Selecciona Edició
Connecta’t

L’embrió d’un clúster català de nanosatèl·lits

La UPC idea un sistema pioner per modelar la superfície terrestre i dues empreses volen posar en òrbita aquests ginys a baix cost

Un satèl·lit nascut a la UPC dins d'un aparell per simular la ingravidesa. Al fons, Adriano Camps amb un membre del seu equip.
Un satèl·lit nascut a la UPC dins d'un aparell per simular la ingravidesa. Al fons, Adriano Camps amb un membre del seu equip.

La regla general de la tecnologia és que a mesura que avança ens va nodrint d’aparells cada vegada més lleugers i amb un ventall creixent de funcionalitats. En la indústria espacial, aquesta teoria ha fet possible el naixement dels nanosatèl·lits, els germans petits dels satèl·lits artificials que pesen menys de deu quilos. Estan fabricats per poder girar al voltant de la Terra en òrbites baixes, molt més a prop del planeta que els seus germans grans, motiu que explica que necessitin molta menys energia per transmetre dades. Es preveu que el 2015 siguin tendència en el sector de la tecnologia i que en els pròxims anys diverses constel·lacions d’aquests nous habitants de l’espai aportin nous fluxos de dades que ens permetran controlar i conèixer millor el nostre planeta.

Els nanosatèl·lits oferiran  dades per conèixer millor la Terra

La Universitat Politècnica de Catalunya en sap molt de nanosatèl·lits. En el seu laboratori dedicat a aquests ginys ha ideat un sistema amb aspiració a ser pioner a modelar la superfície terrestre. Els esculls més importants per aquests satèl·lits són el cost econòmic i la burocràcia lligats a la posada en òrbita. Fixades en aquest entrebanc, dues empreses catalanes han ideat sistemes per fer els llançaments més econòmics. Una d’elles té previst fer-los des de l’aeroport de Lleida-Alguaire. Juntament amb la universitat conformen parts d’un embrió del que es podria arribar a convertir en un clúster de referència d’aquesta disciplina.

El nanosatèl·lit 3-Cat2. ampliar foto
El nanosatèl·lit 3-Cat2.

Els GPS que utilitzem gairebé a diari ens proporcionen amb exactitud les coordenades del punt on ens trobem. No obstant això, no ens informen de manera precisa de l’alçada respecte del nivell del mar, segons Adriano Camps, codirector del laboratori de la UPC dedicat als nanosatèl·lits, el NanoSat Lab. “Pots estar vora el mar i que el GPS et digui que estàs a 160 metres”, afirma. Aquest “error” es deu al fet que els sistemes de posicionament global ofereixen habitualment l’alçada d’un punt determinat respecte d'un model matemàtic aproximat que representa la superfície de la Terra, un el·lipsoide anomenat WGS84.

El nanosatèl·lit més flamant de la UPC té com a objectiu calcular les alçades de la Terra de manera precisa tenint en compte, fins i tot, que el planeta presenta també irregularitats al nivell del mar. No sempre es troba als zero metres. Als oceans hi ha zones més altes que d’altres a causa dels corrents i de la batimetria -el relleu del fons marítim-, detalla Camps, professor del Departament de Teoria de la Senyal de la UPC. El nanosatèl·lit batejat com a 3Cat-2 donarà voltes sobre la Terra a uns 600 quilòmetres. Des d’allà rebrà senyals dels sistemes de posicionament global –l’americà GPS, el rus GLONASS i el futur europeu Galileo- situats a més de 20.000 quilòmetres per sobre del planeta. Per calcular l’alçada real d’un punt determinat de la superfície terrestre, el nanosatèl·lit disposa d’un sensor que rebrà el senyal del satèl·lit “gran” de posicionament reflectit a sobre de la superfície de la Terra. La tècnica s’anomena GNSS-R.

Senyals de posicionament reflectides a la superfície de la Terra.
Senyals de posicionament reflectides a la superfície de la Terra.

Camps detalla que, per fer-se una idea de la tècnica, els grans satèl·lits dels sistemes de posicionament es poden considerar “sols” artificials que emeten uns senyals que es reflecteixen sobre la Terra, com ho fan els rajos solars, i “reboten” cap al nanosatèl·lit. De fet, tan els senyals dels satèl·lits com els rajos del Sol són ones electromagnètiques, però de diferent freqüència. El càlcul de l’alçada es fa per geometria a partir de la diferència dels temps que el senyal GPS tarda a arribar de manera directa i de manera reflectida al nanosatèl·lit. “D’alguna manera és com saber a quina distància tens una paret si saps el temps que ha trigat l’eco en anar i tornar, des que es va transmetre el so”, exemplifica Adriano Camps.

