Guía de orientación regulatoria

Aspectos importantes para el lanzamiento

De GOR
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En la actualidad existe un notable interés por incursionar en el desarrollo espacial por parte de instituciones académicas, industria, gobierno y grupos militares. Las misiones espaciales a gran escala, necesitan de un tiempo muy largo de desarrollo y representan un costo significativo, desde el proceso de diseño, construcción y lanzamiento de los satélites. Con el surgimiento de los satélites pequeños, se ha logrado reducir costos y tiempo en el desarrollo de tecnología espacial. Mediante satélites pequeños se pueden realizar experimentos cuyos resultados pueden posteriormente aplicarse en misiones de mayor escala; también se pueden usar satélites pequeños en aplicaciones similares a las usadas en satélites de gran escala, a menor costo y en menos tiempo de desarrollo.

La creación del estándar Cubesat ha dado paso al incremento en el número de desarrollos de nanosatélites. Dicho estándar fue producto de una colaboración entre la Universidad Estatal Politécnica de California (Cal Poly) y la Universidad de Stanford, ambas instituciones del estado de California en los Estados Unidos de América (EUA). El estándar hace referencia a crear unidades en forma de un cubo de 10cm x 10cm x 10 cm, con un peso aproximado de 1 kg;

Una característica importante es que estas unidades se pueden concatenar, por lo que si juntamos tres de estas unidades, las dimensiones finales del nanosatélite serán de 10 cm x10 cm x 30 cm y un peso aproximado de 3 kg aproximadamente. El surgimiento de dicho estándar, permitió el aumento de proyectos de nanosatélites, ya que facilita la adquisición de componentes, estructuras y subsistemas.

La Unión Europea inició en enero del 2013 el programa “Utilización del potencial de los nanosatélites para la implementación de Políticas del Espacio e Innovación para el Espacio” [14]. Este programa tiene el objetivo de promover el desarrollo de nanosatélites comenzando con una base de datos de nanosatélites. De acuerdo a esta base de datos, se han lanzado 522 nanosatélites (revisar Tabla 12), de los cuales 243 se encuentran orbitando, 166 continúan operando y setenta fallaron durante el lanzamiento. De esta cantidad, según la base de datos mencionada, el 40.4% de los satélites pequeños pertenecen a la industria, un 40.8% a universidades, el 5.6% pertenece a militares y el 5.8% restante corresponde a desarrollos independientes, escuelas, institutos y otros proyectos sin fines de lucro.

Tabla 12. Cantidad de nanosatélites registrados hasta mayo de 2016.
Estado actual Número de Nanosatélites
Operando 166
Ya no operan 77
Desorbitados 158
En la Estación Espacial Internacional 43
Fallas en lanzamiento 70
Regresaron 8
No lanzados 715
Cancelados 50

En su mayoría, los satélites cubesat desarrollados son de tres unidades, sin embargo también han habido desarrollos con diferentes unidades (0.25U, 0.5U, 1U, 1.5U, 2U, 4U, 5U, 8U, 12U y 16U), así como otros estándares como PocketQube y TubeSat. De la mencionada base de datos, también se puede mencionar que la mayoría de los desarrollos de satélites pequeños (66.3%), fueron realizados en EUA y Europa (15.7%) [15].

Los primeros nanosatélites fueron puestos en órbita el año 1998. Desde ese entonces, se ha continuado con el interés de realizar investigaciób dentro de ésta área. En los últimos años, el número de lanzamiento de nanosatélites ha ido en crecimiento, esperando que para finales del 2016 se posicionen en órbita 437 satélites. La Figura 8, muestra el número de satélites pequeños lanzados por año. Este dato incluye tanto los satélites lanzados exitosamente como los fallidos. También muestra los lanzamientos planeados a partir de este año hasta el 2021.

