Un nanosatélite madrileño se unirá al ‘collar de perlas’ que explorará la termosfera

La iniciativa QB50 es un proyecto europeo para crear un 'collar de perlas' satelital que rodeará la Tierra en una órbita circular de 380 kilómetros de altura y 98 grados de inclinación.

Una de esas 'perlas' tiene el sello Universidad Politécnica de Madrid (UPM), pues se está fabricando en sus instalaciones del Centro de Operaciones y Soporte a Usuarios Español (E-USOC) para la Agencia Espacial Europea (ESA), ubicado en el Campus de Excelencia Internacional de Montegancedo.

Gracias al trabajo de los investigadores del E-USOC, así como de profesores, estudiantes y personal de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Aeronáutica y del Espacio y la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Telecomunicación, el CubeSat QBito, como ha sido bautizado, ya ha pasado la revisión crítica de diseño (CDR) e inicia la fase de fabricación y ensayos.

Además, el E-USOC cuenta con la colaboración de la Universidad Nacional de Ingeniería de Perú y la Universidad Nacional Autónoma de México y el apoyo de la empresa SENER en el desarrollo del SW de control de actitud y en la realización de los ensayos estructurales y térmicos en sus instalaciones.

QBito es el primer satélite de esta tipología (CubeSat, satélite miniaturizado, 10 por 10 por 26 centímetros y 2 kilos de peso) desarrollado por la UPM. Es algo mayor que un CubeSat de dos unidades debido a que la carga de pago principal, el Ion and Neutral Mass Spectrometer (INMS), sobresale por uno de sus extremos.

La propuesta del E-USOC “trata de ser al mismo tiempo robusta e innovadora”, confirma su directora, Ana Laverón. “Hasta ahora las estructuras, mecanismos y sistemas de potencia se construían ex profeso para cada satélite. Sin embargo, nuestro objetivo ha sido romper con esta forma de diseño, desarrollando subsistemas muy versátiles que permiten satisfacer las necesidades de misiones diversas con CubeSat de una o dos unidades”.

Por ejemplo, su mecanismo de despliegue de antenas es mínimamente intrusivo, lo que permite que el subsistema de comunicaciones condicione en menor medida al resto de los subsistemas del satélite. El equipo de este pionero centro de investigación espacial ha logrado esta ventaja competitiva, aplicando diseño axiomático, gracias a que cuentan con un investigador experto en esta novedosa área, Efrén Moreno.

Pero una misión espacial no solo requiere el diseño y fabricación del satélite, también es necesario desarrollar el segmento de tierra y el concepto de operaciones. El E-USOC dispone de una estación de seguimiento de satélites que operan en las bandas UHF y VHF, así como el sistema de envío de comandos y de procesamiento de datos recibidos desde el satélite.

El concepto de operaciones define cómo se lleva a cabo la fase de explotación de la misión para que tenga éxito. “En ambos campos, tenemos una experiencia insuperable por la mayoría de equipos del QB50, ya que llevamos 15 años como responsables de las operaciones científicas de cargas de pago espaciales, cumpliendo con los procesos de control de calidad y de producto de la ESA”, sostiene la profesora Laverón, catedrática de ingeniería aeroespacial de la UPM.

Universidades unidas por la exploración espacial

En diciembre de 2016 tendrá lugar el lanzamiento desde Brasil de los 50 CubeSat (incluido QBito) que componen la constelación de QB50. El lanzador los dejará con una velocidad angular que puede ser elevada y ellos, de forma autónoma, deben orientarse adecuadamente para cumplir los objetivos de la misión (incluye una simulación de frenado de QBito, empleando el algoritmo diseñado por E-USOC).

Cada CubeSat será realizado por equipos universitarios o centros de investigación procedentes de 28 países bajo el liderazgo del Instituto Von Karman (Bélgica). Su vida útil será de unos tres meses, pues una vez alcancen la órbita de destino irán perdiendo altura debido a la resistencia aerodinámica hasta desintegrarse en la atmósfera.

El equipo del E-USOC explica la relevancia científica del proyecto: “La baja termosfera, cuyas condiciones estudia QB5O, es muy poco conocida porque su densidad es demasiado baja para emplear globos aerostáticos y demasiado alta para emplear satélites, que tendrían una muy reducida vida útil. Pero su composición y estado son muy relevantes, ya que repercuten en las condiciones ambientales de la Tierra. En la termosfera se absorbe gran parte de la radiación de alta energía que llega del Sol, la más dañina para la vida en nuestro planeta”.

Un triple propósito gira en torno a este proyecto del Séptimo Programa Marco (7PM). En primer lugar, investigación científica. La misión primaria requiere de la combinación de los 50 CubeSat con sensores idénticos, que permite establecer una red de toma de datos multipunto que sería inabordable económicamente con satélites de mayor tamaño.

Además, del instrumento primario, QBito lleva embarcados dos experimentos secundarios; uno permitirá evaluar el comportamiento del n-octadecano como material de cambio de fase en condiciones de microgravedad y corroborar los modelos teóricos desarrollados en el E-USOC. El otro permitirá probar un software de determinación y control de actitud basado en la teoría de control mediante lógica difusa, gracias al cual se ahorrará potencia, se mejorarán las actuaciones y se reducirán los tiempos de desarrollo del subsistema de control de actitud.

En segundo lugar, demostración en órbita. Los CubeSat se convierten en plataformas económicas para la demostración de tecnología espacial. Cada uno de ellos puede llevar adicionalmente cargas útiles para ser probadas en ambiente espacial. En el caso de QBito, se embarcará un detector de infrarrojo de onda media que no precisa refrigeración.

Por último, la finalidad educativa. La participación de universidades de todo el mundo muestra la capacidad de los centros educativos para desarrollar este tipo de tecnología con costes inferiores a los de la industria y con la integración en sus equipos de jóvenes ingenieros y estudiantes que adquieren un conocimiento de gran valor para su futuro profesional.