L’espai com a motor de qualitat de vida

Són bons temps per al sector espacial.

Més enllà dels grans programes d’exploració (retorn de mostres d’asteroides, tornada a la Lluna, rovers d’última generació a Mart i la Lluna tant dels Estats Units com de la Xina...), l’òrbita terrestre està en ebullició.

Fins no fa gaire, la indústria es posava tan contenta amb 20 o 25 encàrrecs de satèl·lits geoestacionaris (GEO) l’any. El 2012 es van llançar un total de 134 satèl·lits (21 GEO, uns quants llançaments per a observació de la Terra i constel·lacions de posicionament i un grapadet de satèl·lits petits per a usos diversos) mentre que el 2020 aquesta xifra s’ha disparat fins als... 1.272 ocells! (i a mitjans de setembre de 2021 ja se n’han llançat gairebé 1.400, més que tot l’any anterior!).

Satèl·lits petits

Els responsables són els satèl·lits petits (SmallSats) que han inundat el panorama espacial atacant per dos fronts: els nanosatèl·lits (amb una massa inferior als 10 kg) i les grans constel·lacions de satèl·lits de comunicacions (cadascun típicament entre 150 i 250 kg).

Els nanosatèl·lits, que inclouen l’estàndard CubeSat, permeten accedir a l’espai a una fracció del cost d’altres tipus de vehicles. Són petits, però els avenços en miniaturització de components permeten la posada en marxa de missions avançades, fet que amb l’abaratiment dels llançaments ha donat lloc a la seva proliferació: dels aproximadament 1.750 nanosatèl·lits llançats fins ara, només uns 100 es van posar en òrbita fa més de 10 anys. Planet Labs n’ha llançat uns 450 en diverses constel·lacions dels quals més de 150 "coloms" continuen volant i Spire Global, uns 100 "lèmurs".

Per a més informació sobre nanosatèl·lits recomano la pàgina introductòria de l’espanyola Alén Space així com la Nanosats Database.

Grans constel·lacions

Aquí vull parlar-vos de les constel·lacions, diversos satèl·lits que treballen a l’uníson per dur a terme una missió. Es parla de "gran constel·lació” quan són molts satèl·lits, diguem més de 250; de vegades, els anomenen "megaconstel·lacions", però en ciència i enginyeria el prefix mega significa un milió i no, són molts, però no tants.

Les grans constel·lacions de satèl·lits de comunicacions estan de moda, i la culpable és la nostra avidesa per l’amplada de banda. Si ho penses, el teu consum de dades s’ha multiplicat fàcilment per 10 o fins i tot per 100 en els últims 5 o 10 anys, i les demanem no només a casa sinó en qualsevol lloc: en avions, en creuers o fins i tot fent senderisme.

Però, segons la Unió Internacional de Telecomunicacions (ITU, per les seves sigles en anglès), un 49% de les llars del món estan mancades d’accés a internet. I no parlem només de països per desenvolupar: 13 milions d’europeus no en tenen i 65 milions no disposen de banda ampla. Segons la Comissió Federal de Comunicacions dels Estats Units, un 6% de la seva població no disposa d’aquesta banda ampla, fins a una de cada quatre persones en àrees rurals. Només un 31% de les llars té possibilitat de contractar fibra òptica als EUA (a Espanya aquesta xifra és superior al 90%).

Com que fins al 70% del cost de desplegar fibra és l’obra civil (vaja, cavar les rases) i ja que la radiació electromagnètica es propaga per la fibra a la meitat de la velocitat en el buit, subministrar accés a internet per satèl·lit sona raonable.

La idea no és nova. Els anomenats satèl·lits d’alt rendiment (HTS, High Throughput Satellite) van començar a poblar l’òrbita GEO amb els 2 Gbps d’Anik F2 el 2004, van arribar a 90 Gbps amb KA-SAT el 2010 (que va triplicar de cop la capacitat oferta per l’operador europeu Eutelsat) i els 140 Gbps de ViaSat-1 el 2011 (aquest satèl·lit tenia tot solet més capacitat que tots els altres satèl·lits americans junts); la nova generació de satèl·lits de molt alt rendiment (VHTS, Very High Throughput Satellite) excediran els 500 Gbps i pot ser que arribin a terabit per segon (el llançament d’alguns d’aquests està planificat per al 2022: Konnect VHTS, Jupiter 3 i potser dos dels tres satèl·lits del sistema ViaSat-3).

Però la latència (el temps que tiga a pujar i baixar un missatge de WhatsApp) depèn de la distància al satèl·lit, i això implica més de mig segon en l’òrbita GEO. Aquest retard és adequat per veure pel·lícules per Netflix (mentre no s’interrompi la transmissió, anem bé), però no per a aplicacions crítiques com ara serveis financers, telemedicina... o videojocs. Hem d’apropar el satèl·lit molt més, fins a l’òrbita baixa (LEO, Low Earth Orbit) per tenir latències de l’ordre de 50 ms.