En un futur, el nanosatèl·lit ideat a la UPC, vinculat a la tesi del doctorant Hugo Carreño, podria ser útil per l’estudi dels corrents dels oceans i l’onatge. A la llarga, també capaç de modelar totes les alçades de la superfície terrestre gràcies a una tècnica que ha revolucionat la geodèsia perquè no ha de transmetre cap senyal -agafa les dels GPS- i ofereix la variació dinàmica de les alçades. Probablement, segons Camps, pot servir també més endavant per mesurar les capes de gel a la criosfera o la humitat del sòl. De moment, la UPC ha provat aquest sistema penjant l'instrument que anirà a bord del nanosatèl·lit d’un globus aerostàtic, a trenta quilòmetres d’alçada, i funciona correctament.

Senyal de GPS reflectida la intensitat de la qual varia en funció del terreny. ampliar foto
Senyal de GPS reflectida la intensitat de la qual varia en funció del terreny.

El proper pas serà provar el 3Cat-2 des de l’espai. Per a això farà falta esperar una mica. L’expedient de contractació per llançar-lo s’ha pactat en les últimes setmanes i està previst que s'executi a finals del 2015 o a principis del 2016. El cost del llançament serà de 310.000 euros. Està previst també tancar un acord per tal que la universitat catalana pugui provar aquesta tecnologia a l’Estació Espacial Internacional, que podria esdevenir realitat l’any 2018.

La UPC té un altre model de nanosatèl·lit, el primer que va desenvolupar, que està previst que arribi a l’espai el juliol del 2015 carregat amb una sèrie d’experiments. De fet, ja hauria d’estar en òrbita actualment, però la crisi entre Ucraïna i Rússia ho ha impedit, ja que el giny s’havia de llançar l’estiu passat des d’un coet rus. Finalment, es posarà en òrbita des d’un coet americà, el Falcon 9 de l’empresa SpaceX, amb un cost d’entre 80.0000 i 100.000 euros sufragat per l’Institut d’Estudis Espacials de Catalunya, segons detalla Adriano Camps. Actualment l’única manera de llançar nanosatèl·lits a l’espai és aprofitant el viatge de coets que efectuen llançaments de satèl·lits més grans. El principal impediment d’aquest sistema és que “fas la paperassa un any i mig, dos anys abans”, comenta el responsable del NanoSat Lab.

Llançar un nanosatèl·lit requereix uns dos anys de planificació 

L’empresa Celestia Aerospace s’ha constituït a Barcelona per posar nanosatèl·lits en òrbita en menys de dues setmanes. El seu objectiu és fer possible que qualsevol pime pugui fer experiments a l’espai amb una gravetat que, a 600 quilòmetres de la Terra, és pràcticament nul·la. La companyia de Gloria Garcia-Cuadrado se centra en uns nanosatèl·lits capaços de provar processos de cristal·lització amb aplicacions al sector farmacèutic i el dels semiconductors. L’empresa té establert un acord amb el NanoSat Lab de la UPC per a la seva fabricació.

Celestia Aerospace vol llançar els petits satèl·lits amb un avió i un coet amb l’aparença que a tots ens ve al cap, com el d’en Tintin, mentre que una altra companyia sorgida a Catalunya, amb seu a Cerdanyola del Vallès, Zero2Infinity, vol efectuar els llançaments amb un globus aerostàtic amb un coet penjat amb forma de dos dònuts, un a dintre de l’altre i amb un aparell amb forma de magdalena al mig. La companyia que dirigeix José Mariano López-Urdiales ja ha dut a terme algunes proves amb el globus. Tot i això, igual que Celestia Aerospace, té previst efectuar els primers llançaments entre el 2016 i el 2017.

Mètode de López-Urdiales per llançar nanosatèl·lits des d'un globus. ampliar foto
Mètode de López-Urdiales per llançar nanosatèl·lits des d'un globus.

Ens enfilem cap a l’espai amb aquestes dues companyies per veure com tenen previst travessar l’atmosfera.

0 metres. Un globus amb heli –com els de les fires- que acabarà fent 40 metres de diàmetre perquè es va inflant a mesura que puja serà l’instrument que en José Mariano farà servir per enlairar el peculiar coet que ha dissenyat per llançar els nanosatèl·lits. Es tracta d’un mètode ja provat els anys 50 però que es va acabar abandonant perquè no era vàlid per aixecar satèl·lits d’un pes considerable. Ara torna a ser útil. El llançament es farà en un petit vaixell a les Illes Canàries, ubicació escollida per les seves característiques meteorològiques. Empopant l’embarcació i fent-la anar a la mateixa velocitat del vent s’aconsegueix inflar el globus sense problemes i comença a pujar cap amunt.