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Figura 8. Nanosatélites lanzados por año [15]

Los datos obtenidos a través de satélites pequeños pueden ser muy útiles para diferentes aplicaciones, y en algunos casos, tienen características similares a los datos obtenidos por satélites de gran escala. Pese a que se ha logrado reducir considerablemente el costo de desarrollo y construcción de satélites pequeños, aún no existe coherencia con el costo del lanzamiento de los mismos, ya que éstos son enviados como carga secundaria en vehículos lanzadores de satélites de gran escala o son enviados hasta la Estación Espacial Internacional (EEI). Por esta razón, algunos desarrolladores se han motivado a investigar sobre la posibilidad de construir cohetes más pequeños. Aunque en la actualidad no se cuenta con este servicio, se espera que próximamente se pueda reducir aún más el costo de la puesta en órbita de satélites pequeños. Además de obtener un beneficio económico, el desarrollo de este tipo de lanzadores, permitiría que se tenga mayor libertad de elección tanto de fecha de lanzamiento como de la órbita de posicionamiento, ya que hasta el momento, esta decisión depende de las demandas de parte del equipo desarrollador de la carga primaria del vehículo lanzador.

Algunos vehículos lanzadores y ubicación geográfica

Algunos de los lanzadores que han sido usados con mayor éxito para poner en órbita satélites pequeños se resumen en la Tabla 13. Esta tabla fue realizada con información obtenida de bases de datos [15, 16] y considera el nombre del operador del vehículo lanzador y la ubicación geográfica del lanzamiento, además de la altura del lanzamiento aproximada en la que se desprende la carga secundaria.

Tabla 13. Vehículos lanzadores que transportaron satélites pequeños.
Nombre del vehículo Desarrollador Ubicación geográfica de lanzamiento Altura de lanzamiento
Vega Agencia Espacial Italiana (ESA) Guyana Francesa 700 kilómetros
Soyuz Cooperación entre Europa y Rusia Guyana Francesa 700 kilómetros
Dneper-1 ISC Kosmotras, Kazajistan Cosmódromo de Baikonur en Kazajistán y Dombarovsky, Yansi, en Óblast de Oremburgo 650 kilómetros
H-IIA Mitsubishi Heavy Industries Tanegashima 700 kilómetros
Falcon 9 Space X, EUA Cabo Cañaberal, Florida y Vandenberg, California 700 kilómetros
Taurus, Antares, Pegasus Orbital Sciences Corporation, EUA Wallops Island, Vandenberg, Cabo Cañaveral, Kodiak Island 700 kilómetros

Dispensadores de satélites pequeños para el lanzamiento

Como se mencionó anteriormente, actualmente los satélites pequeños son lanzados como carga secundaria dentro de vehículos lanzadores o desde la EEI. En ambos casos, es necesario contar con dispensadores, los cuales son contenedores con mecanismos que permiten que los satélites pequeños sean desplegados una vez que la carga secundaria es desprendida de la primaria.

La mayoría de los dispensadores de satélites pequeños están diseñados para ser compatibles con el estándar cubesat. Algunos de los dispensadores usados para poner en órbita los satélites pequeños son los siguientes:

  • P-POD, es el diseño de Cal Poly, mismo equipo que desarrolló el estándar de CubeSats.
  • ISIPOD, diseño realizado por la empresa ISIS.
  • JAXA, esta diseñado para operar desde la EEI y su principal distribuidor es Nanoracks.
  • NRCSD, el cual es desarrollado por Nanoracks.
  • PSL, desarrollado por Astro-und Feinwerktechnik.
  • NLAS, desarrollado por la NASA.

Interfaces estandarizadas de carga secundaria

La carga secundaria es una forma de aprovechar los lanzamientos para poner en órbita satélites pequeños. Cada lanzamiento incluye un número determinado de dispensadores para que acompañen a la carga primaria en su trayecto. Estos dispensadores van unidos a una estructura en forma de anillo, situada junto a la carga primaria. Existen algunas interfaces de carga secundaria estandarizadas y se presentan a continuación:

Adaptador de carga secundaria (ESPA, por sus siglas en ingles)

Un adaptador de carga secundaria (ESPA, por sus siglas en ingles), es un adaptador en forma de anillo que fue diseñado inicialmente para misiones de lanzamiento de cargas secundarias por el Departamento de Defensa del gobierno de los EUA, en las cuales usaban el Vehículo de Lanzamiento No-Reutilizable Evolucionado (EELV, por sus siglas en inglés). Este desarrollo tenía como objetivo principal reducir los costos para el usuario de la carga primaria y a la vez permitir misiones secundarias o terciarias de menor impacto respecto a la carga principal. El ESPA fue diseñado para soportar hasta 6,800 kg en la carga primaria y no más de 180 kg en la parte secundaria.

