Los secretos del SAOCOM
El lanzamiento del primer SAOCOM, el último y más importante satélite de observación de la Tierra de la CONAE, marcó un hito en la historia de la actividad espacial argentina. Cómo se desarrolló este proyecto que se inició hace casi 20 años y por qué es un logro inédito para la industria satelital, un sector que hoy está jaqueado por los recortes presupuestarios.
Por Carlos de la Vega
El 7 de octubre de 2018 fue lanzado desde California (Estados Unidos), el Satélite Argentino de Observación con Microondas (SAOCOM) 1A, el primero de dos artefactos gemelos pertenecientes a la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE). El segundo, el SAOCOM 1B, será lanzado a fines de 2019. El proyecto es fruto de la colaboración con la Agencia Espacial Italiana (ASI) y formará parte, junto con los satélites italianos COSMO-SkyMED, del Sistema Italo-Argentino de Satélites para Gestión de Emergencias (SIASGE).
La finalidad de los SAOCOM es la medición de la humedad de los suelos y su aplicación en agricultura, hidrología y en la elaboración de mapas de riesgo de emergencias, como en el caso de inundaciones. También será útil para la detección y seguimiento de derrames de petróleo en el mar, embarcaciones de pesca furtiva y de hielos marinos que afectan la navegación. Con ese fin, cada satélite cuenta con un instrumento excepcional que lo hace una rareza mundial: un radar de apertura sintética (SAR) banda L (1 a 2 GHz) con el que puede tomar datos de la superficie terrestre para luego ser transformados en imágenes con una resolución de 10 a 100 metros y un ancho de barrido de 20 a 350 kilómetros. Además, la señal del SAR es capaz de penetrar hasta dos metros bajo la superficie del suelo, independientemente de las condiciones de luminosidad o atmosféricas, pudiendo observar de día o de noche, con cielos despejados o nublados.
Cada SAOCOM tiene un peso de 2.900 kilos, de los cuales poco más de la mitad corresponden a la antena del SAR. La altura de la órbita es de 640 kilómetros, de tipo polar heliosincrónica. Estos satélites no sólo son un nuevo salto cualitativo en la adquisición de capacidades espaciales por parte de Argentina, sino que su desarrollo y fabricación fue totalmente nacional y cerca de un 90% de su equipamiento es producido en el país.
La idea de realizar satélites radar nació en el año 2000 en la CONAE, la agencia espacial argentina cuyo recientemente retirado director, Conrado Varotto, llevó a ser la más exitosa de América Latina tras asumir su conducción en 1994. Antes, entre 1976 y 1991, Varotto había fundado y dirigido la empresa INVAP.
El desarrollo de los SAOCOM comenzó en 2010 y su fabricación tiene, junto con la CONAE, otros tres grandes protagonistas: la empresa VENG, firma pública con participación mayoritaria de la CONAE; la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) e INVAP. Del proyecto también participaron cerca de 80 proveedores, la mayoría pymes argentinas.
TSS recorrió las instalaciones del Centro Espacial “Teófilo Tabanera” (CETT) de la CONAE, donde también se desempeña VENG, ubicadas en Falda del Carmen, a 30 kilómetros de la ciudad de Córdoba.
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Reverso de un panel de la antena durante una inspección posterior a un ensayo realizado por personal de VENG.
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La CONAE comenzó su programa de satélites de teleobservación terrestre en la década de los noventa, en un principio con artefactos con sensores ópticos (como la serie SAC), tanto en el espectro de luz visible como en el infrarrojo. Sin embargo, estas técnicas presentan limitaciones por la nubosidad del planeta y por sus ciclos de día y noche. Eso hizo que, a finales de esa década, se empezara a pensar en desarrollar un SAR. El problema era que, en ese momento, no había conocimientos en la Argentina sobre esa tecnología. “Entonces Varotto empuja el límite de lo posible. Te convence de que sos capaz de hacer algo que no tenés idea cómo lo vas a hacer”, le dijo a TSS Jorge Medina, jefe del proyecto SAOCOM en CONAE, explicando como Varotto decidió avanzar en la adquisición de capacidades tecnológicas que no había en ese momento en el país y como motivó a su equipo de trabajo para que se animara con lo que hasta entonces era desconocido.