300 metres. A la terra ferma, una mica per sobre del nivell del mar, la Gloria situa els seus llançaments a l’aeroport de Lleida-Alguaire per qüestions de proximitat amb l’empresa, tot i que encara està en procés de negociació amb aquest i altres aeroports poc –o gairebé gens- transitats, com el de Terol i el de Castelló. Celestia Aerospace té previst comprar un avió MiG-29 desmilitaritzat de dues places: una per al pilot i l’altra per al client, que podrà participar en el llançament del satèl·lit i veure la Terra des de ben amunt, ja amb la superfície corbada. Juntament amb ells, està previst que viatgi un míssil modificat amb el nanosatèl·lit a dintre. L’avió s’enlairarà de l’aeroport com un vol tradicional.

J.M. López amb un giny que ja ha volat a l'espai. ampliar foto
J.M. López amb un giny que ja ha volat a l'espai.

20-25 quilòmetres. En arribar a aquesta distància respecte del planeta, en José Mariano té previst que s’encenguin els motors del seu coet, que explica que no cal que sigui punxegut perquè a aquella alçada ja no cal superar el fort fregament de l’atmosfera. La forma de dònut es deu al fet que permet emmagatzemar més combustible, segons detalla López-Urdiales. El coet porta una bugia d’encesa per començar a cremar el gas natural liquat que porta. Com s’encén la flama sense gairebé oxigen? L’aparell també en porta, en estat líquid, per fer-ho possible. És curiós també com està previst que el coet es desenganxi del globus: amb material pirotècnic per trencar els cables d’unió. Quan s’acaba el combustible del dònut més gran, es deixa anar l’estructura buida. Queda el dònut petit i la magdalena. Quan s’acaba el combustible del dònut petit, resta la magdalena sola i va ascendint cap a l’espai amb el nanosatèl·lit a dins.

Celestia Aerospace arribarà a aquesta alçada amb un avió que portarà a bord el pilot i el client, que serà partícip del llançament. En aquest punt es deixarà anar un míssil modificat que serà l’encarregat de fer el tram final i més llarg del llançament que, si tot va bé, culminarà amb la posada en òrbita.

600 quilòmetres. Arribem al destí dels nanosatèl·lits, a l’anomenada òrbita baixa. La magdalena de López-Urdiales haurà d’haver arribat a prou velocitat com per poder deixar el nanosatèl·lit en òrbita. La velocitat és la clau de l’èxit, segons explica en José Mariano ja que, si el nanosatèl·lit no rep prou embranzida, pot caure cap a la Terra. Arribar fins aquí amb Zero2Infinity costarà uns “pocs milions d’euros”, segons detalla el CEO de la companyia, tot i que insisteix que el preu no és un factor important en aquest sector. Segons ell, preval més un servei que avui dia encara no s’ofereix i explica que ha rebut ja diverses ofertes per efectuar llançaments. La companyia, que se centrarà exclusivament en la posada en òrbita i no en el desenvolupament de nanosatèl·lits, té calculat el cost de l’operació tenint en compte que no es podrà reaprofitar cap part del coet. Malgrat això, la companyia treballa amb la idea de poder arribar a recuperar gran part del dispositiu.

Gloria Garcia-Cuadrado vol llançar els satèl·lits des d'un avió. ampliar foto
Gloria Garcia-Cuadrado vol llançar els satèl·lits des d'un avió.

Fins aquí també està previst que arribin els petits satèl·lits llançats per Celestia Aerospace. El preu estimat per cada llançament serà de 200.000 euros, 50.000 per al desenvolupament del satèl·lit, 100.000 pel llançament i 50.000 per la gestió de l’aparell una vegada a l’espai, on tindrà una vida útil d’entre 2 i 5 anys perquè a 600 quilòmetres de la Terra encara hi ha “restes d’una atmosfera molt tènue” que fa que els nanosatèl·lits vagin perdent alçada, explica Garcia-Cuadrado. La CEO de Celestia Aerospace comenta que aquest fregament també afecta l’Estació Espacial Internacional, que “cada cert temps ha d’activar un sistema de propulsió”.

A banda del llançament de nanosatèl·lits, Zero2Infinity està treballant en un projecte de turisme espacial i actualment fa negoci amb l’obtenció d’imatges de la Terra amb càmeres que pengen de globus aerostàtics. Segons López-Urdiales, actualment l’empresa rep finançament per part de “la Caixa” i d’Ultramagic, “principal fabricant mundial de globus”. Celestia Aerospace, que es presenta com a impulsora d’una “democratització de l’espai”, explica que té emparaulat un finançament de 50 milions d’euros i també té previst treure partit de l’avió que adquirirà amb finalitats turístiques.

Càmeres 'Go Pro' que Zero2Infinity envia a l'espai. ampliar foto
Càmeres 'Go Pro' que Zero2Infinity envia a l'espai.

