Los conectores compactos y robustos resultan fundamentales en la última misión de despliegue de CubeSat de GAUSS

El gasto económico que supone poner un satélite en órbita ha impedido a muchas pequeñas organizaciones participar en el sector espacial. Sin embargo, el transporte de varios satélites en el mismo cohete -o ride-sharing- (uso compartido) está haciendo que sea mucho más cómodo y asequible para los institutos académicos y las PYME enviar su hardware al espacio. Esto significa que el sector espacial ya no tiene por qué ser un coto cerrado de los grandes consorcios espaciales.

Una de las empresas que está llevando a cabo el uso compartido del espacio es GAUSS Srl (Grupo de Astrodinámica para el Uso de Sistemas Espaciales). Con sede en Italia, GAUSS surgió de la Escuela de Ingeniería Aeroespacial de la Universidad de la Sapienza de Roma y se dedica al desarrollo de microsatélites desde la década de 1990. Desde 2012, está al servicio de la industria espacial como empresa privada, utilizando tecnología propia desarrollada originalmente en la universidad, además de realizar sus propios avances de ingeniería. Además del diseño y la producción de hardware de microsatélites, también se encarga del análisis de misiones para la órbita terrestre baja (LEO), la órbita geoestacionaria (GEO) y las misiones interplanetarias, así como de diversas operaciones de seguimiento en tierra.

Uno de los principales objetivos de GAUSS es reducir los niveles de inversión financiera que tienen que hacer los institutos académicos y las pequeñas empresas para participar en proyectos relacionados con el espacio. Esto llevó a la empresa a presentar en 2013 la plataforma UNISAT, que supuso un cambio en el juego. UNISAT representó una novedad en el sector, ya que permitía la puesta en órbita de satélites de terceros. A lo largo de los años siguientes, se han puesto en órbita varias unidades UNISAT diferentes, y cada una de ellas ha desplegado posteriormente una serie de CubeSats y PocketQubes para uso educativo y de investigación científica.

Esta forma de «compartir el viaje» ha hecho más conveniente y asequible poner el hardware en el espacio, con un ahorro de costes del 30-35% en comparación con otros lanzamientos. Además de un precio más atractivo, los institutos académicos no tienen que preocuparse de preparar toda la documentación para la agencia de lanzamiento, ni de comprar su propio mecanismo de despliegue, ya que GAUSS se encarga de todo esto. También tienen un mayor control sobre el momento del lanzamiento, la orientación y el seguimiento de su pico/nano-satélite después del lanzamiento, con un despliegue preciso y seguro de cada elemento en una órbita síncrona solar (SSO).

Con su último proyecto UNISAT, UNISAT-7, el equipo de ingenieros de GAUSS quiso llevar el concepto al siguiente nivel. Necesitaban aumentar la capacidad de carga útil para poder transportar más picos y nano-satélites al espacio, así como hacer más espacio para instrumentación experimental adicional. El éxito de UNISAT-7 dependía de que su construcción fuera lo más sencilla posible, ya que eso les permitiría aumentar la carga útil.

La nave de UNISAT-7 debía ser muy compacta, con unas dimensiones de sólo 50 mm x 50 mm x 50 mm. Tendría una masa total de lanzamiento de 32 kg, de los cuales 15 se destinarían a la carga útil que debía llevar al espacio. Por lo tanto, es vital mantener el peso de todo el hardware constituyente bajo. Para lograrlo, se construyó con un armazón de aluminio de grado aeronáutico con forma de panal de abeja y con revestimientos de fibra de carbono. Las células solares montadas en la carrocería se añadieron al exterior para proporcionar toda la energía necesaria.

Para acelerar el tiempo de desarrollo, los ingenieros de GAUSS utilizaron componentes comerciales siempre que fue posible. Estos componentes se complementaron con la utilización de hardware de código abierto que había sido especialmente modificado para hacer frente a entornos espaciales difíciles.

Dado que el UNISAT-7 debía estar en funcionamiento durante un periodo aproximado de 3 a 5 años, todos los componentes debían soportar un funcionamiento a largo plazo. Por lo tanto, la fiabilidad continua era esencial. Asimismo, estos componentes debían ser muy resistentes a los golpes y vibraciones durante el lanzamiento. Además de hacer frente a las exigencias de la carga útil ya señaladas, también debían ser compactos y ligeros, ya que el espacio disponible era muy reducido.

