CubeSat, la democratización de la carrera espacial Yasser Said López de Olmos Reyes El Sputnik 1, el primer satélite artificial que alcanzó una órbita estable alrededor de la Tierra en 1957, inició, sin lugar a dudas, una de las aventuras más apasionantes de la humanidad. Protagonizada por la URSS y los EUA, la llamada carrera espacial fue uno de los frentes de la Guerra Fría y el lanzamiento del Sputnik 1 fue el disparo de salida. Aunque oficialmente la carrera espacial finalizó en 1975 con la colaboración de astronautas estadounidenses y cosmonautas rusos, las agencias espaciales gubernamentales no dejaron de fundarse en todo el mundo y en la actualidad, gracias a especificaciones de dominio público como CubeSat, la carrera se ha vuelto una estampida en la que cualquiera puede participar. El desarrollo de los primeros satélites artificiales constituyó el mayor esfuerzo CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 1 de las potencias económicas y militares del planeta al final de la década de 1950. El Sputnik 1 fue la culminación del trabajo de científicos soviéticos brillantes como Tsiolkovskii, Korolev y Keldysh, pero también jugaron un papel importante las consecuencias bélicas de la Segunda Guerra Mundial. Resultaba imperativo obtener cualquier ventaja con respecto a la otra potencia, el espionaje estaba en su apogeo y poner en órbita un instrumento tecnológico significaba una ventaja importante en términos estratégicos y de propaganda. El Sputnik 1 era un satélite de poco más de 80 kg que podía completar su órbita en poco más de una hora y media. La NASA compara su tamaño con el de una pelota de playa; poseía cuatro “patas” de casi tres metros de largo, probablemente relacionadas con el estudio de la transferencia de las ondas de radio en la atmósfera. Fue un satélite que orbitó durante dos o tres meses y casi cualquiera podía verlo con el uso de binoculares en determinadas condiciones del día, incluso los radioescuchas podían sintonizar su intermitente “beep” entre los 20 y 40 MHz; esta presencia continua causó una histeria colectiva en Estados Unidos. Ingeniero no identificado trabajando en el Sputnik 1 CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 2 Del más chico al más grande A diferencia de otras tecnologías de la segunda mitad del siglo XX, la tendencia en la construcción de satélites artificiales no era exclusivamente la miniaturización o la compactación, sino la ampliación de sus funciones. Tan es así que en 2002 la Agencia Espacial Europea (AEE) lanzó un satélite de más de ocho toneladas, el Envisat, cuya misión fue monitorear la superficie terrestre con diez diferentes sensores y que jugó un papel importante en el manejo del derrame petrolero del Golfo de México en el 2010. Una “monster truck” tiene el tamaño y la masa aproximada de un satélite grande como el Envisat. A menudo es posible encontrarse con una clasificación de pequeños satélites basada en su masa. A inicios de este año, 2014, la empresa estadounidense SpaceWorks publicó un estudio de mercado sobre nanosatélites, microsatélites y la demanda de sus lanzamientos donde ofrece la siguiente clasificación: CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 3 Masa (kg) Femtosatélites 0.01 – 0.1 Picosatélites < 1 Nanosatélites 1 – 10 Microsatélites 10 – 100 Satélites pequeños 100 – 500 Con base en lo anterior se puede afirmar que la carrera espacial comenzó con los microsatélites y por sus tamaños ha ido en las dos direcciones. Dados los objetivos de estos aparatos, el aumento en la diversidad de sus usos es la regla. ¿CubeSat es el nanosatélite estándar? CubeSat es una denominación adoptada para aquellos satélites que cumplen con un conjunto de especificaciones de diseño que en 1999 Jordi Puig-Suari de la Universidad Politécnica Estatal de California (Cal Poly), publicó conjuntamente con Robert Twiggs de la Universidad de Stanford. El tamaño típico de un CubeSat es de 10x10x10 cm; estas dimensiones determinan su forma de hexaedro regular en la que se considera, entre otras cosas, la superficie expuesta a la luz solar y la capacidad para cargar los diferentes componentes electrónicos de los proyectos que utilizan la especificación. El proyecto CubeSat tenía como propósito inicial la educación tecnológica de los estudiantes de ciencias aeroespaciales de Cal Poly; sin embargo pronto se volvió un programa que integró a decenas de universidades estadounidenses y europeas. El 30 de junio de 2003 fue el primer lanzamiento de varios proyectos CubeSat provenientes de Estados Unidos, Japón, Canadá, Dinamarca, Rusia y República Checa, a bordo de un vehículo lanzador Rockot KS de la empresa Eurockot Launch Services, desde Plesetsk, Rusia. Según la empresa SpaceWorks, en 2013 se efectuaron 92 lanzamientos de proyectos que cumplen con la especificación de CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 4 