El Siglo XXI, la era del CubeSat

En 1998, en una conferencia conjunta de estudiantes estadounidenses y japoneses, los profesores Bob Twiggs y Jordi Puig-Suari propusieron la idea de lanzar una nave espacial del tamaño de una lata de refresco (Coca-Cola) al espacio. Esa idea inicial evolucionaría más tarde a otros proyectos de nanosatélites e influyó en la concepción del CubeSat. La idea en ese momento era tomar una lata de Coca-Cola, ponerle algunos componentes electrónicos, ponerla en un cohete amateur de alta potencia, lanzarla y expulsarla, apoyándose de en un paracaídas para el descenso; hoy en día se les conoce como CanSat a estos pequeños satélites.

Durante 20 años se han lanzado más de 1000 CubeSat a la órbita desde inicios del año 2000, sin embargo, la esperanza de vida de una misión CubeSat es muy limitada. Dos razones principales contribuyen a una vida útil tan corta. Primero, los CubeSat se lanzan normalmente en la órbita terrestre baja (LEO), lo que da como resultado su rápida decadencia y reentrada de la órbita. Por ejemplo, desde una órbita circular con una altitud de 400 km, los CubeSat suelen decaer a una trayectoria de reentrada en un período de uno a dos años. En segundo lugar, la tasa de fallos tempranos de CubeSat (dirigidos por universidades) es de alrededor del 48%. Una razón de una confiabilidad tan baja puede ser los estándares de calidad relativamente deficientes que aplican los desarrolladores durante las fases de fabricación, ensamblaje, integración y validación. A pesar del creciente interés de la industria en satélites pequeños como medio adecuado de demostración de tecnología, estas plataformas aún se consideran principalmente como una herramienta educativa. Por lo tanto, es comprensible que no alcancen fácilmente un nivel de calidad apropiado para las condiciones espaciales, si cada desarrollo se lleva a cabo sin considerar la experiencia de misiones anteriores similares.

La tendencia actual de las iniciativas académicas de CubeSat es apuntar a misiones científicas reales pero sin comprometer los objetivos educativos. Para cumplir con las metas científicas se necesita control de calidad durante todo el proceso de ensamblaje, integración y verificación, dado que la comunidad académica es un sector sin fines de lucro, los investigadores deben compartir el conocimiento adquirido a través de misiones para no repetir errores y reforzar las buenas prácticas. Varios investigadores y profesores han contribuido a la comunidad con su experiencia con las misiones CubeSat. Para mencionar algunos, los creadores del concepto CubeSat del CalPoly han dado una descripción general de las especificaciones de CubeSat en el famoso Estándar Internacional de Cubesat.

En la literatura también se pueden encontrar algunos equipos de desarrollo de CubeSat que informan sobre sus misiones con información técnica muy específica, mientras que otros prefieren hacer énfasis en la descripción de la misión, pero apenas mencionan los detalles técnicos. Algunos de estos trabajos en la literatura incluyen una breve sección sobre lecciones aprendidas, pero tales descripciones son típicamente breves, sugerencias con poca o ninguna relevancia para otras misiones. La NASA también ha publicado una guía (Cubesat 101), especialmente escrita para principiantes, que sienta las bases para iniciar una misión CubeSat, que incluye descripciones y consejos para todas las fases del proyecto. Actualmente se lanzó el libro “Cubesat Handbook” , el cual aborda desde el diseño de la misión hasta la operación de un Cubesat.

En los inicios CalPoly asumió la tarea de integrador para lanzar el primer CubeSat. En ese momento, los rusos eran las únicas personas que hablaban siquiera de lanzar estas cosas. El costo del primer lanzamiento fue de $ 30,000 USD para un CubeSat de 1U.

