Tendencias Científicas
El nanosatélite CubeCat-1, de 10 centímetros cúbicos. Fuente: UPC.
La Universitat Politècnica de Catalunya · BarcelonaTech (UPC), a través de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de Barcelona (ETSETB) y con el apoyo del Instituto de Estudios Espaciales de Cataluña (IEEC), ha apostado por la docencia, la investigación y la cualificación de tecnologías y aplicaciones destinadas a viajar al espacio.
La fórmula elegida es la creación del Laboratorio de Cargas Útiles y Pequeños Satélites NanoSat Lab, donde se desarrolla el pequeño satélite CubeCat-1 (3Cat-1), que viajará al espacio con seis experimentos a bordo en 2014.
Concebido para funcionar como una constelación de satélites, 3Cat-1 es uno de los primeros nanosatélites del mundo que incorpora en una sola plataforma más de una carga útil, es decir, más de un elemento para estudiar en el espacio.
El lanzamiento del 3Cat-1 permitirá hacer in situ experimentos científicos y analizar el comportamiento de un material o de una tecnología. Estas cargas pueden definirse, por tanto, como "demostradores tecnológicos". Parte de esta tecnología existe en el mercado y tiene un uso tan cotidiano como los chips o los transmisores receptores de comunicaciones inalámbricas de los teléfonos móviles.
El proyecto 3Cat-1, que se desarrolla en el NanoSat Lab, es objeto de la tesis doctoral de Roger Jové, en el que trabajan un equipo de 11 estudiantes en el marco de la asignatura Proyectos Avanzados de Ingeniería. Esta iniciativa, en la que participan otros investigadores de la UPC, tiene una misión concreta: la creación y el lanzamiento en el espacio de un nanosatélite de tercera generación, preparado para hacer seis experimentos a bordo. Este se pondrá en órbita en alguno de los lanzamientos previstos por las agencias espaciales internacionales en el año 2014.
En las últimas dos décadas, la Universidad ha promovido especialmente la investigación en el ámbito de las tecnologías y aplicaciones vinculadas al espacio, que se ha plasmado en la participación de investigadores e investigadoras en misiones espaciales internacionales de gran envergadura o en vuelos parabólicos donde los estudiantes han experimentado en condiciones de microgravedad.
Desde diversos campos, que van desde la astronomía y la astrodinámica, la navegación por satélite o la observación de la Tierra, hasta las comunicaciones ópticas, las antenas y los circuitos de radiofrecuencia, se han generado en la Universidad conocimientos, recursos y equipamientos. Parte de esos avances han cristalizado en la creación del NanoSat Lab, una iniciativa interdepartamental, favorecida por la ETSETB de la UPC con el apoyo del IEEC. Está ubicado en el Campus Norte de la UPC y dirigido por Adriano Camps, profesor del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones, junto con los profesores Juan Ramos y Eduard Alarcón, del Departamento de Ingeniería Electrónica,
Ventajas económicas
Los pequeños satélites tienen también ventajas económicas: por un lado, requieren una inversión muy inferior a la de los satélites. Si un nanosatélite puede costar entre cien y doscientos mil euros, un satélite convencional puede implicar una inversión muy superior. Por otra parte, se pueden poner en órbita aprovechando otros lanzamientos. Por tanto, estos sistemas abren la puerta a iniciativas espaciales menos costosas, como las que se están realizando en el NanoSat Lab.
Una de las tecnologías que se ensayará en el 3Cat-1 será un transistor de grafeno desarrollado por el profesor Max Lemme, del Real Instituto de Tecnología (KTH) de Estocolmo (Suecia). Los transistores son componentes hechos con silicio que forman parte de la mayoría de dispositivos electrónicos de uso común. La idea en la que trabaja el grupo del KTH es hacer transistores con grafeno para aplicarlos en tecnologías espaciales. El experimento dentro del 3Cat-1 servirá para comprobar el comportamiento del grafeno en las condiciones del espacio.
También se analizará cómo afecta al impacto de partículas energéticas altamente cargadas mediante un contador Geiger comercial, un instrumento que mide las partículas radiactivas y las radiaciones ionizantes. El propio contador servirá también para medir el impacto de la radiación en otros experimentos que se ensayarán a bordo del nanosatélite.
Asimismo se ensayará con células solares desarrolladas por el profesor Pablo Ortega, del Departamento de Ingeniería Electrónica, concebidas para tener un buen rendimiento en el espacio, y polímeros que se utilizan habitualmente en componentes electrónicos.