diseño CubeSat. Los satélites deben cumplir los requerimientos eléctricos, mecánicos, de volumen y de masa, además de otros generales que las especificaciones indican, pues existen protocolos estrictos de control de calidad que la especificación CubeSat sigue para reducir al máximo el riesgo de que un CubeSat mal elaborado afecte el funcionamiento de otros o, más grave aún, el funcionamiento del vehículo lanzador. Las especificaciones de diseño del proyecto CubeSat cubren cuatro variedades, cada una puede adaptarse mejor a los objetivos específicos de un proyecto: Las especificaciones técnicas de CubeSat permiten elaborar nanosatélites con diversas características. Aunque existen otros diseños de picosatélites y nanosatélites en la comunidad aeroespacial, como los TubeSat, algunas de las ventajas que la especificación CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 5 CubeSat otorga son una serie de estándares que permiten la elaboración de satélites a bajo costo. Además, Cal Poly diseña el P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer), un dispositivo cuyo papel es el transporte y despliegue en el espacio de estos nanosatélites, diseñado con las especificaciones técnicas de los CubeSat como pauta; se trata del aparato que sirve como interfaz entre los nanosatélites y el vehículo lanzador. CubeSat es una especificación que se revisa más o menos anualmente y que trata de mantener la compatibilidad con especificaciones pasadas en la medida de lo posible; en consecuencia, algo similar ocurre con el P-POD. Las especificaciones de diseño son del dominio público, lo cual significa que sus derechos de propiedad intelectual han expirado, se ha renunciado a ellos o no aplican. Por lo tanto, como las obras de Miguel de Cervantes Saavedra, Ludwig van Beethoven o Isaac Newton, las especificaciones del diseño CubeSat no pueden ser reclamadas como propiedad intelectual de alguien. Diseño del P-POD, en el que se aprecia su capacidad para un total de 3U y una vista transversal. A principios de la década de 2000 la producción de un CubeSat rondaba entre los 25,000 y los 40,000 dólares estadounidenses, en la actualidad hay empresas que comercian en línea dispositivos electrónicos que pueden ofrecer un kit para construir CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 6 un CubeSat con 8,000 dólares o 7,500 euros; mucho más barato que cualquiera de los 10 automóviles más vendidos en México. Aunado a todo lo anterior, el precio es lo que probablemente haya hecho a los CubeSat un nuevo estándar, pues un estudio aeroespacial está ahora al alcance del bolsillo de universidades públicas, empresas privadas e instituciones gubernamentales de países en vías de desarrollo. Vicisitudes del Dr. Antunes El Dr. Sandy Antunes, autor del libro publicado por O'Reilly Media, DIY Satellite Platforms (Plataformas de satélite que puede hacer usted mismo), comenta en una entrevista disponible en la página web www.diyspaceexploration.com, su experiencia como constructor de un nanosatélite “casero” en el marco del proyecto Calliope, cuyo objetivo es capturar el sonido de la atmósfera terrestre convirtiendo las ondas electromagnéticas en formato MIDI (¡como los sonidos de los primeros nintendos!) En sus comentarios va más allá de los protocolos técnicos y deja muy claro que construir un nanosatélite en el sótano de una casa por menos de 10,000 dólares estadounidenses, es nada más un primer paso firme para que un ciudadano resuelto desarrolle un proyecto aeroespacial. Una vez finalizado el nanosatélite, la especificación CubeSat cita un conjunto de pruebas mínimas que tienen que ver con la vibración aleatoria, pruebas térmicas en el vacío, prueba contra golpes y una prueba de campos electromagnéticos. Si el nanosatélite cumple con las especificaciones; esto es, si el nanosatélite es realmente un CubeSat, puede tener cabida en un vehículo lanzador (las especificaciones hacen énfasis en que el proyecto del vehículo lanzador donde irán los P-PODs puede requerir pruebas más rigurosas) financiado por otros proyectos CubeSat de instituciones con capacidad financiera, o como parte de la Iniciativa de Lanzamiento de CubeSat de la NASA, si el proyecto es consistente con su Marco de Coordinación Estratégica para la Educación. Se trata de una iniciativa económica, CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 7 porque según el Dr. Antunes, las misiones están planeadas con base en que los vehículos espaciales tengan masas predeterminadas en las distintas etapas de la misión y a veces tienen que cargar peso muerto para llegar a esa masa; o sea que en lugar de llevar un yunque, resulta más productivo llevar unos P-POD cargados de CubeSat. Estos nanosatélites pueden tener una vida útil de varios años y el momento más crítico para ellos es su puesta en órbita. Hay proyectos que fracasan completamente, algunos duran apenas