Pensad en cualquier satélite. Da igual, el que sea. Sí, no son precisamente pequeños, con masas que van de los centenares de kilogramos a varias toneladas, con Envisat teniendo el record, desplazando hasta ocho toneladas al despegue. Esto significa que, por lo tanto, sus instrumentos son, igualmente, pesados y voluminosos. Pero, ¿es eso cierto? ¿Hace falta que el instrumento sea grande, voluminoso y pesado para obtener resultados de calidad? Hasta hace poco tiempo, sí. Pero ya no.
¿Por qué el nombre? Sencillo: son cúbicos. La unidad básica es de un metro cúbico de capacidad. Y sí, tiene forma de cubo. Pero como decimos, es una plataforma configurable. Por ello, a esta unidad básica, que se denomina 1U, se le pueden añadir más unidades. Con el tiempo, han llegado variantes 2U, o 3U (unidades apiladas unas sobre otras) 6U (dos pilas de 3u, una junto a otra) y hasta 12U (dos 6U, una sobre otra). ¿Por qué su creación? Al principio, para demostraciones tecnológicas, pero también para desarrollos universitarios. En el primer caso, a la hora de querer probar un elemento nuevo (ya sea un sensor científico, ya sea un elemento de hardware para el funcionamiento de satélites) los Cubesats son alternativas más baratas. En el segundo, permite que los estudiantes toquen lo real, y así que desarrollen la experiencia que supone la creación de una misión, desde el concepto, al montaje y sus pruebas, hasta el lanzamiento y las operaciones en órbita, terminando con el procesado de los datos. Son pequeños, son baratos, y no tienen nada que envidiar a sus hermanos mayores.
Su tecnología ha ido madurando, y ya hasta se plantean misiones plenamente científicas, tanto en torno a la Tierra como fuera de ella. Ya se recordará a los pequeños MarCO que llegaron y pasaron Marte no hace tanto tiempo, en una brillante demostración. Bien, pero centrémonos en la Tierra. ¿Sería posible que un Cubesat pudiera tener las capacidades de un instrumento científico de los grandes, y proporcionar sus mismos resultados? Para eso, las pruebas. Antes de lanzarse de verdad a la ciencia pura y dura, se necesita demostrar que las aproximaciones pequeñas son, en realidad, igualmente ventajosas que los grandes satélites, con una fracción del costo.
Para observar el sistema terrestre, se usa todo tipo de instrumentos: cámaras, espectrómetros, radiómetros, altímetros… empleando casi todo el espectro electromagnético, como la luz visible, infrarroja o ultravioleta, y un poco más allá. Pero, para centrarnos, escojamos un instrumento al azar. Por ejemplo… un radiómetro de microondas. Y de todos los que existen, por ejemplo… el instrumento AMSR2 a bordo del satélite japonés
TEMPEST-D obtuvo su primera luz el cinco de septiembre, comprobando así la funcionalidad del sistema, demostrando un buen rendimiento inicial. La tarea importante, sin embargo, era demostrar su estabilidad, su calibración radiométrica, su nivel de ruido, y comparar sus datos de forma cruzada con radiómetros de microondas de referencia, como el GMI de GPM Core o los sensores a bordo de los satélites meteorológicos
En este tiempo de funcionamiento, además, pudo hacer ciencia, pasando frecuentemente sobre sistemas de tormentas. Sólo seis días después de su primera luz, ya fue capaz de registrar las precipitaciones de dos huracanes, Helene y Florence. No fueron los únicos, ya que permitió seguir, durante diez días, la evolución del huracán Dorian hacia finales de agosto del 2019. Así como el tifón Trami el 28 de septiembre del 2018. Por si fuera poco, tras concluir su misión principal, además de dedicarse a la ciencia, probaron con él otros usos, como observaciones multiángulo, haciéndolo rotar 90º para sondear verticalmente a través de la troposfera, obteniendo datos que se asemejaron a los de un sensor similar pero hiperespectral, es decir, capaz de registrar decenas o cientos de frecuencias simultáneamente. Al final, esta magnífica misión terminó con su reentrada el 22 de junio del 2021.
