como objetivo principal, la recolección y transmisión de información. Hay diferentes tipos de satélites artificiales dependiendo de la función de la misión o el área en la que se esté trabajando. 

Imagen: SpaceX 

Los satélites se pueden clasificar según su masa:

  • Satélites grandes: Más de 1,000 kg 
  • Satélites medianos: De 500 a 1,000 kg
  • Satélites pequeños:
    • Minisatélites: 100 a 500 kg
    • Nanosatélite: 1 a 10 kg 
    • Microsatélite: 10 a 100 KG 
    • Picosatélite  : Menos de 1kg

Un CubeSat es un satélite más pequeño de lo convencional, con medidas exactas de 10 cm de largo, ancho y alto; denominado nanosatélite. Con un peso que ronda alrededor de los 1.33 kg, son lo suficientemente pequeños y ligeros para sostenerse en las manos.

Pueden armarse conjuntos de 2, 3 o hasta 6 cubos que, una vez en el espacio, pueden hacer uso de herramientas como antenas, paneles solares, telescopios, etc. 

Son un gran recurso a emplear ya que el costo de producción es bajo y están hechos mayormente de partes estándar, de bajo precio y fáciles de conseguir. Esto los hace alcanzables para un público más amplio: desde grandes agencias espaciales hasta universidades o grupos de estudiantes. Representando un nuevo mundo de posibilidades en la exploración espacial.

Imagen: Mustang News

Mientras que el periodo de desarrollo de un proyecto mediano o grande es de 5 a 15 años desde que se crea la oportunidad hasta que se sitúa en parámetros normales en órbita, los nanosatélites pueden ser construidos en tiempos de menos de 10 meses. Su desarrollo propone un coste mucho más reducido que en el pasado.

Dependiendo de la misión que se tenga en mente, se puede construir un prototipo bajo los estándares CubeSat por un precio de alrededor de $12,000.000 Pesos mexicanos (algo así como 600 euros). El presupuesto designado para el proyecto español SeoSat, que tenía como objetivo la observación de la tierra y la transmisión de imágenes ópticas multiespectrales, fue de 200 millones de euros ($4,270,632,280.1797 pesos mexicanos).

La vida de un Cubesat

Para colocar uno de estos satélites en órbita se emplea el uso de cohetes, generalmente en órbitas bajas a una altura entre 150km y 600Km de la Tierra.

Ya que ese encuentra en órbita Cubesat debe de soportar temperaturas entre  -170º y 123º, dependiendo, si está en zona de sombra o en zona de sol, el tiempo de vida de un Cubesat es corto, alrededor de tres meses.

También es necesario conocer las principales características del ambiente en el cual va a estar expuesto:    

  • Asimetría del campo gravitacional de la Tierra
  • Heterogeneidad de la masa del satélite
  • Atracción del Sol y la Luna
  • Presión de la radiación solar
  • Albedo (presión de la radiación reflejado por la Tierra)
  • Campo magnético de la tierra
  • Radiación eléctrica de las antenas

¿De qué se compone un Cubesat?

Imagen: Nasa

En el espacio se generan condiciones extremas, algunas mencionadas anteriormente, que pueden dañar o degradar las estructuras de los satélites por lo que es de vital importancia la selección adecuada de materiales para un correcto funcionamiento.

Los Cubesat están conformados, generalmente, por una estructura de aluminio (en la mayoría de los casos), una antena dipolo UHF (Ultra High Frecuency) (Usada para transmitir o recibir ondas de radiofrecuencia), paneles solares, computadora de vuelo, baterias, sistemas de distribución de energía, transceptor UHF, sensores, un espectrómetro, en ocasiones incluyen una cámara para la captura de imágenes así como un carrusel de filtros que permitirán al sensor capturar las imágenes, entre otros dependiendo de la misión para la cuál sean construidos. 

En muchas ocasiones los mismos ingenieros encargados de la misión se encargan de los sistemas eléctricos empleados en el satélite. Otra opción común para esto son las empresas como GOMspace, Pumpkin inc, Innovate Solutions In Space, etc, que están encargadas  de la producción de estos sistemas. 

Comprar las piezas de este tipo de empresas garantiza un correcto funcionamiento de los sistemas una vez puestos en órbita, ya que han sido sometidas a diversas pruebas como grandes cargas de radiación y análisis térmicos.

Hablando, de manera general, las estructuras de los satélites se dividen principalmente en tres categorías:

  • Estructura primaria: proporciona soporte a la carga útil y a los subsistemas del satélite. Una falla en esta estructura significaría un colapso total del satélite.
  • Estructura secundaria: conformada por el sistema de paneles solares y el de protección térmica, estos sistemas se unen a la estructura primaria de tal manera que si esta falla no generaría un colapso de la estructura principal pero si un gran daño en la misión.
  • Apéndices flexibles: Son estructuras que se adjuntan a la estructura primaria tales como los reflectores de antena y paneles solares.

Tampoco hay que olvidar la implementación de software para controlar el satélite y las bases terrenas para recibir la telemetría del cubesat. 

Por lo general los materiales deben cumplir con ciertos requisitos como:

  • Resistencia al desgaste
  • Templabilidad
  • Baja fragilidad
  • Resistencia a temperaturas extremas
  • Resistencia a la abrasión
  • Resistencia a la corrosión

Aplicaciones en la actualidad

Desde su creación a finales de los noventas los Cubesats han marcado una pauta en la forma de hacer satélites, además de cambiar de sobre manera la tolerancia al riesgo que se tiene sobre esta clase de equipos. 

A inicios de la era espacial, pensar en el hecho de fallar y perder un equipo que costaba millones, simplemente no era opción, sin embargo las cosas cambian, dado la versatilidad y bajo costo de estos equipos ahora se pueden lanzar flotas de hasta cien nanosatélites; y si, uno o dos, resultan defectuoso o con algún daño, durante el trayecto que los haga inoperables llegando a su destino, no sería problema dado que únicamente se estaría perdiendo un dos por ciento de la flota, lo cual no representa un problema grave.

En su haber y desde su primer misión en 2003, se han realizado 26 lanzamientos espaciales, todos ellos registrados en la página oficial de misiones de Cubesats, así como todos los lugares en donde se encuentran trabajando con la misma tecnología sobre desarrollo de nanosatélites. 

La facilidad para realizar tareas primordiales, como, el recoger datos e interpretarlos sea vuelto esencial para la administración de recursos naturales y el desarrollo de una economía estable. Además de otras tareas, como, el análisis continuo del impacto humano en la agricultura, bosques, geología y medio ambiente es una tarea crítica para la mejora de las condiciones de vida de la población, el permitir comunicaciones en las zonas sin cobertura de servicios de comunicación, la gestión de localización de activos como aviones, barcos o vehículos, el monitorizar señales de diversos tipos, y no solamente realizar tareas comerciales, si no, hasta aplicaciones científicas, como la observación espacial, misiones interplanetarias, pruebas de sistemas en órbita o investigaciones biomédicas, además de brindar una entrada para el desarrollo de programas espaciales de países que aún no hayan arrancado su carrera espacial.


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