El proceso de estudio fue largo y esforzado. Comenzó con la lectura de libros y revistas especializadas, y siguió luego con la asistencia a congresos y seminarios. En 2008, se sometieron los conocimientos acumulados a la evaluación de un comité de revisores internacionales. El resultado de la evaluación fue más que positivo y a partir de ahí se comenzó con la definición de los requerimientos para el diseño de los SAOCOM.
En 2011, se finalizó con los requerimientos y se inició la fabricación de los dos modelos de calificación que se harían antes de construir el primer satélite, el modelo de ingeniería y el estructural. El SAOCOM 1A comenzó a ser construido en 2013, para fines de 2017 estaba listo y se iniciaron los nueve meses de ensayos ambientales que finalizaron a principios del año siguiente. El primer día de agosto de 2018 el satélite fue embarcado en Bariloche en un avión Antonov An-124 para ser llevado al sitio de lanzamiento.
El diseño y la fabricación de la estructura de los siete paneles que integran la antena del SAR con sus elementos radiantes, así como los mecanismos de despliegue y retención, han estado a cargo de la CNEA, que también se ocupó de la integración de las celdas y el cableado de los tres paneles solares de cada satélite.
VENG es el responsable de la fabricación e integración de los 140 Centros de Transmisión-Recepción (CTR) de la antena, del cableado asociado, las protecciones térmicas y los ensayos correspondientes. INVAP, en tanto, tuvo a su cargo el diseño y fabricación de la plataforma satelital de cada SAOCOM, denominado “módulo de servicio”, en donde se alojan los equipos que “se encargan de mantener las comunicaciones con tierra, al satélite orientado a la Tierra, la generación de energía y el control térmico”, le dijo a TSS Nicolás Renolfi, jefe del proyecto SAOCOM por INVAP, en comunicación telefónica desde Bariloche.
La integración final de todo el conjunto (módulo de servicio, antena del SAR y paneles solares), así como sus ensayos, también fue responsabilidad de INVAP.
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Cámara de-termovacío para ensayos de paneles del SAR.
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El SAOCOM 1B se encuentra actualmente en fabricación. En las instalaciones de la CONAE que opera VENG en el predio del CETT se trabaja sobre las estructuras de los paneles de la antena del SAR a fin de integrar cada componente que forma el instrumento radar y realizar los ensayos correspondientes.
Los enormes recintos en donde se producen los módulos electrónicos del SAR, se arma el cableado, se pintan los paneles y se realizan las pruebas asociadas se denominan “salas limpias”, por tener controladas la temperatura, la humedad y la cantidad de partículas en suspensión en el aire. Esas condiciones son necesarias para asegurar la máxima calidad y confiabilidad de los equipos que se están produciendo. Toda persona que trabaje o visite el lugar debe vestirse con mamelucos, cofias, cubre zapatos y barbijos, y pasar por una cámara de limpieza por aire que elimina el polvo que se trae del exterior.
El personal que arma cada una de las 1.200 placas electrónicas de ambos SAOCOM tiene en una de sus manos una pulsera metálica unida por un cable a una línea a tierra para eliminar las cargas estáticas que puedan producirse generando microchispas o diferencias de potencial eléctrico suficientes para dañar un componente electrónico. Esos daños muchas veces no son inmediatamente evidentes (fallas latentes) y, aunque el componente parezca funcionar bien, su vida útil se reduce o se degrada su rendimiento.
Las soldaduras en las placas electrónicas se realizan a mano y posteriormente son inspeccionadas con microscopio y rayos X. Lo que se busca es que no hayan quedado burbujas de aire que, con las vibraciones, dilataciones y contracciones por temperatura que sufre un satélite, puedan generar fracturas que dañen el funcionamiento de los equipos. El mismo proceso de soldado puede provocar esas fracturas y cualquier problema debe identificarse antes del lanzamiento en Tierra porque una vez en el espacio nadie podrá ir a reparar lo que se haya roto.
El personal técnico que trabaja en VENG ha sido certificado por la Agencia Espacial Europea (ESA) para poder realizar las labores que tienen a su cargo y esa certificación debe revalidarse cada dos años. VENG diseña y fabrica las placas y las cajas electrónicas de la antena pero los componentes básicos, en general, se importan ya que por razones de escala técnica y económica existen muy pocos productores a nivel mundial de este tipo de dispositivos. Además, lo que se emplea en estos casos son componentes de calidad espacial. “En la industria electrónica mundial sólo el 0,03% fabrica componentes de calidad espacial. El resto es de consumo, industrial, militar y médica, entre otros. Un componente que sale 10 dólares cuando es comercial, puede valer 10.000 dólares en calidad espacial y demoran dos años en entregártelo”, le explicó a TSS Mariano López Ricci, uno de los miembros del equipo de integración electrónica de los SAOCOM en VENG.
