Son buenos tiempos para el sector espacial.

Más allá de los grandes programas de exploración (retorno de muestras de asteroides, vuelta a la Luna, róveres de última generación en Marte y la Luna tanto de Estados Unidos como de China...) la órbita terrestre está en ebullición.

Hasta hace nada la industria se ponía tan contenta con 20 o 25 encargos de satélites geoestacionarios (GEO) al año. En 2012 se lanzaron un total de 134 satélites (21 GEO, unos cuantos lanzamientos para observación de la tierra y constelaciones de posicionamiento y un montoncito de satélites pequeños para usos varios) mientras que en 2020 esa cifra se ha disparado hasta los... ¡1272 pájaros! (y a mediados de septiembre de 2021 ya se han lanzado casi 1400, ¡más que todo el año anterior!).

Satélites pequeños

Los responsables son los satélites pequeños (SmallSats) que han inundado el panorama espacial atacando por dos frentes: los nanosatélites (con una masa inferior a los 10 kg) y las grandes constelaciones de satélites de comunicaciones (cada uno típicamente entre 150 y 250 kg).

Los nanosatélites, que incluyen el estándar CubeSat, permiten acceder al espacio a una fracción del coste de otros tipos de vehículos. Son pequeños, pero los avances en miniaturización de componentes permiten la puesta en marcha de misiones avanzadas, lo que junto al abaratamiento de los lanzamientos ha dado lugar a su proliferación: de los aproximadamente 1750 nanosatélites lanzados hasta la fecha, sólo unos 100 se pusieron en órbita hace más de 10 años. Planet Labs ha lanzado unos 450 en varias constelaciones de los que más de 150 "palomas" siguen volando y Spire Global unos 100 "lémures".

Para más información sobre nanosatélites recomiendo la página introductoria de la española Alén Space así como la Nanosats Database.

Grandes constelaciones

Aquí quiero hablaros de las constelaciones, varios satélites que trabajan al unísono para llevar a cabo una misión. Se habla de "gran constelación" cuando son muchos satélites, digamos más de 250; a veces se les llama "megaconstelaciones", pero en ciencia e ingeniería el prefijo mega significa un millón y no, son muchos, pero no tantos.

Las grandes constelaciones de satélites de comunicaciones están de moda, y el culpable es nuestra avidez por el ancho de banda. Si lo piensas, tu consumo de datos se ha multiplicado fácilmente por 10 o incluso por 100 en los últimos 5 o 10 años, y los demandamos no sólo en casa sino en cualquier sitio: en aviones, en cruceros o incluso haciendo senderismo.

Pero según la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU por sus siglas en inglés) un 49% de los hogares del mundo carece de acceso a internet. Y no hablamos sólo de países por desarrollar: 13 millones de europeos no lo tienen y 65 millones no disponen de banda ancha. Según la Comisión Federal de Comunicaciones de los Estados Unidos, un 6% de su población no dispone de esa banda ancha, hasta una de cada cuatro personas en áreas rurales. Sólo un 31% de los hogares tiene posibilidad de contratar fibra óptica en EUA (en España esta cifra es superior al 90%).

Como hasta el 70% del coste de desplegar fibra es la obra civil (vamos, cavar las zanjas) y dado que la radiación electromagnética se propaga por la fibra a la mitad de la velocidad en el vacío, suministrar acceso a Internet por satélite suena razonable.

La idea no es nueva. Los llamados satélites de alto rendimiento (HTS, High Throughput Satellite) empezaron a poblar la órbita GEO con los 2 Gbps de Anik F2 en 2004, alcanzando 90 Gbps con KA-SAT en 2010 (que triplicó de golpe la capacidad ofrecida por el operador europeo Eutelsat) y los 140 Gbps de ViaSat-1 en 2011 (este satélite tenía él solito más capacidad que todos los demás satélites americanos juntos); la nueva generación de satélites de muy alto rendimiento (VHTS, Very High Throughput Satellite) excederán los 500 Gbps y puede que alcancen el terabit por segundo (el lanzamiento de varios de ellos está planificado para 2022: Konnect VHTS, Jupiter 3 y quizá dos de los tres satélites del sistema ViaSat-3).

Pero la latencia (el tiempo que tarda en subir y bajar un mensaje de WhatsApp) depende de la distancia al satélite, y eso supone más de medio segundo en la órbita GEO. Ese retraso es adecuado para ver películas por Netflix (mientras no se interrumpa la transmisión vamos bien), pero no para aplicaciones críticas como servicios financieros, telemedicina... o videojuegos. Tenemos que acercar el satélite mucho más, hasta la órbita baja (LEO, Low Earth Orbit) para tener latencias del orden de 50 ms.