Entesos, però tenim un problema: mentre que un satèl·lit GEO veu tota l’estona un 42% de la Terra, els satèl·lits LEO veuen una fracció moltíssim més petita. Com ens ho fem per arribar als usuaris? La resposta és: plantant molts satèl·lits.

Aquesta és la raó de ser de les grans constel·lacions de satèl·lits de comunicacions, una estratègia coneguda des de fa temps però què només recentment ha creuat el llindar de la rendibilitat (teòrica!) gràcies a una sèrie d’avenços tecnològics com la miniaturització d’antenes i amplificadors així com l’abaratiment de la fabricació dels satèl·lits i el seu llançament (al seu torn, a causa dels coets reutilitzables i petits llançadors). Però la peça clau del puzle és l’antena dels terminals d’usuari: mentre que una senzilla paràbola de plàstic fixa és ideal per comunicar-se amb satèl·lits en GEO, les constel·lacions LEO exigeixen antenes molt complexes, capaç de seguir diversos satèl·lits alhora mentre passen brunzint per sobre dels nostres caps.

El nombre de grans constel·lacions anunciades és aclaparador, si bé fa la sensació que moltes es quedaran irremeiablement en la fase de PowerPoint. La taula següent és un resum de les que considero més viables; fixeu-vos que només OneWeb (amb participació de GMV en el segment de control!) i Starlink han començat el seu desplegament.

Llums, però també ombres

Fins aquí les llums de les grans constel·lacions de satèl·lits de comunicacions; permeteu-me unes paraules sobre les ombres.

La primera a ningú no se li escapa: l’efecte sobre el cel nocturn. Molts hem vist el "tren StarLink", un espectacular "collaret de perles" després de cada llançament dels satèl·lits de SpaceX fins que pugen a la seva òrbita operacional; però, fins i tot una vegada allà, els satèl·lits brillaran en reflectir-se el Sol als seus panells de cèl·lules solars.

L’impacte més notable és en l’astronomia amateur, però també en la professional (sobretot per a telescopis òptics de camp ample) així com en radioastronomia; al juny de 2019, després del primer llançament de Starlink, la Unió Astronòmica Internacional (IAU, per les seves sigles en anglès) va emetre un comunicat en aquest sentit.

Un altre inconvenient deriva del mateix bast nombre de satèl·lits. D’aquí a 10 anys, el nombre de satèl·lits orbitant la Terra serà entre 50.000 i 100.000 depenent de les constel·lacions que tinguin èxit, cinc o deu vegades més dels que volen avui (tot i que, a causa de la seva menor mida, la massa en òrbita "només" es multiplicarà per dos o quatre). Gestionar aquesta quantitat d’objectes implica un desafiament considerable, tant quant a operar les constel·lacions (maniobres de deorbitat...) com a la gestió de les aproximacions entre objectes (incloent els llançaments de coets tripulats) i la possible generació d’escombraries espacials (amb el risc de la síndrome de Kessler o cascada d’ablació: la possibilitat que una col·lisió en òrbita acabi impactant altres vehicles per l’efecte dòmino de les escombraries generades).

Conclusions

L’espai és motor de qualitat de vida.

Els satèl·lits d’observació de la terra (meteorologia, desastres naturals, efectes de l’ésser humà en el medi...) i l’entorn espacial (meteorologia de l’espacial, meteorits...) proveeixen dades, fets precisos, geolocalitzats gràcies als satèl·lits de posicionament. Una vegada filtrats, organitzats i correlats (potser amb tècniques d’intel·ligència artificial), aquestes dades generen informació i coneixement útils. Els satèl·lits de comunicacions contribueixen a disseminar aquesta i qualsevol altra informació que consumim, inclòs el lleure (retransmissions esportives, cinema, videojocs...). Els satèl·lits d’observació, navegació i comunicacions han exercit un paper vital en la gestió global de la pandèmia de COVID-19.

En particular, les grans constel·lacions de satèl·lits de telecomunicacions contribuiran al tancament de la bretxa digital, i democratitzaran l’accés a la informació. És una gran oportunitat de negoci per al sector espai mentre construïm una societat digital més justa.

Però com diu el principi de Peter Parker, un gran poder comporta una gran responsabilitat.

Des de GMV, apostem per unir esforços en el sector per ser més sostenibles (el que s’ha anomenat Green New Deal for space: promoure llançadors reutilitzables, utilitzar combustibles més eficients i menys contaminants en particular quant a gasos amb efecte d’hivernacle, no contribuir a augmentar les escombraries espacials i, més al contrari, reduir-les, així com preservar el cel nocturn per a les generacions venidores...) i alinear-nos amb el principi Space for everyone, que resumeix els objectius de la iniciativa Space Economy de l’ONU.

Autor: Juan Carlos Gil Montoro

(Twitter: @ApuntesCiencia)