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Las soldaduras en las placas electrónicas se realizan a mano y posteriormente son inspeccionadas con microscopio y rayos X.
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Un SAR emplea su propio desplazamiento para generar una zona de emisión y recepción mucho más grande que el tamaño de su antena. Eso permite una capacidad de cobertura y resolución muy superior a lo que sus meras dimensiones física harían posible y esta es la razón por la que los SAR suelen ir embarcados en aviones o satélites y requieren del movimiento de sus plataformas de transporte para lograr su cometido.
El SAR de los SAOCOM tiene una antena de 35 metros cuadrados de superficie dividida en siete segmentos iguales (paneles), uno de los cuales, el central, está adosados el módulo de servicio y los otros seis (tres a cada lado) se pliegan sobre sí mismos a ambos lados de dicho módulo. De esta forma, el satélite puede ser guardado, transportado y lanzado. Una vez en el espacio, los paneles se despliegan y conforman una antena plana.
Además de la Argentina, sólo Japón, con los satélites Alos I y II, posee artefactos dotados de un radar SAR para la observación de la Tierra. Una de las personas que más sabe en la Argentina de estos instrumentos es Josefina Peres, la jefa alterna del proyecto SAOCOM por parte de la CONAE.
Peres, ingeniera electrónica de formación, integró el equipo de desarrollo que hace casi una década construyó y probó el primer SAR argentino,un radar que fue montado en un avión Beechcraft B200 de la Armada Argentina. “Me acuerdo que vinieron de la NASA y no podían creer que fuéramos tan jóvenes. Por entonces, trabajábamos en la obtención de imágenes del SARAT, un radar de tecnología similar desarrollado principalmente por ingenieros de la CONAE de la sede Mendoza”, recordó.
La experiencia con el SARAT fue fundamental para que Péres pasara, ya en 2011, al proyecto SAOCOM y al desarrollo de un SAR mucho más ambicioso que debía operar desde el espacio exterior. Los resultados fueron más que buenos. “Me acuerdo que me dijeron ‘¡qué buen diseño de la antena!’”, agregó Péres, rememorando las evaluaciones técnicas del proyecto con los revisores externos.
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Detalle de los elementos radiantes de un panel del SAR.
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Cómo fabricar un SAR
La capacidad que debía tener el SAR determinaba que se necesitaba una antena de dimensiones importantes y con una estructura con una gran estabilidad térmica ante las rigurosas condiciones del espacio exterior. De lo contrario, si la antena se deformaba por la acción de la temperatura, su funcionalidad podía verse seriamente comprometida. Ello llevó a recurrir para su diseño y fabricación a la CNEA, que posee una importante área dedicada a los materiales compuestos, cuya dilatación térmica diferencial es casi inexistente.
La CNEA diseñó una antena con una estructura basada en una especie de “sándwich” formado por dos placas de fibra de carbono, que contienen entre ellas láminas de aluminio curvadas sobre sí mismas y que conforman un entramado parecido al de un panal de abeja (honeycomb). Este tipo de estructura brinda una máxima resistencia mecánica, con un mínimo peso y dilatación térmica.
La CNEA también fue responsable del diseño y la fabricación de los elementos radiantes de la antena (por donde se emiten y reciben las señales del radar), las bisagras y los componentes mecánicos. Esa institución también diseñó y produjo algunas de las herramientas para ensayar y calificar a la propia antena. El sistema de bisagras de la antena está hecho para operar en el espacio, en donde el peso de los paneles es casi nulo. Si tuvieran que soportar esa masa con la gravedad terrestre se romperían, y si hubiera que hacer bisagras que aguantasen esa carga serían demasiado grandes y pesadas para las restrictivas condiciones que debe cumplir un artefacto que va al espacio, donde cada gramo y cada centímetro cúbico cuenta y cuesta. Para salvar eso y, simultáneamente, poder probar el funcionamiento mecánico de la antena, se emplea una cama de colchón de aire hecha por la propia CNEA.
En el Laboratorio de Integración y Ensayos (LIE) de la CONAE se les sumó la electrónica, la pintura y se hicieron los ensayos de vibraciones, acústicos, de termovacío y de compatibilidad electromagnetica. El LIE, operado por VENG, tiene varias salas con grandes mesadas de trabajo denominadas “islas”. En ellas se une la electrónica, el cableado y las partes mecánicas a cada panel de la antena y se realizan distintos ensayos de vibración y ciclado térmico.