Otro experimento, desarrollado por los profesores Manuel Domínguez y Joan Pons y el doctorando Sergi Gorreta, es un sistema microelectromecánico resonante que servirá para monitorizar, por primera vez in situ, cómo el oxígeno monoatómico ataca un polímero, de interés en aplicaciones electrónicas. El oxígeno monoatómico es muy reactivo y está presente en órbitas de baja altura.
A bordo del nanosatélite también se pondrá a prueba un nuevo sistema de recolección de energía ambiental creado en NanoSat Lab. Esta tecnología se basa en la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior del pequeño satélite (entre 5 °C y 10 °C). El objetivo es que alimente perpetuamente la baliza de telecomunicaciones que identifica el 3Cat-1, incluso más allá de la vida útil del minúsculo aparato.
En el mismo 3Cat-1 se comprobará el funcionamiento de una tecnología desarrollada por transmitir, sin hilo, energía al espacio. Es el campo en el que trabaja Elisenda Bou en su tesis doctoral, que desarrolla a lomos de la ETSETB y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de Estados Unidos. La transferencia de energía sin cables es una técnica que permite distribuir energía eléctrica sin apoyo material y que podría aplicarse a dispositivos del hogar, como móviles, televisores o la Internet de las cosas.
En este caso, la investigación de Elisenda Bou, financiada por Thales Alenia Space España, se basa en la utilización de satélites modulares, es decir, de conjuntos de módulos especializados que, conectados entre sí, actúan como un solo satélite. Pero hay que saber cómo les afecta el plasma presente en el espacio y si se degrada o no el enlace de energía inalámbrico.
La fórmula elegida es la creación del Laboratorio de Cargas Útiles y Pequeños Satélites NanoSat Lab, donde se desarrolla el pequeño satélite CubeCat-1 (3Cat-1), que viajará al espacio con seis experimentos a bordo en 2014.
Concebido para funcionar como una constelación de satélites, 3Cat-1 es uno de los primeros nanosatélites del mundo que incorpora en una sola plataforma más de una carga útil, es decir, más de un elemento para estudiar en el espacio.
El lanzamiento del 3Cat-1 permitirá hacer in situ experimentos científicos y analizar el comportamiento de un material o de una tecnología. Estas cargas pueden definirse, por tanto, como "demostradores tecnológicos". Parte de esta tecnología existe en el mercado y tiene un uso tan cotidiano como los chips o los transmisores receptores de comunicaciones inalámbricas de los teléfonos móviles.
El proyecto 3Cat-1, que se desarrolla en el NanoSat Lab, es objeto de la tesis doctoral de Roger Jové, en el que trabajan un equipo de 11 estudiantes en el marco de la asignatura Proyectos Avanzados de Ingeniería. Esta iniciativa, en la que participan otros investigadores de la UPC, tiene una misión concreta: la creación y el lanzamiento en el espacio de un nanosatélite de tercera generación, preparado para hacer seis experimentos a bordo. Este se pondrá en órbita en alguno de los lanzamientos previstos por las agencias espaciales internacionales en el año 2014.
En las últimas dos décadas, la Universidad ha promovido especialmente la investigación en el ámbito de las tecnologías y aplicaciones vinculadas al espacio, que se ha plasmado en la participación de investigadores e investigadoras en misiones espaciales internacionales de gran envergadura o en vuelos parabólicos donde los estudiantes han experimentado en condiciones de microgravedad.
Desde diversos campos, que van desde la astronomía y la astrodinámica, la navegación por satélite o la observación de la Tierra, hasta las comunicaciones ópticas, las antenas y los circuitos de radiofrecuencia, se han generado en la Universidad conocimientos, recursos y equipamientos. Parte de esos avances han cristalizado en la creación del NanoSat Lab, una iniciativa interdepartamental, favorecida por la ETSETB de la UPC con el apoyo del IEEC. Está ubicado en el Campus Norte de la UPC y dirigido por Adriano Camps, profesor del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones, junto con los profesores Juan Ramos y Eduard Alarcón, del Departamento de Ingeniería Electrónica,
Ventajas económicas
Los pequeños satélites tienen también ventajas económicas: por un lado, requieren una inversión muy inferior a la de los satélites. Si un nanosatélite puede costar entre cien y doscientos mil euros, un satélite convencional puede implicar una inversión muy superior. Por otra parte, se pueden poner en órbita aprovechando otros lanzamientos. Por tanto, estos sistemas abren la puerta a iniciativas espaciales menos costosas, como las que se están realizando en el NanoSat Lab.
