Un satélite pequeño , satélite miniaturizado o smallsat es un satélite de baja masa y tamaño, generalmente de menos de 1200 kg (2600 lb). [1] Si bien todos estos satélites pueden denominarse "pequeños", se utilizan diferentes clasificaciones para categorizarlos según su masa . Los satélites pueden construirse en tamaño pequeño para reducir el gran costo económico de los vehículos de lanzamiento y los costos asociados con la construcción. Los satélites en miniatura, especialmente en grandes cantidades, pueden ser más útiles que los menos numerosos y más grandes para algunos propósitos, por ejemplo, la recopilación de datos científicos y la transmisión por radio . Los desafíos técnicos en la construcción de satélites pequeños pueden incluir la falta de suficiente almacenamiento de energía o de espacio para un sistema de propulsión .
Una de las razones para miniaturizar los satélites es la reducción de costos; los satélites más pesados requieren cohetes más grandes con mayor empuje, que también tienen un mayor costo de financiamiento. En cambio, los satélites más pequeños y livianos requieren vehículos de lanzamiento más pequeños y más baratos y, a veces, pueden lanzarse en grupos. También pueden lanzarse "a cuestas", utilizando la capacidad sobrante de los vehículos de lanzamiento más grandes. Los satélites miniaturizados permiten diseños más económicos y una fácil producción en masa.
Otra razón importante para el desarrollo de satélites pequeños es la oportunidad de permitir misiones que un satélite más grande no podría lograr, como:
Los segmentos de nanosatélites y microsatélites de la industria de lanzamiento de satélites han estado creciendo rápidamente en la década de 2010. La actividad de desarrollo en el rango de 1 a 50 kg (2,2 a 110,2 lb) ha superado significativamente a la del rango de 50 a 100 kg (110 a 220 lb). [2]
Sólo en el rango de 1 a 50 kg , se lanzaron menos de 15 satélites anualmente entre 2000 y 2005, 34 en 2006, y luego menos de 30 lanzamientos anuales entre 2007 y 2011. Esta cifra aumentó a 34 lanzados en 2012 y 92 en 2013. [2]
El analista europeo Euroconsult proyecta que se lanzarán más de 500 pequeños satélites entre 2015 y 2019 con un valor de mercado estimado en 7.400 millones de dólares . [3]
A mediados de 2015, se habían vuelto disponibles muchas más opciones de lanzamiento para satélites pequeños, y los viajes como cargas útiles secundarias se habían vuelto más numerosos y más fáciles de programar con menor anticipación. [4]
En un sorprendente giro de los acontecimientos, el Departamento de Defensa de los EE. UU ., que durante décadas había adquirido satélites pesados en ciclos de adquisición de décadas, está haciendo una transición a pequeños satélites en la década de 2020. La oficina de adquisición e integración espacial dijo en enero de 2023 que "la era de los satélites masivos debe estar en el espejo retrovisor para el Departamento de Defensa" [5] con satélites pequeños que se están adquiriendo para las necesidades del DoD en todos los regímenes orbitales, independientemente de "si es LEO MEO o GEO " mientras apunta a adquisiciones en menos de tres años. [5] Se considera que los satélites más pequeños son más difíciles de atacar para un enemigo, además de proporcionar más resiliencia a través de la redundancia en el diseño de una gran red distribuida de activos satelitales . [5]
En 2021 se lanzaron al espacio los primeros nanosatélites autónomos, parte de la misión Adelis-SAMSON, diseñados y desarrollados por el Technion y Rafael en Israel . [6] En 2023, SpaceX lanzó un nanosatélite de comunicación cuántica de 20 cm desarrollado por la Universidad de Tel Aviv , es el primer satélite de comunicación cuántica del mundo. [7] El nanosatélite de TAU está diseñado para formar una red de comunicación cuántica, así como comunicarse con la Tierra a través de una estación terrestre óptica. [7] [8]