Aledaño a la zona de integración hay tres salas más para el pintado de esos paneles y uno de los recintos de esta zona es un horno para la preparación y el curado de las partes a pintarse. La cara externa de la antena, expuesta al sol, lleva una pintura blanca cuya finalidad es el control térmico de la misma. Esta protección es tan importante en cada parte del satélite porque la amplitud térmica que debe soportar simultáneamente puede variar desde los 100 grados centígrados en las parte expuestas al sol hasta los 80 grados bajo cerp en las que están en sombra.
La pintura que se emplea está elaborada con compuestos refractarios de cerámica y vidrio, entre otros materiales, que soportan hasta 1000 grados. El pintado se hace a mano, tanto por pulverización como por frotado, según el caso, y los procesos de curado pueden durar siete días. La precisión en la colocación de la pintura debe ser máxima: en el 85% de la superficie pintada el espesor de pintura no debe superar las 4 a 6 milésimas de pulgada. “Si es más grueso [el espesor de la pintura] corre riesgo de agrietarse y si es mucho más fino no dura los cinco años que tiene que estar en el espacio”, explicó a TSS Emilio Giménez, responsable del LIE.
La protección térmica se complementa con la instalación de mantas de aislamiento multicapa (MLI, Multilayer Insulation) que también envuelven al módulo de servicio. Un recubrimiento dorado y arrugado como una sábana metálica que puede observarse en gran parte de los artefactos espaciales.
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“Cuando uno hace un satélite también debe hacer todo lo necesario para probarlo. En el Antonov eran unas 50 toneladas [de equipos] y el satélite pesaba tres”, destaca Renolfi, jefe de proyecto de SAOCOM por INVAP. Foto: Gentileza INVAP.
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Segmento de vuelo
INVAP es el contratista principal del segmento de vuelo de los SAOCOM y el responsable por el diseño, construcción y ensayo de la plataforma de servicio, que es el corazón de cada SAOCOM. Allí, entre otras cosas, se alojan los transmisores que envían a la Tierra los datos que recoge el SAR para que se realice el procesamiento. Esta tarea no se puede llevar a cabo a bordo del satélite porque ello obligaría a portar una computadora de dimensiones importantes y con un gran consumo de energía, algo poco práctico para un artefacto que debe ser enviado al espacio.
En el módulo de servicio también se encuentran los mecanismos de control y propulsión. Una vez separado del cohete que lo pone en órbita, el satélite queda librado a sus recursos. Lo primero que se debe lograr –y luego mantener– es la actitud (la orientación del satélite en relación a la Tierra y al Sol) para asegurar el apuntamiento de la antena y la correcta orientación de los paneles solares. Hay tres mecanismos básicos para lograr eso: las bobinas internas que emplean el campo magnético de la Tierra para generar suaves movimientos de rotación o inclinación del satélite, cuatro ruedas de inercia que giran permanentemente y hacen posible el movimiento de los SAOCOM sobre sí mismos, y unos pequeños cohetes llamados thrusters, que permiten hacer correcciones de la trayectoria orbital o cambiar el plano de inclinación.
Los SAOCOM son los primeros satélites argentinos que poseen thrusters en todas sus caras, por lo que maniobrarlo es mucho más simple que en artefactos previos como el SAC-D, que sólo tenía thrusters en uno de sus laterales.
Laura Moreschi, de apenas 30 años, es la ingeniera de vuelo de los SAOCOM. A poco de lanzado el 1A ella pudo comprobar la ductilidad del nuevo satélite. “Lanzaron un domingo [al SAOCOM 1A], y al viernes subsiguiente nos llega una alerta de que había riesgo de colisión para el lunes y el domingo hicimos una maniobra para evadir chatarra espacial”, le explicó a TSS desde el centro de control de misión en el CETT.
Cada SAOCOM lleva 90 kilos de hidracina, una sustancia altamente volátil que se emplea como combustible de cohetes. Esa cantidad debe durar los cinco años previstos de vida útil del satélite y quedar un resto para el deorbiting, el descenso controlado a la Tierra que se realiza una vez que el satélite deja de operar a fin de que se queme en la atmósfera y no quede dando vuelta como chatarra poniendo en riesgo a otras naves.
