UPMSat-2: Hitos, anécdotas y aprendizaje de un año en órbita

Antena para realizar el seguimiento al UPMSat-2 / ETSIAE-UPM

365 días en órbita. UPMSat-2, el segundo satélite universitario desarrollado íntegramente por investigadores y estudiantes de la Universidad Politécnica de Madrid, se lanzaba hace un año al espacio, tras varios retrasos a causa de la meteorología adversa y con un final de campaña atípico, por la situación global de pandemia de la COVID-19, que también ha marcado este primer año de operación del satélite.

La COVID-19 y el decreto de estado de alarma en nuestro país, obligó a que los investigadores del Instituto Universitario de Microgravedad “Ignacio Da Riva” (IDR/UPM), responsables del proyecto, regresaran precipitadamente a España desde Kourou y tuvieran que emplear sistemas remotos para monitorizar las últimas actividades previas al lanzamiento, como la carga de la batería.

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También tuvieron que seguir el lanzamiento desde casa: a las 3:51 horas en Madrid del 3 de septiembre de 2020, comenzó la cuenta atrás para el despegue del vuelo VV16 de Arianespace en el que 53 microsatélites y nanosatélites (de 13 países y 21 clientes), incluido UPMSat-2 partían rumbo al espacio a bordo de un cohete Vega. Nervios, tensión y mucha ilusión por ver la culminación de un proyecto de casi una década de trabajo esa madrugada.

Con el lanzamiento, financiado por la Unión Europea a través del Programa IOD/IOV Horizonte 2020, finalizaba la fase de desarrollo, pero comenzaba otra, la de operación, pues el satélite está diseñado para ser una plataforma de demostración tecnológica en órbita, albergando experimentos de innovación tecnológica de empresas españolas y europeas, con una vida útil dos años.

Primeras comprobaciones

La primera fase en cualquier operación es el contacto e identificación del satélite. “En lanzamientos múltiples como este, los satélites se lanzan muy próximos unos de otros e identificar el satélite correcto al que seguir no es un aspecto trivial”, explica Elena Roibás, directora técnica del proyecto UPMSat-2. “El primer contacto del satélite con la estación de tierra se produjo pocas horas después del lanzamiento, en concreto el 3 de septiembre a las 11:31 horas UTC. Durante todo ese día se recibieron reportes de otras estaciones de radioaficionados informando de la comunicación con UPMSat-2 y proporcionando los primeros mensajes de telemetría.

El primer mensaje de telemetría decodificado en la estación de Montegancedo se recibió el 3 de septiembre a las 21:00 horas UTC y, desde ese momento, el satélite se ha mantenido comunicándose correctamente con la estación terrena hasta el día de hoy”. Estos mensajes de telemetría muestran una ‘foto’ del estado del satélite (estado de la batería, voltajes, corrientes, funcionamiento del control de actitud, temperaturas, estado de las cargas de pago, etc.), parámetros que se comprobaron inicialmente en la fase de operaciones tempranas en órbita.

Estación de seguimiento / ETSIAE-UPM

Durante este primer año la operación del UPMSat-2 se ha realizado fundamentalmente en remoto, para primar la salud de profesores y estudiantes, algo que inicialmente tampoco estaba previsto. Ha sido necesario readaptar todo el sistema de operación de la estación terrena, un ejemplo claro de la capacidad de superación y adaptación y de la habilidad para la búsqueda de soluciones rápidas y eficientes de todo el equipo.

El UPMSat-2 pasa aproximadamente 4 veces al día sobre la estación terrena del IDR en el campus de Montegancedo, con una duración media del pase de 10 minutos. Los pases los controlan estudiantes de grado, máster y doctorado de la ETSI Aeronáutica y del Espacio, de la ETSI de Telecomunicación y de la ETSI Informáticos, en turnos de mediodía y noche, monitorizando el movimiento del rotor de las antenas, la telemetría descargada e informando de cualquier eventualidad que se pueda producir. Aunque siempre hay una persona en el control del pase, estudiantes de doctorado de la ETSIAE han desarrollado un programa autónomo que permite controlar el satélite y que incluye un bot de telegram que proporciona la información más importante de cada pase a la dirección técnica del proyecto.

La mayor parte de este primer año de operación ha estado dedicada a las actividades de comissioning, que se basan en entender el funcionamiento en órbita del sistema, la puesta a punto de los elementos de la estación de tierra y la comprobación del correcto funcionamiento de todos los subsistemas que componen el satélite.

Micro satélite UPMSat-2 / ETSIAE-UPM

UPMSat-2 se comunica con la estación terrena en UHF, a dos bandas de frecuencia diferentes: 400 MHz para la descarga de telemetría de experimentos, y 436 MHz, que es la dedicada a las comunicaciones amateur. Aprovechando esto, se ha iniciado una estrecha colaboración con la comunidad internacional de radioaficionados (AMSAT), que han ido proporcionando telemetría del satélite en diferentes localizaciones geográficas del mundo, algo muy valioso, pues permite evaluar el funcionamiento en otras latitudes y longitudes y verificar así la correcta operación de todos los sistemas. Al mismo tiempo, también se ha depurado y mejorado la estación terrena gracias a la colaboración del INTA e HISPASAT.