El término "satélite pequeño", [2] o a veces "minisatélite", a menudo se refiere a un satélite artificial con una masa húmeda (incluido el combustible) de entre 100 y 500 kg (220 y 1100 lb), [9] [10] pero en otros usos ha llegado a significar cualquier satélite de menos de 500 kg (1100 lb). [3]
Entre los ejemplos de satélites pequeños [ ¿según quién? ] se incluyen los satélites Demeter , Essaim , Parasol , Picard , MICROSCOPE , TARANIS , ELISA , SSOT , SMART-1 , Spirale-A y -B , y Starlink . [ cita requerida ]
Aunque tradicionalmente los satélites pequeños se han lanzado como cargas útiles secundarias en vehículos de lanzamiento más grandes, varias empresas comenzaron a desarrollar vehículos de lanzamiento específicamente destinados al mercado de satélites pequeños. En particular, con un mayor número de satélites pequeños en vuelo, el paradigma de carga útil secundaria no proporciona la especificidad necesaria para muchos satélites pequeños que tienen requisitos orbitales y de tiempo de lanzamiento únicos. [11]
Algunas empresas privadas con sede en EE. UU. que en algún momento han lanzado vehículos de lanzamiento de satélites pequeños con fines comerciales:
El término "microsatélite" o "microsat" se aplica generalmente al nombre de un satélite artificial con una masa húmeda entre 10 y 100 kg (22 y 220 lb). [2] [9] [10] Sin embargo, esta no es una convención oficial y, a veces, esos términos pueden referirse a satélites más grandes que eso, o más pequeños que eso (por ejemplo, 1–50 kg (2,2–110,2 lb)). [2] A veces, los diseños o diseños propuestos de algunos satélites de estos tipos tienen microsatélites trabajando juntos o en formación . [15] El término genérico "pequeño satélite" o "smallsat" también se utiliza a veces, [16] al igual que "satélite". [17]
Ejemplos: Astrid-1 y Astrid-2, [18] así como el conjunto de satélites actualmente anunciados para LauncherOne (abajo) [16]
En 2018, los dos microsatélites Mars Cube One , con una masa de tan solo 13,5 kg (30 lb) cada uno, se convirtieron en los primeros CubeSats en abandonar la órbita terrestre para su uso en el espacio interplanetario. Volaron en su camino hacia Marte junto con la exitosa misión de aterrizaje Mars InSight . [19] Los dos microsatélites lograron un sobrevuelo de Marte en noviembre de 2018 y ambos continuaron comunicándose con estaciones terrestres en la Tierra hasta fines de diciembre. Ambos dejaron de funcionar a principios de enero de 2019. [20]
Varias empresas comerciales y contratistas militares están desarrollando actualmente vehículos de lanzamiento de microsatélites para cumplir con los requisitos de lanzamiento cada vez más específicos de los microsatélites. Si bien los microsatélites se han transportado al espacio durante muchos años como cargas útiles secundarias a bordo de lanzadores más grandes , el paradigma de carga útil secundaria no proporciona la especificidad requerida para muchos satélites pequeños cada vez más sofisticados que tienen requisitos orbitales y de tiempo de lanzamiento únicos. [11]
En julio de 2012, Virgin Orbit anunció LauncherOne , un vehículo de lanzamiento orbital diseñado para lanzar cargas útiles primarias de "sat pequeños" de 100 kg (220 lb) a la órbita baja de la Tierra , con lanzamientos proyectados para comenzar en 2016. Varios clientes comerciales ya han contratado lanzamientos, incluidos GeoOptics, Skybox Imaging , Spaceflight Industries y Planetary Resources . Tanto Surrey Satellite Technology como Sierra Nevada Space Systems están desarrollando buses satelitales "optimizados para el diseño de LauncherOne". [16] Virgin Orbit ha estado trabajando en el concepto de LauncherOne desde fines de 2008, [21] y a partir de 2015 [actualizar], lo está convirtiendo en una parte más importante del plan de negocios principal de Virgin, ya que el programa de vuelos espaciales humanos de Virgin ha experimentado múltiples retrasos y un accidente fatal en 2014. [22]