De la misma forma que la CNEA tuvo que desarrollar junto a la antena sus propios equipos para ensayarla y caracterizarla, INVAP debió hacer lo mismo con el módulo de servicio.“Cuando uno hace un satélite también debe hacer todo lo necesario para probarlo. En el Antonov eran unas 50 toneladas [de equipos] y el satélite pesaba tres”, destaca Renolfi. La razón para llevar tantas cosas al sitio de lanzamiento era que al llegar debían volverse a integrar los paneles solares al cuerpo del satélite, removidos para el viaje, y hacer los ensayos para chequear que todo funcionara correctamente.
En las pruebas de los SAOCOM, INVAP contó con la colaboración del Centro de Ensayos de Alta Tecnología (CEATSA), una empresa estatal ubicada en Bariloche de la que INVAP es copropietaria junto con ARSAT y que actualmente es uno de los sitios de ensayos de satélites y sistemas tecnológicos complejos más importante de América.
Medina resaltó que, tan importante como los satélites, es el entramado de instalaciones y sistemas informáticos que permiten controlar los SAOCOM y recibir y procesar los datos que ellos mandan. El centro de control de misión y procesamiento de la información de la misión SAOCOM se encuentra en el CETT, pero a lo largo del mundo hay varias estaciones que le brindan apoyo (Tolhuin, Tierra del Fuego, también de la CONAE; Svalvard, Noruega; Malindi, Kenya; Tahití, Polinesia Francesa; Matera, Italia, entre otras). Cada SAOCOM pasa por un mismo lugar del planeta cada 16 días, por lo que gran parte del tiempo el CETT no puede “ver” desde sus instalaciones a los satélites y por ello necesita la colaboración de otras estaciones terrenas.
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El centro de control de misión y procesamiento de la información de la misión SAOCOM se encuentra en el Centro Espacial “Teófilo Tabanera”, en Falda del Carmen, Córdoba.
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Industria argentina, futuro incierto
Según el cálculo realizado por INVAP, el proyecto SAOCOM ha implicado 3,5 millones de horas/hombre de trabajo, de las cuales 2,5 millones correspondieron a INVAP, y el millón restante a las demás instituciones y empresas participantes. Alrededor de 80 empresas nacionales colaboraron, y siguen haciéndolo, en diferentes instancias del proyecto, y unas 900 personas han estado abocadas a las distintas etapas del mismo.
La inversión en la misión SAOCOM, que incluye los dos satélites (1A y 1B) y toda la infraestructura desarrollada en el país para darles servicio, exigió una inversión de 600 millones de dólares y comprende un horizonte de trabajo a 30 años que incluye a otros posibles satélites futuros. Con esa inversión se lograron, además de los dos SAOCOM, la instalación de la nueva estación terrena de Tierra del Fuego, que brinda servicios de recepción y telecomando de satélites de observación nacionales y de otros países, con ubicación estratégica única en el mundo para el monitoreo de misiones satelitales. También el Centro de Control de Misión SAOCOM y el LIE, con capacidades de servicios tecnológicos certificados en calidad espacial para la industria nacional.
Renolfi dice que muchos de los satélites anteriores producidos en el país tenían poca electrónica: “Una o dos cajas, pero para los dos SAOCOM hay unas 22 cajas por satélite, sin contar la antena”. Además, mientras en proyectos previos buena parte de los los equipos se compraban en el exterior, en este caso la mayoría se fabricaron en la Argentina.
El interrogante que surge ahora es cuál será el destino de estos logros ante los dramáticos recortes presupuestarios que padece actualmente el programa espacial argentino. Para este año, a la CONAE se le asignó un presupuesto de 1.952 millones de pesos, similar en términos nominales al de 2016 y menor a los más de 2.400 millones de pesos de 2017 y 2018, en una actividad que tiene la mayoría de sus costos en dólares.
Mientras el SAOCOM 1B avanza en su línea de fabricación, se conoció que Servicios Tecnológicos Integrados (STI), una de las principales proveedoras privadas nacionales del proyecto, cerró sus puertas. Ascentio, otra de las empresas involucradas en el desarrollo y responsable de gran parte del software de los satélites y del segmento terrestre, despidió a casi un tercio de su personal. En ambos casos, los problemas para cobrar trabajos realizados y la falta de nuevos contratos fueron los motivos alegados para tales decisiones, que ponen en peligro los enormes logros alcanzados.
Fuente: Agencia TSS
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