Una de las tecnologías que se ensayará en el 3Cat-1 será un transistor de grafeno desarrollado por el profesor Max Lemme, del Real Instituto de Tecnología (KTH) de Estocolmo (Suecia). Los transistores son componentes hechos con silicio que forman parte de la mayoría de dispositivos electrónicos de uso común. La idea en la que trabaja el grupo del KTH es hacer transistores con grafeno para aplicarlos en tecnologías espaciales. El experimento dentro del 3Cat-1 servirá para comprobar el comportamiento del grafeno en las condiciones del espacio.
También se analizará cómo afecta al impacto de partículas energéticas altamente cargadas mediante un contador Geiger comercial, un instrumento que mide las partículas radiactivas y las radiaciones ionizantes. El propio contador servirá también para medir el impacto de la radiación en otros experimentos que se ensayarán a bordo del nanosatélite.
Asimismo se ensayará con células solares desarrolladas por el profesor Pablo Ortega, del Departamento de Ingeniería Electrónica, concebidas para tener un buen rendimiento en el espacio, y polímeros que se utilizan habitualmente en componentes electrónicos.
Otro experimento, desarrollado por los profesores Manuel Domínguez y Joan Pons y el doctorando Sergi Gorreta, es un sistema microelectromecánico resonante que servirá para monitorizar, por primera vez in situ, cómo el oxígeno monoatómico ataca un polímero, de interés en aplicaciones electrónicas. El oxígeno monoatómico es muy reactivo y está presente en órbitas de baja altura.
A bordo del nanosatélite también se pondrá a prueba un nuevo sistema de recolección de energía ambiental creado en NanoSat Lab. Esta tecnología se basa en la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior del pequeño satélite (entre 5 °C y 10 °C). El objetivo es que alimente perpetuamente la baliza de telecomunicaciones que identifica el 3Cat-1, incluso más allá de la vida útil del minúsculo aparato.
En el mismo 3Cat-1 se comprobará el funcionamiento de una tecnología desarrollada por transmitir, sin hilo, energía al espacio. Es el campo en el que trabaja Elisenda Bou en su tesis doctoral, que desarrolla a lomos de la ETSETB y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) de Estados Unidos. La transferencia de energía sin cables es una técnica que permite distribuir energía eléctrica sin apoyo material y que podría aplicarse a dispositivos del hogar, como móviles, televisores o la Internet de las cosas.
En este caso, la investigación de Elisenda Bou, financiada por Thales Alenia Space España, se basa en la utilización de satélites modulares, es decir, de conjuntos de módulos especializados que, conectados entre sí, actúan como un solo satélite. Pero hay que saber cómo les afecta el plasma presente en el espacio y si se degrada o no el enlace de energía inalámbrico.
Una plataforma educativa
Hace dos años, señala la UPC en una nota de prensa, la ETSETB apostó por los nanosatélites como la temática estrella de la asignatura Proyectos Avanzados de Ingeniería, en la que los estudiantes trabajan en grupo para alcanzar un proyecto concreto y complejo. Los nanosatélites son aparatos de pequeño volumen (unos diez centímetros cúbicos), con un peso inferior a un kilogramo y que se pueden desarrollar entre grupos de estudiantes.
Se trata de un sistema complejo que contiene toda la carrera de ingeniería de telecomunicaciones y de electrónica, y, por tanto, una plataforma educativa ideal para poner en práctica conocimientos adquiridos de tecnologías espaciales. Desde hace dos años, la extensión de su uso a funciones científicas y de comunicaciones ha significado la democratización del acceso al espacio.
El diseño del 3Cat-1, que recibió un fuerte impulso el curso pasado por parte de los estudiantes de la ETSETB, está hecho a base de módulos que podrán aprovecharse en futuras generaciones del pequeño satélite. De hecho, ya se trabaja en la segunda versión, el 3Cat-2, objeto de la tesis doctoral de Hugo Carreño. La nueva versión tiene un tamaño similar a la de un folio (20x30 cm y 10 cm) y contendrá cargas útiles enfocadas a la teledetección, mediante señales de oportunidad GPS reflejadas en la superficie del mar.
Tanto en la concepción del ingenio como en los avances que viajarán al interior, en el 3Cat-1 han participado también estudiantes de grado, de máster y de doctorado, así como otros profesores y personal investigador de la UPC o de otros centros de investigación.