Experimentos ya probados

Y ahora, acaba de entrar en la fase de operación principal, en la que se realizará la misión del satélite como demostrador tecnológico. Ya se han realizado algunos de los experimentos como el SS6, que analiza el funcionamiento de un sistema formado por una serie de sensores de Sol de bajo coste para determinar la orientación del satélite relativa al sol. Las medidas de este sistema se comparan con las obtenidas por los magnetómetros y los paneles solares. “Los resultados obtenidos están siendo buenos, lo que permitirá validar este sistema para su uso en otras aplicaciones espaciales”, explican desde el IDR.

UPMSat-2 presenta como novedad un sistema de control de actitud basado únicamente en la medida del campo magnético terrestre. Este experimento, de interés para el propio IDR y destinado a mejorar los algoritmos actuales de control de actitud, ha sido validado a bordo del satélite y se empleará en futuros proyectos. Otro experimento, dependiente directamente de los investigadores de la UPM es el referido a control térmico, con una serie de sensores de temperatura distribuidos en la estructura y los sistemas del satélite para obtener un mapa térmico del UPMSat-2 que permita correlar los modelos de control térmico desarrollados en el IDR.

Por último, el experimento MGM3, evalúa el comportamiento de un magnetómetro de altas prestaciones desarrollado por la empresa Bartington. Actualmente se está validando su funcionamiento mediante la comparación con la información proporcionada por los magnetómetros nominales (UPMSat-2 lleva embarcados dos magnetómetros fabricados por la empresa SSBV), los sensores de sol y los paneles solares.

Alerta: riesgo de colisión

Pero no todo ha sido sencillo en este año de operación. El UPMSat-2 orbita la Tierra a 500 km de altitud en una órbita heliosíncrona. “Estas órbitas cercanas a la Tierra son las más utilizadas por satélites pequeños y están cada vez más masificadas. Aunque en teoría el riesgo de colisión es estadísticamente bajo, recibimos alertas de colisión casi con periodicidad semanal”, sostienen los investigadores. Algunas de estas alertas son de objetos pequeños que pasan a distancias moderadamente alejadas, pero otras son importantes y suponen un riesgo para la supervivencia del satélite. UPMSat-2 no tiene sistema de propulsión, así que no podemos actuar para prevenir las colisiones.

La colisión más importante hasta la fecha ocurrió a finales de septiembre del año pasado (cuando UPMSat-2 llevaba apenas un mes de operación). “La alerta de colisión hacía referencia a un fragmento del cohete Meteor (Meteor 2-5 DEB) que pasó a una distancia radial del UPMSat-2 realmente pequeña. El problema no es tanto la colisión con el objeto principal, sino las posibles colisiones secundarias con la nube de fragmentos que arrastran consigo. Por desgracia, esta colisión provocó un fallo en uno de los magnetopares (el UPMSat-2 lleva embarcados tres, que funcionan como actuadores del sistema de control de actitud), que se resolvió satisfactoriamente pasando al control mediante 2 magnetopares. No obstante, este tipo de fallos son comunes y UPMSat-2 incluye un extenso protocolo de actuación para solventarlos”, explica Elena Roibás.

Pero también se dan problemas en el lado tierra de las operaciones. En mayo de 2021, hubo un fallo en el controlador del rotor de las antenas (el equipo que permite que las antenas de la estación se muevan variando sus ángulos de Azimut y Elevación para seguir al satélite cuando pasa por encima de la estación terrena). Esto obligó a su desmontaje para enviarlo a reparación y paralizó las operaciones del satélite. Gracias a la colaboración de la comunidad de radioaficionados, el equipo de UPMSat-2 pudo seguir monitorizando y analizando el estado del satélite durante las tres semanas de reparación. “Les estamos muy agradecidos por todo su apoyo al proyecto”, reconocen.

Estación de seguimiento / ETSIAE-UPM

Un éxito como herramienta docente

Haciendo balance de este primer año, los responsables del proyecto consideran UPMSat-2 como un éxito en tres ámbitos: como herramienta docente, como nexo de colaboración con la empresa y como elemento inspirador para el fomento de vocaciones.

En primer lugar, UPMSat-2 nace como herramienta docente, por la firme convicción de los profesores e investigadores del IDR y del grupo STRAST (IPCT-UPM) de que el aprendizaje basado en proyectos reales es mucho más enriquecedor. “Involucrar a los estudiantes, ya desde los primeros cursos, en problemas reales del sector, que les muestran la realidad de la ingeniería aeroespacial más allá de lo impartido en las aulas, hace que estén más motivados por aprender, que demuestren ganas incansables de adquirir conocimientos y una gran capacidad de esfuerzo y superación”.

La otra cara de UPMSat-2 es ser una plataforma demostración tecnológica en órbita. Varias empresas han confiado en el satélite de la UPM para albergar sus experimentos de innovación tecnológica. Y esto redunda en beneficios para todos. Por un lado, ello permite a los profesores e investigadores estar vinculados a proyectos alineados con las necesidades actuales del sector y, por otro, permite a los estudiantes enfocarse en los aspectos técnicos que desarrollarán en su futuro profesional.

Por último, el proyecto trasciende el entorno universitario para acercar el espacio y la tecnología a los más jóvenes. El equipo de UPMSat-2 está abierto a la colaboración con colegios e instituciones de todos los niveles educativos para promover el interés por la ciencia y la tecnología y acercar estas disciplinas a futuras generaciones, especialmente a las niñas. “Dado que el número de mujeres en carreras tecnológicas es aún bajo, proporcionar ejemplos de profesionales que nos dedicamos a este sector me parece muy importante, e incluso un deber como profesora de universidad”, concluye Elena.