La Fundación Séneca de la Región de Murcia financia el desarrollo filtros de comunicación hechos a medida para los satélites de nueva generación, que mejoran la transferencia de datos y permiten ampliar el rango de posibilidades de los nuevos picosatélites.
Tienen un tamaño similar a una caja de zapatos. Emplean una tecnología punta, pocas veces vista antes. Y están revolucionando el mundo de las telecomunicaciones. Se trata de la nueva generación de satélites de pequeño tamaño o también conocidos como picosatélites, para los que se está abriendo una nueva ventana de oportunidad, con el desarrollo de piezas a medida.
El tamaño de los elementos electrónicos y tecnológicos que componen este tipo de dispositivos resulta fundamental. Se buscan piezas de muy pequeñas dimensiones, pero con las mismas características de funcionamiento que sus hermanas mayores, y esto supone todo un reto para la industria, al que se ha apuntado la Fundación Séneca, con la financiación de un proyecto de la Universidad Politécnica de Cartagena (UPCT), con el que se está avanzando en la construcción de filtros de comunicación para esta nueva generación de satélites.
Cómo son los filtros de comunicación para satélites que se están diseñando en Cartagena
Los filtros de comunicación para satélites que se diseñan en Cartagena, además de ser mucho más pequeños, tienen un diseño diferente realizado en 3D, con el que mejora su potencial de operación y también pueden ser reconfigurables desde Tierra. Al frente del proyecto, llamado ‘Componentes radiantes y de filtrado de microondas para pequeños satélites emergentes ‘, que arrancó el pasado enero, está Fernando Daniel Quesada, investigador del grupo de Electromagnetismo Aplicado a las Telecomunicaciones de la UPCT.
En esta investigación se está trabajando con una tecnología de fabricación aditiva, similar a la que emplean las impresoras 3D, que permite fabricar piezas totalmente a medida y con unas geometrías exclusivas, mucho más complejas y avanzadas que las ofrecidas por la industria actual. Pero lo más importante, se está logrando una mejora sustancial en la transferencia de datos desde el satélite a Tierra y viceversa, que repercute en el funcionamiento global del dispositivo que se envía al espacio.
El trabajo de Fernando Daniel Quesada se centra exclusivamente en el diseño y la fabricación de los filtros de comunicación de estos satélites. Estos elementos son críticos a la hora del intercambio de información con el espacio, de ahí que se haya puesto tanto interés en su mejora.
Para qué se emplean los filtros de comunicación que equipan los satélites
Concretamente, los filtros se encargan de estructurar y compartimentar la señal emitida bien desde el satélite a la estación de Tierra o desde la Tierra al satélite, para lograr una comunicación más efectiva. «Cuando se emite una señal de un satélite se envía con muchos canales y se mezcla un espectro amplio de frecuencias. Es muy difícil procesarla de manera simultánea, entonces lo que se hace, y de ello se encarga el filtro, es compartimentarla», explica.
La labor de estos filtros resulta fundamental para el éxito de la misión, porque si no se pueden separar los canales la información no llega con las condiciones adecuadas. Además, los amplificadores que equipan los satélites, esenciales para que la información llegue a su destino, no son capaces de procesar toda la información con todos los canales, por eso es importante compartimentarla, explica este investigador de la UPCT.
Qué técnica se emplea para construir estos filtros
Para construir estos filtros se emplea la técnica de la fabricación aditiva, similar a la que emplean las impresoras 3D. Esto permite fabricar filtros muy diferentes a los que ofrecen las empresas actuales, basados en un mecanizado y con unas geometrías convencionales, que limitan las propiedades y la forma de este filtro.
Con la fabricación aditiva se logran filtros más compactos, algo fundamental cuando se trabaja con satélites que tienen un tamaño similar al de una caja de zapatos. Además, se consiguen productos de un peso menor, otra cuestión crítica cuando se trata de enviar objetos al espacio.
Qué ventajas presenta la fabricación aditiva para construir estos filtros
La ventaja del método de fabricación aditiva empleado en la construcción de estos filtros de comunicación para satélites radica en que se pueden construir filtros con la forma deseada. «Con las formas de fabricación tradicionales, las geometrías están limitadas, solamente se pueden llegar a las llamadas vías circulares, con forma de tubería redonda o rectangular. Con las técnicas de fabricación aditiva no estamos limitados en las geometrías tradicionales y podemos fabricar otras que eran impensables hasta ahora».
