El Nanosat Lab de la UPC inaugura instalaciones y lanzará, a finales de mes, el Cube-Cat-1

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Doctorandos trebajando en la nueva sala blanca del NanoSat Lab

Reconocimiento nacional y europeo

La tarea desarrollada en el Nanosat Lab ha sido reconocida en el último año tanto en el ámbito nacional como europeo. Por un lado, el Ministerio de Economía y Competitividad ha otorgado la distinción 'María de Maeztu' del programa de centros de excelencia al grupo de investigación en Teledetección, Antenas, Microondas y Superconductividad (CommSensLab), uno de los pilares del laboratorio, por iniciativas pioneras en el espacio, como la del desarrollo de los 3Cat.

En el ámbito europeo, el 7 de noviembre de 2017, la misión FSSCat, una iniciativa presentada por la UPC y el Instituto Skoltech de Rusia, en colaboración con el IEEC, ganó el 'Sentinel Small Sat (S3) Challenge Award' de la ESA, la categoría más importante de los Copernicus Masters Challenge Awards, considerados como los 'oscars' del espacio. Además, fue galardonada como el Overall Winner de la Copernicus Masters competition.

El objetivo del proyecto es contribuir a desarrollar la familia de satélites 'Sentinel' con tecnologías innovadoras que faciliten las misiones de flotas de satélites pequeños. Estos aparatos, en un futuro, pueden ser complementarios o pueden aportar valor añadido a los grandes satélites europeos desarrollados hasta ahora para la observación de la Tierra.

Gran parte de la tecnología que se pondrá en órbita a bordo de estos pequeños satélites de la misión FSSC, llamados 3Cat-5/A y 3Cat-5/B, procede de la experiencia y de la tecnología desarrollada por estudiantes e investigadores de la UPC en el NanoSat Lab. Está previsto que la misión FSSCat se lance a mediados de 2019 con un cohete europeo tipo VEGA.

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Exterior del CubeCat-1

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Interior del nanosatélite 3Cat-1

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Integración del CubeCat-1 en el módulo espacial desde el que viajará al espacio

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Los doctorandos Joan Francesc Muñoz y Carles Araguz con el CubeCat-1 antes de la integración en el módulo espacialruebas térmicas y de vacío en la nueva sala blanca del NanoSat Lab de la UPC

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Pruebas térmicas y de vacío en la nueva sala blanca del NanoSat Lab de la UPC

El Laboratorio de Cargas Útiles y Pequeños Satélites (NanoSat Lab) de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), donde se han desarrollado la serie de nanosatélites CubeCat, ha inaugurado, el 21 de noviembre en Barcelona, instalaciones con equipamiento para validar en condiciones limpias los componentes y la tecnología que viaja al espacio a bordo de estos pequeños satélites de bajo coste. El CubeCat-1, creado en este laboratorio, se lanzará al espacio desde la India a finales de mes.

21/11/2018

El NanoSat Lab de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) es un laboratorio pionero en el desarrollo y experimentación de pequeños satélites dedicado a la docencia, la investigación y la calificación de tecnologías y aplicaciones que deben viajar al espacio. Impulsado hace cinco años por la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación de Barcelona (ETSETB) de la UPC, con el apoyo del Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC), el NanoSat Lab inaugura el 21 de noviembre nuevas instalaciones en el Campus Norte de la UPC en Barcelona, cerca de su ubicación anterior, con el equipamiento necesario para verificar los componentes y la tecnología que debe viajar al espacio y para seguir desarrollando pequeños satélites y experimentos espaciales con las máximas garantías posibles.

En el acto de inauguración  han participado el rector Francesc Torres; el director del IEEC, Ignasi Ribas; el director de la ETSETB, Ferran Marqués, así como los invesitigadores, profesores y responsables del NanoSat Lab Adriano Camps, del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones , Eduard Alarcón y Juan Ramos, ambos del Departamento de Ingeniería Electrónica, junto a algunos de los doctorandos que desarrollan sus trabajos de investigación en este laboratorio.

Los nanosatélites tipo cubesat son dispositivos de pequeño volumen (en múltiplos de cubos de unos 10 centímetros de lado), con un peso entre uno y diez kilogramos y que, gracias al uso de componentes comerciales, pueden ser desarrollados por grupos de estudiantes y de investigadores universitarios.