Vale, pero tenemos un problema: mientras que un satélite GEO ve todo el rato un 42% de la Tierra, los satélites LEO ven una fracción muchísimo más pequeña. ¿Cómo hacemos para llegar a los usuarios? La respuesta es: plantando muchos satélites.

Esa es la razón de ser de las grandes constelaciones de satélites de comunicaciones, una estrategia conocida desde hace tiempo pero qué solo recientemente ha cruzado el umbral de la rentabilidad (¡teórica!) gracias a una serie de avances tecnológicos como la miniaturización de antenas y amplificadores así como el abaratamiento de la fabricación de los satélites y su lanzamiento (a su vez debido a los cohetes reusables y pequeños lanzadores). Pero la pieza clave del puzle es la antena de los terminales de usuario: mientras que una sencilla parábola de plástico fija es ideal para comunicarse con satélites en GEO, las constelaciones LEO exigen antenas muy complejas, capaz de seguir a varios satélites a la vez mientras pasan zumbando por encima de nuestras cabezas.

El número de grandes constelaciones anunciadas es abrumador, si bien da la sensación de que muchas se van a quedar irremediablemente en la fase de PowerPoint. La siguiente tabla es un resumen de las que considero más viables; fijaos que sólo OneWeb (¡con participación de GMV en el segmento de control!) y Starlink han comenzado su despliegue.

Luces, pero también sombras

Hasta aquí las luces de las grandes constelaciones de satélites de comunicaciones; permitidme unas palabras sobre las sombras.

La primera a nadie se le escapa: el efecto sobre el cielo nocturno. Muchos hemos visto el "tren StarLink", un espectacular "collar de perlas" tras cada lanzamiento de los satélites de SpaceX hasta que suben a su órbita operacional; pero incluso una vez allí los satélites brillarán al reflejarse el Sol en sus paneles solares.

El impacto más notable es en la astronomía amateur, pero también en la profesional (sobre todo para telescopios ópticos de campo ancho) así como en radioastronomía; en Junio de 2019, tras el primer lanzamiento de Starlink, la Unión Astronómica Internacional (IAU por sus siglas en inglés) emitió un comunicado en este sentido.

Otro inconveniente deriva del mismo basto número de satélites. En 10 años el número de satélites orbitando la Tierra será entre 50000 y 100000 dependiendo de las constelaciones que tengan éxito, cinco o diez veces más de los que vuelan hoy (aunque debido a su menor tamaño, la masa en órbita "sólo" se multiplicará por dos o cuatro). Gestionar tal cantidad de objetos supone un desafío considerable, tanto en cuanto a operar las constelaciones (maniobras de deorbitado...) como a la gestión de las aproximaciones entre objetos (incluyendo los lanzamientos de cohetes tripulados) y la posible generación de basura espacial (con el riesgo del síndrome de Kessler o cascada de ablación: la posibilidad de que una colisión en órbita acabase impactando a otros vehículos por el efecto dominó de la basura generada).

Conclusiones

El espacio es motor de calidad de vida.

Los satélites de observación de la tierra (meteorología, desastres naturales, efectos del ser humano en el medio...) y el entorno espacial (meteorología del espacial, meteoritos...) proveen datos, hechos precisos, geolocalizados gracias a los satélites de posicionamiento. Una vez filtrados, organizados y correlados (quizá con técnicas de inteligencia artificial) estos datos generan información y conocimiento útiles. Los satélites de comunicaciones contribuyen a diseminar esa y cualquier otra información que consumimos, incluido el ocio (retransmisiones deportivas, cine, videojuegos...). Los satélites de observación, navegación y comunicaciones han desempeñado un papel vital en la gestión global de la pandemia de COVID-19.

En particular, las grandes constelaciones de satélites de telecomunicaciones van a contribuir al cierre de la brecha digital, democratizando el acceso a la información. Es una gran oportunidad de negocio para el sector espacio al tiempo que construimos una sociedad digital más justa.

Pero como dice el principio de Peter Parker, un gran poder conlleva una gran responsabilidad.

Desde GMV apostamos por aunar esfuerzos en el sector para ser más sostenibles (lo que se ha llamado Green New Deal for space: promover lanzadores reusables, usar combustibles más eficientes y menos contaminantes en particular en cuanto a gases de efecto invernadero, no contribuir a aumentar la basura espacial y, más al contrario, reducirla, así como preservar el cielo nocturno para las generaciones venideras...) y alinearnos con el principio Space for everyone que resume los objetivos de la iniciativa Space Economy de la ONU.

Autor: Juan Carlos Gil Montoro

(Twitter: @ApuntesCiencia)