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Corona discharge
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El laboratorio espacial de radiofrecuencia cumple diez años resolviendo problemas

28/04/2020 212 views 13 likes
ESA / Space in Member States / Spain

Los sistemas de radiofrecuencia permiten a los satélites comunicarse a través de la inmensidad del espacio, retransmitir señales y brindar servicios o sondear con radar la Tierra y otros planetas. No obstante, el funcionamiento de estos potentes dispositivos en el vacío del espacio hace que estén expuestos a riesgos potencialmente destructivos, como el equivalente espacial de los rayos. El laboratorio de la ESA que se encarga de investigar estos efectos cumple diez años en su sede actual.

El Laboratorio Europeo de Alta Potencia en Radiofrecuencia ESA-VSC, con sede en Valencia, es uno de los laboratorios de la División de Cargas Útiles y Tecnologías de Radiofrecuencia de la ESA y forma parte de la red de laboratorios que la Agencia posee por toda Europa especializados en distintos aspectos del entorno espacial.

Aftermath of corona discharge
Aftermath of corona discharge

“Los satélites precisan cada vez de más potencia de radiofrecuencia tanto para las comunicaciones como para la ciencia —señala David Raboso, responsable del laboratorio para la ESA—. Nuestro laboratorio garantiza que los sistemas de radiofrecuencia más potentes, que funcionan en un rango de kilovatios, puedan operar de forma segura en el espacio, sin sufrir los destructivos efectos secundarios que tienden a producirse en el vacío”.

RF lab entrance
RF lab entrance

El laboratorio original se hallaba en el centro técnico ESTEC de la ESA en los Países Bajos, desde donde daba servicio a la primera generación de satélites por radar europeos. Pero desde hace diez años se encuentra en España, donde su propiedad y sus operaciones se comparten con el Consorcio Espacial Valenciano – Val Space Consortium (VSC), una organización no gubernamental integrada por la Universitat Politècnica de València, la Universitat de València, la Generalitat Valenciana y el Ayuntamiento de Valencia.

“Desde el traslado, hemos colaborado en cientos de misiones de la ESA y comerciales, a la vez que hemos aumentado nuestras actividades de I+D asociadas”, añade David.

David Raboso in lab
David Raboso in lab

“Entre ellas se encuentran los proyectos de investigación con nuestras instituciones asociadas, así como la incorporación de estudiantes en prácticas de universidades de toda Europa. Nuestro éxito ha sido tal que la ESA y el VSC han acabado por fundar una nueva instalación, el Laboratorio Europeo de Materiales de Alta Potencia para Espacio, que estudia los retos asociados a los materiales durante las operaciones de alta potencia en radiofrecuencia”.

Como dijo el pionero de la radiotransmisión Guillermo Marconi, “cada día, la humanidad suma una nueva victoria en la lucha con el espacio y el tiempo” y, en efecto, la radio ha demostrado ser un elemento esencial para la exploración del espacio. Pero, al mismo tiempo, operar sistemas de radiofrecuencia potentes en el vacío puede ser problemático.

Diagnostic services
Diagnostic services

La fuerte energía de radiofrecuencia puede generar avalanchas de emisiones de electrones secundarios y provocar la ruptura de radiofrecuencia a través de lo que se conoce como efecto “multipactor”. De forma similar, pequeñas cantidades de gases circundantes pueden ionizarse hasta formar una “corona” brillante, llegando a causar un calentamiento localizado o descargas eléctricas parecidas a rayos. Las emisiones más potentes también pueden provocar interferencias por “intermodulación pasiva” con otras antenas adyacentes.

Estos efectos destructivos, que podrían llegar a acabar con una misión, aumentan a medida que se incrementa la potencia de radiofrecuencia. Así, el laboratorio ha desempeñado un papel crucial, por ejemplo, en el perfeccionamiento de los satélites de la constelación Galileo, diseñada para envolver el planeta de forma continuada con señales de navegación precisas.

En cuanto a BepiColombo, el laboratorio garantizó que la antena de radiofrecuencia de la nave siguiera funcionando a las temperaturas que experimentará en la órbita de Mercurio, de en torno a 400 °C. Además, cualificó las operaciones de la gigantesca antena a bordo del satélite de comunicaciones Alphasat.

Galileo satellite
Galileo satellite

En el caso de los satélites Sentinel de Copernicus, el laboratorio se ocupó de las descargas coronales que se producían en los módulos de transmisión-recepción. En el del satélite meteorológico polar MetOp, habilitó su dispersómetro, enviando pulsos de radio para medir la superficie marina y los vientos superficiales. Y en el de la familia de satélites meteorológicos geoestacionarios Meteosat, cualificó sus componentes clave.

También se han llevado a cabo labores en misiones aún en preparación, incluyendo la certificación de los innumerables sensores de radar de banda P que la misión Biomass utilizará para atravesar la cubierta forestal y contar todos los árboles de la Tierra. Con respecto al róver de ExoMars 2022, el laboratorio ha contribuido a comprobar que su sistema de comunicaciones funcione con seguridad en la tenue atmósfera marciana.

ATV approaching ISS
ATV approaching ISS

“Algunas de las tareas más difíciles que llevamos a cabo tienen que ver con la investigación de anomalías —añade David—, donde tenemos que hacer de detectives para intentar comprender los efectos inesperados que se dan en el espacio”.

“Por ejemplo, cuando el Vehículo Automatizado de Transferencia (ATV) de la ESA se acercaba a la Estación Espacial Internacional, sus sistemas detectaron interferencias de radiofrecuencia. Al principio no entendíamos de dónde procedían. Luego vimos que la fuente de las señales de radiofrecuencia estaba en los iPad y enrutadores que usaba la tripulación y que estas atravesaban los módulos hacia el ATV durante el acoplamiento. Una vez que lo entendimos, pudimos mitigarlas con solo pedir a la NASA que desplazara la frecuencia en el enrutador”.

ExoMars Rosalind Franklin rover
ExoMars Rosalind Franklin rover

“Tenemos capacidad de reaccionar en respuesta a emergencias en misiones de toda Europa, investigando y mitigando la fuente de las averías en satélites en vuelo. Nuestros usuarios lo saben bien: nos llaman los ‘bomberos de la radiofrecuencia’”. El laboratorio de alta potencia y el de materiales están abiertos a todo tipo de empresas aeroespaciales, así como a administraciones y organismos de investigación. Además, funcionan sin ánimo de lucro, pues los ingresos se usan para cubrir los costes operativos y se invierten en la mejora de las instalaciones.

Contacto: david.raboso@esa.int

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