En diciembre de 2012, DARPA anunció que el programa Airborne Launch Assist Space Access proporcionaría el cohete propulsor de microsatélites para el programa DARPA SeeMe que pretendía lanzar una " constelación de 24 microsatélites (alcance de ~20 kg (44 lb)) cada uno con una resolución de imagen de 1 m ". [23] El programa se canceló en diciembre de 2015. [24]
En abril de 2013, Garvey Spacecraft recibió un contrato de 200.000 dólares estadounidenses para desarrollar su tecnología de vehículo de lanzamiento suborbital Prospector 18 en un vehículo de lanzamiento de nanosatélites orbitales capaz de lanzar una carga útil de 10 kg (22 lb) en una órbita de 250 km (160 mi) a un "vehículo de lanzamiento de nano/microsatélites" agrupado 20/450 (NMSLV) aún más capaz, capaz de lanzar cargas útiles de 20 kg (44 lb) en órbitas circulares de 450 km (280 mi) . [25]
El Boeing Small Launch Vehicle es un vehículo de lanzamiento de tres etapas que se lanza desde el aire y que tiene como objetivo lanzar pequeñas cargas útiles de 45 kg (100 lb) a la órbita baja de la Tierra. El programa pretende reducir los costos de lanzamiento de los satélites militares estadounidenses pequeños a tan solo 300.000 dólares por lanzamiento (7.000 dólares por kg) y, si se financiara el programa de desarrollo a partir de 2012, podría estar operativo en 2020. [26][actualizar]
La empresa suiza Swiss Space Systems (S3) anunció en 2013 sus planes de desarrollar un avión espacial suborbital llamado SOAR que lanzaría un vehículo de lanzamiento de microsatélites capaz de poner una carga útil de hasta 250 kg (550 lb) en la órbita terrestre baja. [27]
La empresa española PLD Space nació en 2011 con el objetivo de desarrollar vehículos de lanzamiento de bajo coste denominados Miura 1 y Miura 5 con capacidad para colocar en órbita hasta 150 kg (330 lb). [28]
El término "nanosatélite" o "nanosat" se aplica a un satélite artificial con una masa húmeda de entre 1 y 10 kg (2,2 y 22,0 lb). [2] [9] [10] Los diseños y propuestas de estos tipos pueden lanzarse individualmente, o pueden tener múltiples nanosatélites trabajando juntos o en formación, en cuyo caso, a veces se puede aplicar el término "enjambre de satélites" [30] o " nave espacial fraccionada ". Algunos diseños requieren un satélite "madre" más grande para la comunicación con los controladores terrestres o para el lanzamiento y acoplamiento con nanosatélites. Se han lanzado más de 2300 nanosatélites hasta diciembre de 2023. [31] [29]
Un CubeSat [32] es un tipo común de nanosatélite, [29] construido en forma de cubo basado en múltiplos de 10 cm × 10 cm × 10 cm, con una masa de no más de 1,33 kilogramos (2,9 lb) por unidad. [33] El concepto de CubeSat fue desarrollado por primera vez en 1999 por un equipo colaborativo de la Universidad Politécnica Estatal de California y la Universidad de Stanford , y las especificaciones, para su uso por parte de cualquiera que planee lanzar un nanosatélite de estilo CubeSat, son mantenidas por este grupo. [33]