“La gent que treballem a la universitat, quan publiquem un resultat, n’hem d’estar requetesegurs” i “les empreses tenen una aproximació diferent, poden ser més agosadades, han de buscar clients”, diu Adriano Camps preguntat per si veu factibles les propostes de Zero2Infinity i Celestia Aerospace. Sobre el procediment de López-Urdiales, afegeix que a ell li consta que mai s’ha fet res similar però reconeix que “li pot sortir bé”. “A principis dels anys 90 es va fer una prova que consistia a carregar-se un satèl·lit en òrbita baixa des d’un avió militar llançant un pepino i va funcionar”, explica el codirector del NanoSat Lab. En aquest sentit, comenta que la idea de Celestia Aerospace podria prosperar i que no la veu “esbojarrada”, ja que consisteix a treure l’explosiu del míssil i canviar-lo per un desplegador de satèl·lits.

La UPC, l’Ajuntament de Barcelona, la UB, la Universitat de Florida i l’Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya van signar fa mig any un acord amb l’objectiu de crear el Centre de Tecnologies i Aplicacions per a petits satèl·lits (CENSAT), que està previst que estigui operatiu i amb seu a Barcelona a finals del 2015. Té com a objectiu reforçar “el lideratge de Barcelona en l’àmbit de les smart cities” amb una “estreta col·laboració amb l’empresa privada”. En la presentació d’aquest projecte es va destacar que està previst que la indústria dels satèl·lits petits creixi en un 23,8% anual entre el 2014 i el 2020. Es va ressaltar, així mateix, que Catalunya pot “excel·lir” en aquest àmbit, pel coneixement de què es disposa en matèria aeroespacial.

El sector dels  satèl·lits podria encaixar amb la nova economia

“Si som pocs, el normal és afegir esforços”, afirma Camps respecte la creació del CENSAT, que al mateix temps que destaca la importància de la sintonia entre el coneixement tecnològic adquirit en grups de recerca com el seu i de la iniciativa privada que es materialitza en companyies com Zero2Infinity i Celestia Aerospace. En aquest sentit, comenta que aquestes empreses podrien ajudar a superar “un dels colls d’ampolla” en l’univers dels nanosatèl·lits, el llançament. Considera que també és imprescindible el paper de l’administració pública. En aquest punt, el professor de la UPC comenta que té coneixement que Celestia Aerospace ho té més complicat en les negociacions amb “els aeroports que són més propers”. El CEO de Zero2Infinity té clar que si la legislació espanyola no s'adapta al seu projecte, l'anirà a desenvolupar a un altre lloc. "Si no la pifiem, que amb això som especialistes i dic som amb les quatre barres”, el sector dels nanosatèl·lits podria encaixar en la “nova economia” de què es parla, “no depenent del totxo”, conclou Camps.

Les missions dels petits satèl·lits

"La gravetat emmascara molts processos”, afirma Gloria Garcia-Cuadrado, per introduir les utilitats dels nanosatèl·lits. Una de les aplicacions en què ha pensat és el de la cristal·lització, la formació de cristalls molt ordenats sense forces en contacte. Es tracta d’un procés que té aplicacions a la indústria farmacèutica i que podria ajudar a desenvolupar nous medicaments i vacunes. Els resultats obtinguts, però, s’haurien d’observar des de la distància perquè ara per ara seria impossible retornar el nanosatèl·lit amb el seu contingut a la Terra. Al cap de tres anys, aquest tipus de dispositius es desintegren per haver perdut massa alçada.

Preguntat per les aplicacions dels petits satèl·lits, José Mariano López-Urdiales ens transporta fins als grans oleoductes de petroli de Mèxic on comenta que cada any es perden 5.000 milions de dòlars en robatoris. Com que hi ha molts quilòmetres de canonades, és molt difícil vigilar-los tots en temps real amb càmeres de seguretat o drones. El CEO de Zero2Infinity proposaria en aquest cas crear una constel·lació de 100 nanosatèl·lits amb càmeres per vigilar les instal·lacions, un sistema que presenta com a efectiu i discret. També proposa l’ús de nanosatèl·lits per cobrir zones poc poblades i sense connexió de dades mòbils, principalment en la línia de la idea de la Internet de les coses.

El 3Cat-1 de la UPC portarà diversos experiments a bord. Un d’ells serà la prova d’unes noves cèl·lules d’energia solars de silici que han crescut al Campus Nord de la universitat, més fàcils d’instal·lar als satèl·lits que les tradicionals. També estudiarà com es comporta l’energia elèctrica a l’espai en la línia de poder-la transmetre sense cap cable, a través d’ones electromagnètiques, aprofitant que sense gravetat, d’alguna manera, els electrons floten. Aquesta aplicació seria molt útil a l’espai quan s’envien diversos dispositius que estan a prop l’un de l’altre, ja que permetria que es passessin electricitat entre ells i, per tant, no tots haurien de portar incorporats sistemes generadors.

MÉS INFORMACIÓ