A la hora de seleccionar los conectores que se incorporarían al UNISAT-7, era necesario cubrir todos los atributos que acabamos de señalar. Después de considerar productos de diferentes proveedores, los ingenieros de GAUSS tuvieron claro que la serie Datamate de Harwin era la que mejor satisfacía sus necesidades de interconexión. Estos conectores de alta fiabilidad (Hi-Rel) se utilizarían tanto para la transmisión de datos como de energía. Se integraron en los módulos de comunicación por radio necesarios para la telemetría, el ordenador de a bordo (OBC), la unidad de acondicionamiento y distribución de energía (PCDU), el sistema electrónico de energía (EPS), el mecanismo de la puerta de despliegue, etc.

Los conectores Datamate y Datamate Mix-Tek de Harwin son muy adecuados para su uso en aplicaciones espaciales y tienen una larga trayectoria en este ámbito. Con un tamaño reducido, estos componentes de 2 mm de paso ocupan un espacio mínimo en la placa. Sometidos a pruebas de vibraciones de 20G y choques de 100G, pueden hacer frente a las condiciones extremas que se dan durante el lanzamiento, con los contactos de cobre de berilio de 4 dedos siempre capaces de mantener una conexión con las superficies de acoplamiento correspondientes. Los contactos de las unidades Datamate estándar tienen una capacidad de corriente de 3A, mientras que los contactos Datamate Mix-Tek pueden suministrar hasta 40A de corriente. La capacidad de soportar temperaturas de hasta 125°C, además de las propiedades de baja desgasificación son también muy ventajosas. Existen diversos mecanismos de bloqueo para garantizar la retención de la interconexión.

«Tanto en términos de coste como de logística, nuestra plataforma UNISAT tiene verdaderas ventajas sobre los métodos de lanzamiento convencionales para misiones que sólo cuentan con recursos y presupuesto limitados», explicó Riccardo Di Roberto, jefe de ingeniería de UNISAT-7 en GAUSS. «Pero para asegurarnos de que nuestras misiones tengan éxito, necesitamos tener acceso a una tecnología robusta y de alto rendimiento. Después de considerar muchas posibilidades diferentes, nos pareció evidente que especificar los conectores Harwin Datamate resolvía muchos de nuestros problemas. Estos componentes nos proporcionaban una conectividad garantizada y podían hacer frente a las condiciones inflexibles que se daban. Como resultado, figuran en casi todos los subsistemas de UNISAT-7».

«Al investigar las posibles opciones, logramos obtener mucha información útil en el sitio web de Harwin y esto nos ayudó a encontrar la mejor opción para nuestros requisitos particulares», añade. «Las muestras que solicitamos se recibieron rápidamente, lo que nos permitió empezar a trabajar en la creación de prototipos casi de inmediato. También pudimos obtener un útil asesoramiento técnico del departamento técnico de Harwin a medida que avanzaba el trabajo de desarrollo.»

UNISAT-7 fue enviado al espacio a través de la nave rusa Soyuz-2-1a el 22 de marzo de 2021 desde el centro de lanzamiento de Baikonur, en Kazajistán. Una vez en órbita, los dos CubeSats y los tres PocketQubes que transportaba (con tamaños de 1/3U a 1U y de 1P a 6P) fueron desplegados con éxito y recibidos por sus respectivos propietarios. Estos ejecutarán ahora una variedad de tareas científicas diferentes, incluyendo el análisis de radiación multiespectral y de RF, la validación de dispositivos electrónicos y fotovoltaicos en el espacio, etc. Además de actuar como sistema de despliegue de pico/nano-satélites en órbita, UNISAT-7 también se utilizará para la investigación de la basura espacial y para trabajos de prueba in situ.

En la actualidad, GAUSS está realizando trabajos preliminares en UNISAT-8, y la empresa también está desarrollando hardware para varias misiones interplanetarias futuras. El equipo confía en que estos proyectos les brinden la oportunidad de volver a trabajar con Harwin en breve.

Por Eneko Ansoleaga, BDM, Southern Europe, Harwin