Con los continuos avances en la miniaturización y el aumento de la capacidad de la tecnología electrónica y el uso de constelaciones de satélites , los nanosatélites son cada vez más capaces de realizar misiones comerciales que anteriormente requerían microsatélites. [34] Por ejemplo, se ha propuesto un estándar CubeSat 6U para permitir que una constelación de satélites de treinta y cinco satélites de imágenes de la Tierra de 8 kg (18 lb) reemplace una constelación de cinco satélites de imágenes de la Tierra RapidEye de 156 kg (344 lb) , al mismo costo de la misión, con tiempos de revisión significativamente mayores: cada área del globo puede ser fotografiada cada 3,5 horas en lugar de una vez cada 24 horas con la constelación RapidEye. Los tiempos de revisión más rápidos son una mejora significativa para las naciones que realizan respuestas a desastres, que era el propósito de la constelación RapidEye. Además, la opción de nanosatélites permitiría que más naciones tengan su propio satélite para la recopilación de datos de imágenes fuera de horas pico (no desastres). [34] A medida que los costos disminuyen y los tiempos de producción se acortan, los nanosatélites se están convirtiendo en emprendimientos cada vez más viables para las empresas. [35]
Ejemplos de nanosatélites: ExoCube (CP-10) , ArduSat , SPROUT [36]
Los desarrolladores y fabricantes de nanosatélites incluyen EnduroSat , GomSpace , NanoAvionics , NanoSpace, Spire , [37] Surrey Satellite Technology , [38] NovaWurks , [39] Dauria Aerospace, [40] Planet Labs [38] y Reaktor . [41]
En los diez años de lanzamientos de nanosatélites anteriores a 2014, solo se lanzaron 75 nanosatélites. [29] Las tasas de lanzamiento aumentaron sustancialmente cuando en el período de tres meses de noviembre de 2013 a enero de 2014 se lanzaron 94 nanosatélites. [38]
Uno de los desafíos que ha planteado el uso de nanosatélites ha sido el envío económico de estos pequeños satélites a cualquier lugar más allá de la órbita baja de la Tierra . A fines de 2014, se estaban desarrollando propuestas para naves espaciales más grandes diseñadas específicamente para enviar enjambres de nanosatélites a trayectorias que están más allá de la órbita terrestre para aplicaciones como la exploración de asteroides distantes. [42]
Con el surgimiento de los avances tecnológicos de la miniaturización y el aumento del capital para apoyar las iniciativas de vuelos espaciales privados en la década de 2010, se han formado varias empresas emergentes para buscar oportunidades en el desarrollo de una variedad de tecnologías de vehículos de lanzamiento de nanosatélites (NLV) de carga útil pequeña.
Los NLV propuestos o en desarrollo incluyen:
Lanzamientos reales de NS:
El término "picosatélite" o "picosat" (que no debe confundirse con la serie de microsatélites PicoSAT ) se aplica generalmente a satélites artificiales con una masa húmeda de entre 0,1 y 1 kg (0,22 y 2,2 lb), [9] [10] aunque a veces se utiliza para referirse a cualquier satélite que tenga menos de 1 kg de masa de lanzamiento. [2] Una vez más, los diseños y diseños propuestos de este tipo suelen tener múltiples picosatélites trabajando juntos o en formación (a veces se aplica el término "enjambre"). Algunos diseños requieren un satélite "madre" más grande para la comunicación con los controladores terrestres o para el lanzamiento y acoplamiento con picosatélites.
Los picosatélites están surgiendo como una nueva alternativa para quienes construyen sus propios kits. Actualmente, se encuentran disponibles comercialmente en todo el rango de 0,1 a 1 kg (0,22 a 2,2 lb). Actualmente, existen oportunidades de lanzamiento por entre 12.000 y 18.000 dólares para cargas útiles de picosats de menos de 1 kg que son aproximadamente del tamaño de una lata de gaseosa. [48]
El término "femtosatélite" o "femtosat" se aplica generalmente a satélites artificiales con una masa húmeda inferior a 100 g (3,5 oz). [2] [9] [10] Al igual que los picosatélites, algunos diseños requieren un satélite "madre" más grande para la comunicación con los controladores terrestres.