Si bien los experimentos y la tecnología que viaja a bordo de estos aparatos se pueden elaborar en laboratorios como el NanoSat Lab de la UPC o en pequeños centros de investigación, los componentes que los forman, generalmente, tienen un origen comercial y están diseñados para tener una vida útil en la Tierra, y deben resistir las vibraciones del lanzamiento, así como los efectos de los ciclos térmicos extremos o de la radiación y las partículas ionizantes de alta energía.

En el Nanosat Lab, se han instalado los aparatos de testeo, medida y calibración que ya tenía en las anteriores instalaciones (como la tabla de vibraciones y la cámara térmica y de vacío) pero en un solo entorno altamente controlado: una nueva sala blanca en la que se asegura que los parámetros ambientales (la cantidad de partículas y polvo contaminantes del aire, el flujo o la presión del aire, entre otros) estén por debajo de un determinado nivel de contaminación. De este modo, las pruebas de resistencia a las vibraciones, al vacío o a los cambios extremos de temperatura que pueden afectar a los componentes, la tecnología, los sistemas o el éxito de los experimentos que viajan a bordo de los pequeños satélites se pueden realizar en un solo espacio libre de contaminación.

Por estas características, el NanoSat Lab es, según Adriano Camps, profesor del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones y uno de los responsables de este laboratorio, "un espacio universitario singular en Europa que cuenta con el equipamiento y con los recursos necesarios para calificar los componentes que se han de poner en órbita en el espacio. Por lo tanto", añade, "ahora ya se puede abrir la puerta a que las empresas del sector aeronáutico utilicen las nuevas instalaciones para validar tecnología espacial".

Con el nuevo equipamiento, el laboratorio no sólo ha ganado en calidad, sino también en capacidad para aumentar el número de aparatos de instrumentación. Según las necesidades de los experimentos o de los proyectos, se pueden instalar nuevos aparatos en la sala blanca e integrarlos también dentro del circuito de control.

Una plataforma educativa
El NanoSat Lab ha ganado también en metros cuadrados de sala de trabajo y de taller, en el que los estudiantes pueden crear sus propios proyectos, en el marco de la asignatura Proyectos Avanzados de Ingeniería (PAE), en la que trabajan en grupo para alcanzar un proyecto concreto y complejo. Siguiendo la iniciativa CDIO (Concebir-Diseñar-Implementar-Operar), hace ya siete años que la ETSETB apostó para que los nanosatélites fueran una temática estrella de Ia asignatura, ya que estos pequeños aparatos son, en sí mismos, un sistema complejo que contiene toda la carrera de las ingenierías de Telecomunicaciones y Electrónica.

En el ámbito docente, el NanoSat Lab constituye, por tanto, una plataforma educativa ideal para poner en práctica conocimientos adquiridos en tecnologías espaciales o en otros campos, que van desde la astronomía y la astrodinámica, la navegación por satélite o la observación de la Tierra, hasta las comunicaciones ópticas, las antenas y los circuitos de radiofrecuencia.

Una saga propia de pequeños satélites
En los últimos cinco años, el NanoSat Lab se ha convertido en una infraestructura que utilizan estudiantes e investigadores. Actualmente, 30 estudiantes de grado y de postgrado usan estas instalaciones, en las que se han formado cerca de 150 estudiantes de grado y máster y 6 doctorandos procedentes de la ETSETB, la Escuela de Ingeniería de Telecomunicación y Aeroespacial de Castelldefels (EETAC), la Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial de Barcelona (ETSEIB) y la Escuela Superior de Ingenierías Industrial, Aeroespacial y Audiovisual de Terrassa (ESEIAAT), la mayor parte de los cuales han sido los artífices de los 3Cat (por CubeCat) , una saga de pequeños satélites experimentales que sigue el estándar CubeSat.

Diseñados para estudiar la Tierra desde el espacio, estos aparatos también permiten, una vez puestos en órbita, hacer experimentos científicos a la vez que analizar el comportamiento de un material o de una tecnología in situ y comprobar su eficiencia y resistencia. Los 3Cat incorporan en una sola plataforma más de una carga útil, es decir, más de un elemento para estudiar en el espacio. Estas cargas se pueden definir, por tanto, como "demostradores tecnológicos" de tecnología, la cual, en gran parte, existe en el mercado y tiene un uso tan cotidiano como los chips o los transmisores receptores de comunicaciones inalámbricas de los teléfonos móviles. Adriano Camps afirma que, en el caso del desarrollo de pequeños satélites, "la extensión de su uso a funciones científicas y de comunicaciones ha significado, precisamente, la democratización del acceso al espacio".

