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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
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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
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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:
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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
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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
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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
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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,
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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
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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.
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