La verdadera razón de TEMPEST-D fue demostrar el concepto del sistema, en avance a una posible y futura misión de constelación. De hecho, el instrumento fue seleccionado como la misión Earth Venture Instrument-2 allá por el 2013, y la NASA financió este Cubesat como misión de reducción de riesgos en el 2015. La misión original TEMPEST es vista como crucial para responder una pregunta clave: ¿Por qué ocurren donde y cuando ocurren las tormentas convectivas, la fuerte precipitación y la formación de nubes? Los satélites antes mencionados tienen un problema: son uno solo y, con frecuencia, están anclados en una órbita inamovible, lo que significa que pueden tardar de varios días hasta dos semanas en regresar a un lugar. TEMPEST, por su parte, sería una misión de cinco Cubesats volando en formación, con separaciones entre satélites de cinco minutos. Aunque también se imaginan constelaciones de satélites similares, totalizando hasta sesenta, ya sea manteniéndolos en órbitas polares, o en todo tipo de órbitas, pudiendo cubrir el planeta entero, lo que significaría volver sobre eventos de interés (huracanes, tifones, ciclones tropicales, u otros eventos meteorológicos extremos) en cuestión de horas, o menos. Imaginaos: en vez de dedicar el presupuesto de un proyecto en un gran satélite, se usa para fabricar en lote una serie de satélites idénticos, tipo Cubesat. Esta es, así se desea, la ciencia terrestre del futuro.
Despliegue de Cubesats. RainCube es el primero |
Los requisitos para RainCube eran exigentes: generar hasta doce Gb de datos cada día, produciendo perfiles verticales de entre cero y dieciocho km. de altitud, con una resolución horizontal de diez km, y una vertical de doscientos cincuenta metros. El sistema de radar, puesto que lo era, a pesar de su tamaño, aún generaba una cantidad considerable de datos, aproximadamente 425 Mbps, lo que requirió que el ordenador de control del sistema realizase un considerable procesado a bordo, rediciéndolo a aproximadamente 50 Kbps, usando técnicas de filtrado de datos, compresión y otros métodos. Además, a pesar de su muy bajo consumo energético, aún era demasiado exigente para un Cubesat, por lo que se decidió un ciclo de servicio (es decir, el tiempo que funcionaría cada órbita) del 25%. Sus controladores solo podían cruzar los dedos, y esperar a que en esa ventana de tiempo orbital pillase un evento extremo. En su órbita de trabajo, a cuatrocientos kilómetros de altitud, y la misma inclinación de 51.6º que la estación, no sería demasiado difícil.
En cuanto se demostró que los sistemas de RainCube funcionaban como debían, se probó el radar en modo Standby, demostrando su funcionamiento dentro de los márgenes. Antes de hacer nada, llegó el despliegue de
A la hora de demostrar su rendimiento y calibración, se comparó con el DPR de GPM Core, con unos resultados que no han podido ser más positivos, incluyendo datos incluso más limpios, y en cuanto la calibración, se entendió que no hacían falta correcciones a la hora de publicar los datos. Su rendimiento resultó ser sobresaliente. Lo que no quita que hubiera problemillas por el camino, como reiniciados en momentos inesperados, un fallo en una de las cadenas de energía, pulsos malos del radar (resuelto cambiando el modo de activación del sistema), avería de uno de las ruedas de reacción (resuelto con una solución de software), y un fallo en la tarjeta SD.
En cuanto todo se verificó, la misión pasó a la ciencia, observando el tifón Trami el 28 de septiembre. Debido a las limitaciones inherentes a la plataforma, resultó necesario automatizar la planificación de eventos a los pronósticos meteorológicos y a la propia órbita de RainCube, aumentando así la capacidad de conseguir datos de precipitación de eventos extremos. Así, cada día se planificaron hasta seis adquisiciones de veinte minutos, no operar el radar en órbitas consecutivas, y no operar en la cara nocturna del planeta.
A diferencia de TEMPEST-D, RainCube era una misión puramente experimental, para demostrar que un sistema activo todavía podía funcionar en una plataforma tan pequeña. Y ha abierto la puerta para misiones semejantes, incluyendo constelaciones para permitir vigilar las tormentas tropicales, los huracanes, los tifones… Con tan pocos radares de precipitación en el espacio, esta prestación en un paquete tan pequeño bien podría ser toda una ventaja a la hora de alertar a las zonas en peligro. Hasta la fecha, y según nuestro conocimiento (que es poco), no hay nada semejante.
Como hemos comprobado, no hace falta tener el satélite más grande, o los instrumentos más voluminosos, para hacer gran ciencia. A veces, hace falta apenas una buena idea, un equipo no demasiado grande, y mucha inventiva. ¿Los Cubesats serán el método del futuro? Como siempre, el tiempo lo dirá.
Ah, si el primer vuelo del conjunto SLS/Orion tiene éxito, cuenta con diez Cubesats como “polizones”. Ya hablaremos de algunos de ellos, llegado el momento.
No hay comentarios:
Publicar un comentario