Y es que los nanosatélites tienen grandes ventajas económicas: por un lado, requieren una inversión muy inferior a la de los satélites (pueden costar entre cien y doscientos mil euros mientras que un satélite convencional puede implicar una inversión muy superior). Por otra parte, se pueden poner en órbita aprovechando otros lanzamientos.

Uno de los nanosatélites desarrollados en el NanoSat Lab fue el 3Cat-2, el primer satélite diseñado y fabricado en Cataluña, que se puso en órbita el 15 de agosto del año 2016. Se lanzó con tres experimentos a bordo para demostrar la viabilidad de diversas tecnologías vinculadas con sistemas de navegación por satélite para usos de teledetección, así como para probar instrumentación para una futura misión de la Agencia Espacial Europea (ESA).

Próximos lanzamientos experimentales: el 3Cat-1, el 3Cat-4 y el FSSCat

El próximo lanzamiento previsto es, justamente, el del primer nanosatélite de la saga, el 3Cat-1, desarrollado en el NanoSat Lab hace siete años por un equipo inicial de 11 estudiantes, en el marco de la asignatura PAE, mencionada anteriormente. El lanzamiento está financiado por el >Institut d’Estudis Espacials de Catalunya (IEEC) y despegará al espacio desde la India a finales de este mes, con seis experimentos a bordo y con tecnología propia de la UPC. Concretamente, las tecnologías que se ensayarán en el 3Cat-1 serán las que se detallan a continuación:

  • Un transistor de grafeno desarrollado por el profesor Max Lemme, del Real Instituto de Tecnología (KTH) de Estocolmo (Suecia). Los transistores son componentes hechos con silicio que forman parte de la mayoría de dispositivos electrónicos de uso común. La idea en la que trabaja el grupo del KTH es hacer transistores con grafeno para aplicarlos en tecnologías espaciales. El experimento dentro del 3Cat-1 servirá para comprobar el comportamiento del grafeno en las condiciones del espacio.
  • También se analizará cómo afecta el impacto de partículas energéticas altamente cargadas mediante un contador Geiger comercial, un instrumento que mide las partículas radiactivas y las radiaciones ionizantes. El mismo contador servirá para medir el impacto de la radiación en otros experimentos que se ensayarán a bordo del nanosatélite.
  • Otro experimento, desarrollado por los profesores Manuel Domínguez y Joan Pons y por el entonces doctorando Sergi Gorreta, es un sistema microelectromecánico (MEMS) resonante que servirá para monitorizar, por primera vez in situ, como el oxígeno monoatómico ataca un polímero, de interés en aplicaciones electrónicas. El oxígeno monoatómico es muy reactivo y está presente en órbitas de baja altura.
  • A bordo del nanosatélite también se pondrá a prueba un nuevo sistema de recolección de energía ambiental creado en el Nanosat Lab. Esta tecnología se basa en la diferencia de temperatura entre el exterior y el interior del pequeño satélite (entre 5 ° C y 10 ° C). El objetivo es que alimente perpetuamente la baliza de telecomunicaciones que identifica al 3Cat-1 incluso más allá de la vida útil del minúsculo aparato.
  • En el mismo 3Cat-1 se comprobará el funcionamiento de una tecnología desarrollada para transmitir, inalámbricamente, energía al espacio. La transferencia de energía sin cables es una técnica que permite distribuir energía eléctrica sin soporte material y que se podría aplicar a dispositivos del hogar, tales como móviles, televisores o el Internet de las cosas.
  • La sexta carga a bordo será la cámara fotográfica que permita efectuar fotografías desde el espacio.

Al lanzamiento del 3Cat-1 le seguiría el 3Cat-4, un nanosatélite que también incorpora tecnología propia, desarrollado por un grupo de 18 estudiantes de grado, máster y doctorado de cuatro centros docentes de la UPC: la ETSETB, la ESEIAAT, la ETSEIB y la EETAC. Este equipo multidisciplinar fue el único español seleccionado entre los seis finalistas de la segunda edición del programa Fly Your Satellite!, de la ESA. El lanzamiento del 3Cat-4 está previsto para el año 2019.