La geometría de estos componentes no es una cuestión baladí, ya que interviene en el filtrado y canalización de las frecuencias. Por ejemplo, se puede obtener una respuesta el filtro más selectiva, que es capaz de aislar los canales de una forma más precisa.
En la fabricación aditiva de filtros para satélites no todo son ventajas. Presenta el inconveniente de que atenúa la señal, una cierta pérdida de señal, y eso obliga a que se necesiten amplificadores más potentes; además, las pérdidas de señal introducen ruido.
De qué material están fabricados estos componentes clave para la comunicación de satélites
Los materiales usados para la construcción de este filtro es otro de los retos en esta investigación. El filtro está hecho de un material plástico, al que se le añade una placa de metalización en su interior, para que pueda realizar las conexiones electromagnéticas para las que ha sido diseñado. Se tienen que emplear materiales ligeros, pero capaces de aguantar las presiones y esfuerzos que supone salir al espacio.
El conocimiento generado en este proyecto de investigación no se limita a los filtros para satélites, sino que va más allá y puede llegar a otro tipo de industria. Para la construcción de los filtros se está empleando una técnica de fabricación aditiva bastante novedosa, y que podría aplicarse también en el sector del plástico, con lo que se abre la puerta a la posibilidad de fabricar productos con geometrías mucho más avanzadas, incluso personalizadas, a un coste contenido y con un nivel de calidad bastante elevado.
Qué característica hace únicos a estos filtros
La otra línea de trabajo en el marco de este proyecto financiado por la Fundación Séneca y que hace únicos a estos filtros es que pueden reconfigurarse desde Tierra y realizar varias tareas. «Nuestro filtro no ha sido diseñado para una frecuencia en particular, sino que es capaz cubrir diferentes canales que nosotros podemos elegir de manera dinámica, gracias a la electrónica que equipan».
Por ejemplo, un satélite diseñado para distribuir señal de televisión, tiene un amplificador y unos filtros para cada grupo de los canales de frecuencia. Sin embargo, los filtros reconfigurables que diseña la UPCT son capaces de adaptarse a los diferentes canales, solamente se necesita reconfigurarlos desde Tierra para que funcionen. De esta forma se logra una operatividad mayor, que el satélite pese menos y que, además, tenga unas dimensiones más reducidas.
Esta misma tecnología de filtros reconfigurables desde Tierra puede aplicarse a filtros de satélites diseñados para dar soporte a tareas de Internet de las cosas o a distribuir la señal de Internet. Esta última función está cada vez más extendida, debido a la necesidad de llevar la conexión a todos los rincones, de ahí la importancia del avance en el que trabaja la UPCT, con fondos de la Fundación Séneca.
«Una forma de optimizar el satélite y que pueda dar servicio a todos los canales potenciales, pero sin la necesidad de embarcar en el satélite filtros para todos esos canales, es la utilización de filtros reconfigurables, que se adaptan a la demanda que le vaya llegando al satélite en cada momento», explica Fernando Daniel Quesada.
Qué ventajas tienen los filtros reconfigurables
Gracias a estos filtros reconfigurables se puede agrandar el rango de utilidad del satélite. Pero no solamente repercute en este factor, ya que la posibilidad de reconfigurar el filtro de un satélite una vez que se ha lanzado al espacio permite también prolongar su vida útil, ya que se podría adaptar a nuevas necesidades y a posibles cambios tecnológicos introducidos en los canales de información del sector al que da servicio.
Además de en estos filtros, el grupo de investigación de Electromagnetismo Aplicado a las Telecomunicaciones trabaja en el diseño de antenas de onda de fuga, que se también se suelen embarcar en satélite, gracias a que pueden variar la dirección hacia la que emiten la señal, solamente variando su configuración. Trabajos con los que se consiguen impulsar el sector de los nuevos satélites y también llevar la alta tecnología desarrollada en la Región de Murcia hasta el espacio.