Sistemas de carga secundaria de la empresa Spacefligth

El sistema de carga secundaria de Spaceflight (SSPS, por sus siglás en inglés), es un sistema comercial derivado de la tecnología de ESPA desarrollado por la empresa Spaceflight. El sistema incluye cinco puertos de 61 cm de diámetro, cada uno con la capacidad de soportar un peso de 300 kg. Este sistema opera de forma similar a una nave tradicional con computadora de vuelo y sistema de potencia.

Contratación de lanzamiento

La planeación del lanzamiento de un cubesat debe consideran un presupuesto aproximado de $100,000 dólares por unidad. Por ejemplo, si se va a lanzar un Cubesat de 2 unidades, el costo del lanzamiento será de 200,000 dólares aproximadamente. Cabe mencionar, que algunas veces, se lanzan convocatorias para inscribirse a listas de espera para lanzamientos gratis. Sin embargo, no hay certeza del momento en el que vaya a ser puesto en órbita.

Por otro lado, un aspecto importante a considerar en el presupuesto del proyecto, es asegurar el costo de lanzamiento, ya que si por algún motivo, el lanzamiento fuera fallido, se podría recuperar el costo pagado. La póliza de este seguro oscila entre el 10 y 13% del costo del lanzamiento y si se desea asegurar el satélite, de igual manera se debe calcular entre el 10 y 13% del satélite.

Otros costos a considerar, son los relativos a importación y exportación, los cuales dependen de la empresa intermediaria y del país de lanzamiento. Finalmente, es recomendable adquirir una caja transportadora que tenga la mejor protección para poder mover el satélite pequeño de un país a otro y considerar que el satélite pequeño debe ser protegido con bolsas antiestáticas para evitar que el satélite se dañe durante el trayecto al destino final.

Como se mencionó anteriormente, algunas empresas intermediarias son las encargadas de reunir satélites pequeños para integrarlos en el vehículo lanzador o para acoplarlos a los dispensadores que irán a la EEI. La Tabla 14 muestra algunas de las empresas que brindan su servicio como intermediarias para poder poner en órbita los satélites pequeños y el lugar en el que están establecidos.

Tabla 14. Empresas intermediarias para el lanzamiento de satélites pequeños
Empresa País Página web Servicio de lanzamiento
Tyvak/Terran Orbital EUA www.tyvak.com
www.terranorbital.com
Lanzamiento de cubesats y venta de seguros, dispensadores
GAUSS Italia www.gaussteam.com Lanzamiento de microsatélites, dispensadores
UTIAS-SFL (Universidad de Toronto) Canadá www.utias-sfl.net Lanzamiento de cubesats y nanosatélites, dispensadores
Spaceflight EUA www.spaceflightservices.com Lanzamiento
Nanoracks EUA www.nanoracks.com Lanzamiento
ATSB (Astronautic Technology) Malasia www.cubesatpro.com Lanzamiento
SpaceXplo Japón www.spacexplo.com Lanzamiento

Se espera que para el año 2018, otras empresas estén brindando el servicio de lanzamiento de órbita baja. Una de ellas se denomina Cubecab. Esta empresa de EUA, que se enfoca en lanzar Cubesats de 1 y 3 unidades, se encuentra en proceso de desarrollar su propio lanzador. También la empresa española PLD Space planea realizar su primer lanzamiento comercial en el año 2018. Generation Orbit, es una empresa de EUA que también ha desarrollado su propio lanzador, aunque aún no hay detalles de la fecha de su primer lanzamiento comercial.

Cada empresa que brinda el servicio de lanzamiento, presenta un cronograma de pago, por lo general se piden tres pagos. El primer pago es aproximadamente el 30% del costo total del servicio al momento de firmar el contrato; un 40% al momento de entregar el satélite para la integración y pruebas en el dispensador que va a servir para desplegar los satélites en órbita; y finalmente, se paga el resto al momento del lanzamiento.

Dependiendo del vehículo lanzador, se deben cumplir distintos requisitos, por lo que se deben considerar gastos adicionales. Por ejemplo, si el satélite pequeño va a ser lanzado mediante el vehículo PSLV de la India, se requerirá realizar pruebas de vibración, o por ejemplo, si el lanzamiento será de la EEI, las baterías del satélite deben ser aprobadas por la NASA.