unos días y otros completan sus misiones con tiempo de sobra. Al parecer existe una relación entre la duración de los CubeSat según qué tan alto orbitan y la forma elíptica de su órbita. La independencia operativa de los CubeSat depende también de varios factores como el uso de baterías de reserva, su capacidad y la eficiencia de los paneles solares que empleen. Otro punto importante es que se supone que los CubeSat son ecológicos, ya que cuando decaen y entran a la atmósfera prácticamente se desintegran. El problema actual para alguien que ha fabricado su nanosatélite en casa, como Antunes, reside en encontrar la oportunidad de ponerlo en órbita en forma reglamentaria. El programa de la NASA opera para entidades estadounidenses y la única oportunidad para CubeSat foráneos que se desee poner en órbita por esta vía, es la colaboración con entidades locales. Por otro lado, la AEE tiene un programa educativo donde hay oportunidades para el lanzamiento de CubeSat. Existe la alternativa de lanzar estos nanosatélites desde la Estación Espacial Internacional, lo que abre la oferta a más naciones y ahorra los costos de lanzamiento, pues los CubeSat son transportados junto con los materiales de abastecimiento en los viajes regulares hacia la Estación Espacial Internacional. Finalmente, hay empresas privadas que han demostrado también tener capacidad financiera para lanzar CubeSat y representan cada vez más una alternativa a las agencias espaciales CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 8 gubernamentales. Cientos, luego miles El futuro de los picosatélites y nanosatélites es inmediato, en estos días existen, probablemente, cientos de proyectos a nivel global llevándose a cabo con un CubeSat como base. El espectro de los objetivos de estos proyectos también tiende a ser muy extenso, desde proyectos tecnológicos como el PhoneSat, sobre telecomunicaciones en el espacio con base en el sistema operativo Android y teléfonos celulares Nexus, hasta proyectos astronómicos como la constelación BRITE, que busca estudiar las estrellas más brillantes del firmamento con instrumentos fotométricos empacados en CubeSat. Merece una mención especial el proyecto estudiantil SwampSat (en portada), destinado al estudio de los giroscopios de control de momento en pequeños satélites en órbita, para poder utilizar giroscopios en los nanosatélites del futuro. SpaceWorks predijo que para 2013 serían lanzados 93 satélites de 1 a 50 kg de masa y fueron lanzados 92, la estimación que ofreció para el año 2016 es que se lanzarán de 300 a 400 satélites en la misma categoría de masa; o sea que es un mercado que en tres años se expandirá un 300% con respecto a 2013. Una búsqueda rápida en internet nos ofrece un panorama similar en el que las tendencias no paran de bajar desde el éxito demostrado por el primer lanzamiento de CubeSat, por otro lado, los costos de la producción de nanosatélites caseros caen en lugar de “orbitar”. Se trata de una revolución espacial que está exponenciando nuestra capacidad para observar el espacio y la Tierra desde la atmósfera: la carrera espacial ya no la corren sólo dos naciones. Para saber más: S. Antunes, «How to build your own personal satellite», 05-jun-2012. [En línea]. Disponible en: CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 9 http://www.diyspaceexploration.com/how-to-build-your-own-personal-satellite/. [Accedido: 02-jun2014]. E. Buchen y D. DePasquale, «2014 Nano / Microsatellite Market Assessment», SpaceWorks Enterprises, Inc., Atlanta, Georgia, EU, feb., 2014. R. Cowen, «Sputnik + 50: Remembering the Dawn of the Space Age», Sci. News, vol. 172, no. 14, pp. 216-221, octubre, 2007. «CubeSat», European Space Agency. [En línea]. Disponible en: http://www.esa.int/Education/CubeSat. [Accedido: 04-jun-2014]. «Nanoracks Begins. The Largest Cubesat Deployment Ever», Forbes. [En línea]. Disponible en: http://www.forbes.com/sites/alexknapp/2014/02/12/nanoracks-begins-the-largest-cubesatdeployment-ever/. [Accedido: 04-jun-2014]. S. Garber, «Sputnik and The Dawn of the Space Age», Sputnik, 10-oct-2007. [En línea]. Disponible en: http://history.nasa.gov/sputnik/. [Accedido: 03-jun-2014]. E. Mahoney, «CubeSat Initiative», NASA, 12-ago-2013. [En línea]. Disponible en: http://www.nasa.gov/directorates/heo/home/CubeSat_initiative.html. [Accedido: 01-jun-2014]. Mehrparvar, «CubeSat Design Specification», California State Polytechnic University, feb. 2014. D. Oltrogge, «An Evaluation of CubeSat Orbital Decay», 25th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites, ago. 2011. J. Tatem, S. J. Goetz, y S. I. Hay, «Fifty Years of Earth-observation Satellites: Views from space have led to countless advances on the ground in both scientific knowledge and daily life», Am. Sci., vol. 96, no. 5, pp. 390-398, sep. 2008. CubeSat, la democratización de la carrera espacial / CIENCIORAMA 10