En mayo de 2011, el transbordador espacial Endeavour lanzó tres prototipos de "satélites chip" a la ISS en su última misión. Se acoplaron a la plataforma externa de la ISS Materials International Space Station Experiment (MISSE-8) para realizar pruebas. [49] En abril de 2014, se lanzó el nanosatélite KickSat a bordo de un cohete Falcon 9 con la intención de liberar 104 chipsats del tamaño de femtosatelites, o "Sprites". [50] [51] En ese momento, no pudieron completar el despliegue a tiempo debido a una falla en un reloj de a bordo y el mecanismo de despliegue volvió a entrar en la atmósfera el 14 de mayo de 2014, sin haber desplegado ninguno de los femtosats de 5 gramos . [52] ThumbSat es otro proyecto que pretende lanzar femtosatelites a fines de la década de 2010. [53] ThumbSat anunció un acuerdo de lanzamiento con CubeCat en 2017 para lanzar hasta 1000 de estos satélites muy pequeños. [54] [ necesita actualización ]
En marzo de 2019, el CubeSat KickSat-2 desplegó 105 femtosats llamados "ChipSats" en órbita terrestre. Cada uno de los ChipSats pesaba 4 gramos. Los satélites fueron probados durante 3 días y luego volvieron a entrar en la atmósfera y se quemaron. [55] [56]
Los satélites pequeños generalmente requieren sistemas innovadores de propulsión, control de actitud , comunicación y computación.
Los satélites de mayor tamaño suelen utilizar sistemas de combustión monopropulsantes o bipropulsantes para la propulsión y el control de actitud; estos sistemas son complejos y requieren una cantidad mínima de volumen por superficie para disipar el calor. Estos sistemas pueden utilizarse en satélites más pequeños, mientras que otros micro/nanosatelites tienen que utilizar propulsión eléctrica, gas comprimido, líquidos vaporizables como butano o dióxido de carbono u otros sistemas de propulsión innovadores que son simples, baratos y escalables.
Los satélites pequeños pueden utilizar sistemas de radio convencionales en UHF, VHF, banda S y banda X, aunque a menudo se miniaturizan utilizando tecnología más actualizada en comparación con los satélites más grandes. Los satélites diminutos, como los nanosatélites y los microsatélites pequeños, pueden carecer de la fuente de alimentación o la masa necesarias para los grandes transpondedores de radio convencionales , y se han propuesto varios sistemas de comunicaciones miniaturizados o innovadores, como receptores láser, conjuntos de antenas y redes de comunicación de satélite a satélite. Pocos de ellos se han demostrado en la práctica.
Los componentes electrónicos deben someterse a pruebas rigurosas y modificarse para que sean "resistentes al espacio" o resistentes al entorno del espacio exterior (vacío, microgravedad, temperaturas extremas y exposición a la radiación). Los satélites miniaturizados permiten probar nuevos equipos con un menor gasto en pruebas. Además, dado que el riesgo de costo general de la misión es mucho menor, se puede incorporar a los micro y nanosatélites tecnología más actualizada pero menos probada en el espacio que la que se puede utilizar en misiones mucho más grandes y costosas con menos apetito por el riesgo.
Los satélites pequeños son difíciles de rastrear con radares terrestres, por lo que es difícil predecir si colisionarán con otros satélites o naves espaciales ocupadas por humanos. La Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos ha rechazado al menos una solicitud de lanzamiento de un satélite pequeño por motivos de seguridad. [57]
El 19 de noviembre, Orbital Sciences, una empresa estadounidense, lanzó un cohete desde la instalación de vuelo Wallops en Virginia. Llevó 29 satélites a lo alto y los liberó a una órbita terrestre baja, un récord para una sola misión. Treinta horas después, Kosmotras, una empresa conjunta rusa, llevó 32 satélites a una órbita similar. Luego, en enero de 2014, Orbital Sciences llevó 33 satélites a la Estación Espacial Internacional (ISS), donde fueron lanzados un mes después.