El NanoSat Lab se ha convertido, en dos años, en una infraestructura que utilizan una treintena de personas y que está abierta a los estudiantes y la comunidad científica. Desde el pasado marzo también está al servicio de las pequeñas o medianas empresas y entidades o colectivos que quieran lanzar pequeños satélites en el espacio. Y es que, como cuentan sus directores, el NanoSat Lab es una de las pocas instalaciones europeas (las más próximas están en Madrid y Toulouse) que dispone de los recursos necesarios para calificar, tanto tecnológicamente como desde el punto de vista normativo, los componentes que hay que poner en órbita. Éstos, que generalmente tienen un origen comercial y están diseñados para tener una vida útil a la Tierra, tienen que resistir las vibraciones del lanzamiento, así como los efectos de los ciclos térmicos extremos o de las partículas ionizantes (radiación solar).
Otro nanosatélite español
El satélite artificial Nanosat-1B, del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), fue lanzado en julio pasado, y su función es la comunicación entre bases remotas, como la Antártica, el buque Hespérides y España.
El Nanosat-1B, de 22 kilos, tiene forma de tetradecaedro, 14 caras, y está cubierto por paneles solares en casi todas ellas. En su interior contiene tres experimentos: un detector de protones que ayudará a caracterizar el ambiente de radiación espacial, un sensor de dosis acumulada de radiación y otro de magnetoimpedancia, y un sensor solar de última generación, que permite orientar el satélite.
Hace dos años, señala la UPC en una nota de prensa, la ETSETB apostó por los nanosatélites como la temática estrella de la asignatura Proyectos Avanzados de Ingeniería, en la que los estudiantes trabajan en grupo para alcanzar un proyecto concreto y complejo. Los nanosatélites son aparatos de pequeño volumen (unos diez centímetros cúbicos), con un peso inferior a un kilogramo y que se pueden desarrollar entre grupos de estudiantes.
Se trata de un sistema complejo que contiene toda la carrera de ingeniería de telecomunicaciones y de electrónica, y, por tanto, una plataforma educativa ideal para poner en práctica conocimientos adquiridos de tecnologías espaciales. Desde hace dos años, la extensión de su uso a funciones científicas y de comunicaciones ha significado la democratización del acceso al espacio.
El diseño del 3Cat-1, que recibió un fuerte impulso el curso pasado por parte de los estudiantes de la ETSETB, está hecho a base de módulos que podrán aprovecharse en futuras generaciones del pequeño satélite. De hecho, ya se trabaja en la segunda versión, el 3Cat-2, objeto de la tesis doctoral de Hugo Carreño. La nueva versión tiene un tamaño similar a la de un folio (20x30 cm y 10 cm) y contendrá cargas útiles enfocadas a la teledetección, mediante señales de oportunidad GPS reflejadas en la superficie del mar.
Tanto en la concepción del ingenio como en los avances que viajarán al interior, en el 3Cat-1 han participado también estudiantes de grado, de máster y de doctorado, así como otros profesores y personal investigador de la UPC o de otros centros de investigación.
El NanoSat Lab se ha convertido, en dos años, en una infraestructura que utilizan una treintena de personas y que está abierta a los estudiantes y la comunidad científica. Desde el pasado marzo también está al servicio de las pequeñas o medianas empresas y entidades o colectivos que quieran lanzar pequeños satélites en el espacio. Y es que, como cuentan sus directores, el NanoSat Lab es una de las pocas instalaciones europeas (las más próximas están en Madrid y Toulouse) que dispone de los recursos necesarios para calificar, tanto tecnológicamente como desde el punto de vista normativo, los componentes que hay que poner en órbita. Éstos, que generalmente tienen un origen comercial y están diseñados para tener una vida útil a la Tierra, tienen que resistir las vibraciones del lanzamiento, así como los efectos de los ciclos térmicos extremos o de las partículas ionizantes (radiación solar).
Otro nanosatélite español
El satélite artificial Nanosat-1B, del Instituto Nacional de Técnica Aeroespacial (INTA), fue lanzado en julio pasado, y su función es la comunicación entre bases remotas, como la Antártica, el buque Hespérides y España.
El Nanosat-1B, de 22 kilos, tiene forma de tetradecaedro, 14 caras, y está cubierto por paneles solares en casi todas ellas. En su interior contiene tres experimentos: un detector de protones que ayudará a caracterizar el ambiente de radiación espacial, un sensor de dosis acumulada de radiación y otro de magnetoimpedancia, y un sensor solar de última generación, que permite orientar el satélite.
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