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CubeSat - Introducción (TRIY)

La necesidad de telecomunicaciones, experimentación en micro-gravedad, participación académica multidisciplinaría, así como la miniaturización de tecnología ha hecho del sueño de acercarse al espacio una realidad para las instituciones académicas (públicas y privadas) y empresariales, a través de la integración tecnológica diseñada para la reducción de tamaño, recursos, y costos de los satélites artificiales. En este proceso se involucran los Satélites Cúbicos, denominados en inglés como CubeSats. Un CubeSat es un tipo de satélite en miniatura para la investigación espacial, que tiene un volumen de exactamente un litro, pesa no más de un kilogramo, y generalmente utiliza componentes electrónicos comerciales. A partir de 1999, la Universidad Politécnica de California (CalPoly) a través del Prof. Jordi Puig-Suari y la Universidad de Stanford por medio del Prof. Bob Twiggs desarrollaron el CubeSat con las especificaciones para ayudar a las universidades de todo el mundo para llevar a cabo la ciencia espacial y exploración, esto es conocido como el estándar CubeSat (Ver Fig.1).

Fig. 1. A la izquierda el Prof. Jordi Puig-Suari, en el centro el Estándar CubeSat, y a la derecha el Prof. Bob Twiggs.

Hay cuatro tipos diferentes de CubeSats: a) 0.5U, el cual especifica un medio de unidad, dada la unidad en decímetros; b) 1U, comprende la unidad en decímetros cúbicos y el estándar; c) 2U, describe un pico-satélite que consta de dos unidades; y d) 3U, es la dimensión máxima que podrá tener un pico-satélite bajo el estándar. Su mayor objetivo es reducir los costos de diseño, elaboración, lanzamiento y operación para procesos experimentales en el espacio comparados con los costos de satélites comerciales en órbitas iguales o mayores, así como reducir los tiempos de este flujo de proceso. Estos costos sin incluir la operación desde una estación terrena van desde los $65 mil USD hasta los $100 mil USD dependiendo de la carga útil experimental que llevará, así como las características tecnológicas del sistema. Los costos son relativamente bajos comparados con los costos superiores a los $100 millones USD que requieren lo satélites artificiales comerciales, explorativos y militares.

Para mandar un CubeSat al espacio, es necesario realizar un flujo de proceso que va desde el diseño y fabricación del pico-satélite, una etapa de pruebas (temperaturas extremas y vibración), y finalmente una institución (generalmente privada) será la encargada de colocar a través de un sistema de despliegue al pico-satélite en el espacio. La etapa de diseño y desarrollo del CubeSat es posible realizarla a través de piezas y componentes de proveedores dedicados a los Pico-Satélites, donde el líder del mercado es la empresa Pumpkin Inc. con el conjunto de desarrollo integral CubeSat Kit; el cual es una plataforma completa experimental que provee de una estructura estandarizada y lista para usarse del CubeSat (es un satélite listo para mandarse al espacio que cuenta con el hardware mínimo previamente probado para realizar comunicaciones desde una órbita LEO), una laboratorio de hardware para pruebas en estación terrena, y un software como sistema operativo para el desarrollo de aplicaciones embebidas en el pico-satélite. Los kits de desarrollo de la empresa Pumpkin son utilizados por el 60% de los desarrolladores de CubeSats en el mundo. Las pruebas pueden ser realizadas en instituciones de índole aeroespacial respaldadas por agencias espaciales internacionales, en el caso de las pruebas de temperatura, el Instituto Internacional de Investigación de Stanford (RSI Internacional) realiza las mediciones de temperatura extrema bajo condiciones de vacío en cámaras diseñadas para los CubeSat, donde los pico-satélites son probados en condiciones de -30º y + 50º centígrados.

Fig. 2. Orden de CubeSats de izquierda a derecha: 1U, 1.5U, 2U, y 3U. Las imágenes pertenecen a The CubeSat Kit 3D CAD y son propiedad de Pumpkin, Inc. www.cubesatkit.com.

Existen diversas agencias aeroespaciales que ofrecen el servicio de lanzamiento de cargas útiles al espacio, una de ellas es Eurockot la cual ofrece lanzamiento de satélites comerciales en órbita LEO generalmente desde la plataforma ubicada en Plesetsk Rusia; la NASA es otra de las agencias aeroespaciales dedicadas al lanzamiento de material científico y comercial al espacio, ahora en conjunto con la Universidad Politécnica de California llevan un tratado para lanzar CubeSats cada determinada fecha, estos son llevados como cargas secundarias dentro de un dispositivo de despliegue en el espacio. Existen 4 tipos de dispositivos de despliegue: a) P-POD (por su definición en ingles Poly-Picosatellite Orbital Deployer) desarrollado por la Universidad de Stanford y la Universidad Politécnica de California, este sistema puede albergar hasta 3 pico-satélites de 1U; b) T-POD (Tokyo Pico-satellite Orbital Deployer) sostiene un solo pico-satélite de 1U; c) X-POD (eXperimental Push Out Deployer) fue diseñado por la Universidad de Toronto y tiene la peculiaridad de albergar diferentes tipos de satélites como pico-satélites y nano-satélites de dimensiones arbitrarias; d) SPL (Single Pico-Satellite Launcher) Sostiene un único CubeSat, la velocidad de despliegue puede ser definida por el usuario siendo 1m/s la estándar, es manufacturado por Astrofein.

Fig. 3. Desplegador Orbital de Pico-Satélite Poly (P-POD), Imagen de la Universidad Politécnica de California.

En el diseño y construcción de CubeSats interviene una convivencia multidisciplinaría ideal para ser desarrollados en ambientes académicos que permitan la exploración de la ciencia como un mecanismo detonante de oportunidades en grupos de investigación y de trabajo, trayendo un impacto tecnológico a las instituciones participantes y conservando la filosofía de la estandarización y código abierto. El sector educativo esta plenamente conciente que el despertar vocaciones en estudiantes en un momento temprano generará recursos humanos capaces de desempeñar investigaciones científicas en demanda de la industria y la sociedad para alcanzar nuevos retos, retomar viejos proyectos y realizar modificaciones y mejoras a sistemas ya existentes; el auge tecnológico presenta un panorama de aprovechamiento de recursos para estudiar y entender los medios y mecanismos que se mueven en el entorno de la convivencia de la humanidad y su medio ambiente.

Liga Oficial: www.cubesat.org

Septiembre 2009. Ing. Olmo Alonso Moreno Franco. The Robotics Institute of Yucatan.