¿Cuál es el tamaño ideal de un satélite?

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2017-12-01


En la actualidad mucha gente cree que los satélites pequeños van a desplazar a los satélites grandes y que incluso éstos van a desaparecer. Esto se debe a que cada vez hay más misiones de satélites pequeños, particularmente de nanosatélites, y en especial de CubeSats. Si bien esto es cierto, los satélites grandes van a seguir existiendo, ya que no existe un tamaño ideal para un satélite: El tamaño de un satélite está definido por su misión. Si la misión la podemos empaquetar en un CubeSat de 1U, ese es el tamaño correcto; si por el contrario, requerimos de un volumen de 10 m3 para albergar un telescopio de gran apertura, entonces ese será el tamaño adecuado. El caso es similar al de preguntarnos cuál es el tamaño óptimo de un vehículo terrestre. La respuesta es la misma: depende de la aplicación. Algunas aplicaciones requerirán una bicicleta, mientras que otras un tren completo.

 

Una vez aclarado lo anterior, resulta interesante preguntarnos cuáles son las ventajas y desventajas de los nanosatélites para dejar claro cuál es su ámbito de acción y eliminar el mito de que ´porque son pequeños, son mejores que los satélites “grandes”´. La verdad es que cada tamaño de satélite tiene su lugar en las aplicaciones espaciales y, aunque los nanosatélites están siendo cada vez más utilizados en una gran variedad de aplicaciones, no van a desplazar a los satélites grandes.

 

Comencemos por describir a los satélites “grandes” o tradicionales, como el de la Fig 1. que han sido desarrollados por las agencias espaciales y las grandes empresas de defensa y espacio. Los satélites tradicionales son costosos y tardan mucho tiempo en fabricarse. Su costo ronda por los cientos de millones de dólares para construirse y lanzarse y a menudo toman más de cinco años para su diseño, construcción y lanzamiento. Las regulaciones en la adquisición, el número limitado de proveedores, la necesidad de probar cada componente, subsistema, y el vehículo completo, así como otros factores, conducen a programas que toman muchos años para lanzar nuevos satélites. Una vez puestos en en órbita, muchos de los sistemas espaciales tradicionales tardan meses, y a veces más de un año, para estar en operación cabal. Las cargas útiles complejas deben ser cuidadosamente probadas y calibradas antes de que los usuarios tengan acceso a los servicios del satélite.

 

Fig 1. LandSat 7, como ejemplo de un “satélite grande” Foto cortesía de NASA.


 

Todo lo anterior parece una gran desventaja cuando lo comparamos con los “satélites pequeños”, en particular los nanosatélites como el de la Fig 2. , ya que éstos son por lo menos un orden de magnitud más económicos y su tiempo de desarrollo puede ser de meses en vez de años. Estas características se derivan directamente de su menor tamaño, el uso de componentes comerciales o COTS, por su siglas en inglés (Commercial Off The Shelf) y del empleo de técnicas de producción en masa.

 

Fig 2. Nanosatélite “Dove” de la empresa Planet, como ejemplo de un “satélite pequeño”

 

Como consecuencia de su menor costo y tiempo de desarrollo, los nanosatélites representan un menor riesgo financiero y pueden realizar misiones con mayor frecuencia que los satélites tradicionales. Además, tienen la capacidad de volar en formación o en constelaciones y así realizar misiones más complejas que las que se realizan con un solo vehículo.

 

Todas estas ventajas hacen muy atractivos a los nanosatélites para muchas aplicaciones, pero eso no los hace sustitutos de los satélites grandes, ya que por su propio tamaño tienen sus limitaciones. Una desventaja obvia es que no pueden llevar cargas útiles grandes, como en el caso de un telescopio de gran apertura. Ahí la física dicta las dimensiones y ningún nanosatélite será capaz de albergar un instrumento de alta resolución óptica por más procesamiento electrónico que hagamos. Es como aspirar a que la cámara de nuestro teléfono celular tenga la resolución de una lente gran angular.

 

Otro inconveniente de los satélites pequeños es su limitada capacidad para captar y almacenar energía, ya que esta capacidad está ligada directamente a las dimensiones físicas del satélite. Aplicaciones que requieren de mucha potencia, digamos del orden de kilowatts, como en el caso de los satélites geoestacionarios de comunicaciones, necesitan grandes superficies de paneles fotovoltaicos y grandes volúmenes para albergar las baterías, por lo que en este caso usar un nanosatélite estaría descartado. De la misma forma, dadas sus limitaciones de tamaño, los satélites pequeños generalmente no poseen capacidad de propulsión propia para efectuar maniobras, aunque esto está cambiando con el uso de propulsores iónicos.

 

Por otro lado, el uso de componentes comerciales en los nanosatélites implica generalmente una vida útil más corta que los satélites tradicionales. Los satélites tradicionales emplean componentes de grado espacial que están fabricados específicamente para soportar las condiciones extremas del ambiente espacial: vacío, cambios bruscos de temperatura, y la posibilidad de recibir radiaciones de alta energía. Por el contrario, el uso de COTS, hace que los nanosatélites se planeen para misiones de menor duración, ya que estos componentes no necesariamente van a soportar las condiciones del ambiente espacial por mucho tiempo. Es típico que una misión de un satélite de comunicaciones geoestacionario tradicional se planee para unos 15 años, mientras que una misión de un CubeSat puede durar solamente un par de meses.  

 

De la discusión anterior, nos damos cuenta que los nanosatélites tienen un lugar en el desarrollo espacial pero de ninguna manera van a desplazar a los satélites grandes. Sus bajo costo y reducido tiempo de desarrollo los hacen ideales para realizar misiones de prueba de nuevas tecnologías. Otra ventaja es su capacidad para operar en formación o en constelaciones. Esto último puede ser una clave para muchas aplicaciones futuras debido la mejora en la capacidad de supervivencia de la misión, así como la posibilidad de realizar múltiples misiones a través de la reconfiguración de formaciones. Sin embargo, el desarrollo de constelaciones de nanosatélites todavía está en pañales. Hay todavía muchos retos tecnológicos por resolver como el generar protocolos de comunicación apropiados, nuevos métodos de administración de la dinámica de las formaciones, así como nuevas técnicas para gestionar la complejidad. Tal vez esto se resolverá con empleo de inteligencia artificial para hacer las naves cada vez más autónomas, pero esto, es otra historia.

 



Etiquetas: Satélites,Tecnología,CubeSat,COTS

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnologia espacial de la Agencia espacial Méxicana.