Con el paso de los años las dos cosas que hicieron que el CubeSat tuviera éxito fueron el tamaño y la contención. Su pequeño tamaño hizo que con el paso del tiempo los lanzamientos fueran asequibles, y la contención alivió el temor del proveedor de lanzamiento de que los CubeSat dañasen el vehículo de lanzamiento o el satélite principal. Al principio, los costos de lanzamiento y la contención no sirvieron de nada en Estados Unidos porque ninguno de los lanzadores estadounidenses los llevaría, CalPoly se acercó a Lockheed Martin en ese momento sobre el lanzamiento de estos aparatos, y dijeron: «Bueno, si nos dan medio millón de dólares para estudiarlo, lo consideraremos». Actualmente eso es algo gracioso porque Lockheed Martin tiene su propio programa CubeSat. Los primeros años fueron difíciles puesto que nadie les daba una oportunidad excepto los rusos, ellos tenían hambre en ese momento de volver al espacio.

El primer grupo de CubeSat se lanzó en Junio de 2003 desde Plesetsk, Rusia, en un cohete ruso, utilizando el Servicio de Órbitas Múltiples de Rusia. Se colocaron varios CubeSat en una órbita sincrónica con el Sol. Estos fueron el de los daneses AAU y DTUSat, los japoneses XI-IV y CUTE-1, los canadienses Can X-1 y el estadounidense Quakesat; cabe señalar que QuakeSat fue el primer CubeSat 3U y abrió la puerta para el factor de forma más popular en el mundo, CubeSat de 3U.

El siguiente lanzamiento de Cubesat no ocurrió hasta el 26 de Julio de 2006. De nuevo, se seleccionó un vehículo ruso, ya que Rusia era el único país dispuesto a lanzar CubeSat. El lanzamiento incluyó 14 CubeSat de 11 organizaciones de todo el mundo. Desafortunadamente, el lanzamiento fue un fracaso y todos los CubeSat se perdieron. Este fracaso tuvo un resultado sorprendente, ya que la comunidad espacial se unió a los estudiantes que vieron su arduo trabajo estrellarse contra un campo en Kazajistán. Los esfuerzos para encontrar oportunidades de lanzamiento en EE. UU al fin dieron resultados, para  2007 el equipo de CalPoly cambió su enfoque a los vehículos de lanzamiento de EE. UU. y, en unos pocos años, lanzó con éxito CubeSat en la mayoría de los principales vehículos de lanzamiento de EE. UU.

Algo que es interesante es que el CubeSat tuvo un papel en la estimulación del programa espacial, ya que fue factor para marcar el comienzo de la nueva era espacial, así como lo que hizo Apple con la industria informática; cuando se construyeron los primeros CubeSat, todo el mundo dijo que no se podían poner en el espacio porque eran muy pequeños, pero llegaron en el momento adecuado, el de la miniaturización de la electrónica para aplicaciones comerciales como el teléfono celular, por ejemplo. Si se hubiera empezado a desarrollar antes, podría no haber funcionado, pero ahora, los instrumentos miniaturizados han recorrido un largo camino con una variedad de aplicaciones prácticas, ¿Quién hubiera pensado alguna vez que la NASA enviaría CubeSat a Marte o tener mega constelaciones de CubeSat monitoreando la Tierra las 24 horas del día?. Realmente ha sido muy satisfactorio desde el punto de vista tecnológico. Actualmente todo esto se ha convertido en una industria mundial a tal grado que hoy en día se siguen lanzando y desarrollado CubeSat alrededor del mundo, tanto por universidades, institutos, agencias espaciales, así como de la iniciativa privada ya que si bien la intención inicial fue la educación de los estudiantes, ahora hay muchas aplicaciones y  desafíos por resolver.

Escrito por: Edwin Fabian Cruz Martínez
Foto portada: M-Cubed/COVE-2 es el vuelo de un CubeSat 1U desarrollado por la Universidad de Michigan. Créditos: NASA/JPL

Referencias

• Nieto-Peroy, Cristóbal; Emami, M. R., (2019). «CubeSat Mission: From Design to Operation» Appl. Sci. 9, no. 15: 3110. https://doi.org/10.3390/app9153110
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• Chantal Cappelletti, (2020). “Structure, new materials, and new manufacturing technologies”, Cubesat Handbook. Academic Press. Pages 165-183, ISBN 9780128178843, https://doi.org/10.1016/B978-0-12-817884-3.00008-4