Una cámara especial, proyectada para captar imágenes en alta resolución del territorio brasileño, se encuentra en fase de pruebas en los laboratorios del grupo Akaer, una compañía del sector aeroespacial con sede en la ciudad de São José dos Campos, en el interior paulista. Este instrumento, denominado E3UCAM, constituirá la carga principal del satélite de observación de la Tierra VCUB1, cuya construcción estuvo a cargo de Visiona Tecnologia Espacial, una joint venture integrada por Embraer Defesa & Segurança y Telebras. Si todo sale como fue planificado, el satélite, con su cámara a bordo, será lanzado al espacio a mediados de 2020, quedará posicionado en órbita terrestre a 530 kilómetros (km) de altura al respecto del suelo y sobrevolará Brasil cada 90 minutos.
El desarrollo de la cámara, que comenzó hace dos años, corre por cuenta del cuerpo de ingeniería de Opto Space & Defense (anteriormente Opto Eletrônica) y de Equatorial Sistemas, dos empresas del grupo Akaer. Con un sistema óptico integrado por tres espejos, la misma recabará imágenes de la superficie terrestre con una resolución de 3 metros (m), es decir, cada pixel (el mínimo punto que constituye una imagen digital) cubrirá un área equivalente a 9 metros cuadrados (m2), revelando con claridad objetos en tierra de dimensiones limitadas, tal como, por ejemplo, una camioneta.
“La cámara E3UCAM es un desarrollo inédito y representa un avance tecnológico para el país”, dice el ingeniero de materiales Fernando Ferraz, vicepresidente de Operaciones de Akaer. Este dispositivo, según él, producirá imágenes con una resolución superior a las provistas por los satélites brasileños en operación hasta ahora. Ferraz resalta que el instrumento representa una evolución en relación con la cámara anterior fabricada por Opto para la familia de Satélites Sino-Brasileños de Recursos Terrestres (CBERS), que fueron lanzados durante la década pasada. “La cámara óptica multiespectral MUX de esos satélites dispone de una resolución espacial de 20 m. Mejoramos la resolución casi siete veces”.
La cámara del VCUB1 será utilizada fundamentalmente para el monitoreo ambiental, como en el caso de los registros de desmontes y ayuda a actividades del sector agrícola, esto es, aplicaciones similares a la de la MUX. “Será una herramienta eficaz para la detección del inicio de nuevas talas en la Amazonia, un fenómeno asociado frecuentemente con la apertura de caminos clandestinos. Se necesita recurrir al empleo de cámaras de alta resolución para monitorear la aparición de esas vías ilegales”, dice el ingeniero electrónico César Celeste Ghizoni, director ejecutivo de Equatorial. “El nuevo dispositivo también podrá identificar espacios despejados menores, típicos de las talas selectivas”.
Un enfoque más preciso
La construcción de la E3UCAM contó con el apoyo de la FAPESP y de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep). Cinco proyectos del programa Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe), aprobados en el marco del convenio entre esas dos instituciones, se hicieron acreedores a 5,2 millones de reales. Uno de ellos tuvo como objetivo el desarrollo de un mecanismo de ajuste del enfoque por control de temperatura. “Por medio de un telecomando, el equipo en tierra a cargo del satélite calienta o refrigera un dispositivo de la cámara que controla su enfoque, para lograr una captación más precisa de las imágenes. La mayoría de las cámaras a bordo de satélites no dispone de ese mecanismo de enfoque por control térmico”, resalta Ghizoni.
Los recursos provistos por la FAPESP y la Finep también se emplearon para perfeccionar la electrónica digital de procesamiento de los datos de la cámara. Por medio del desarrollo de algoritmos de compresión, los científicos consiguieron reducir hasta cuatro veces la tasa de transmisión de datos (en megabits por segundo, Mbps) de las imágenes captadas por la cámara, facilitando su almacenamiento y posterior envío a las estaciones terrestres. Una menor tasa de almacenamiento y transmisión de archivos se traduce en una disminución del consumo de energía, algo esencial en los satélites.
Otra característica importante del aparato es su capacidad para hacer una corrección del fenómeno de difracción, un efecto indeseado aunque bastante frecuente en las cámaras espaciales, que deriva en imágenes distorsionadas. “Recurrimos a un método computacional al cual se conoce como deconvolución, para mejorar la calidad de la imagen, reduciendo la difracción”, declara el director ejecutivo de Equatorial, haciendo hincapié en el hecho de que la cámara proveerá imágenes en cuatro de las siete bandas espectrales (verde, rojo, azul e infrarrojo cercano). La banda espectral es el intervalo entre dos longitudes de onda en el espectro electromagnético. El uso de diferentes bandas espectrales, una especie de filtro cromático, genera imágenes más precisas del paisaje terrestre. La mayoría de las cámaras de observación de la Tierra utilizan esas cuatro bandas espectrales.
Léo Ramos Chaves
Una vista aumentada del espejo secundario de la cámara de Akaer
Léo Ramos ChavesMiniaturización
Para el ingeniero electricista Marco Chamon, coordinador general de Ingeniería y Tecnología Espacial del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe), uno de los retos asociados al desarrollo de la cámara estuvo constituido por la necesidad de miniaturizar sus sistemas. Sucede que el VCUB1 es un nanosatélite de la familia de los cubesats, un término en inglés que significa “satélites en forma de cubo”. El artefacto mide solamente 30 centímetros (cm) de largo por 20 cm de ancho y 10 cm de alto. Un tamaño menor que una caja de zapatos, y la cámara fabricada por Akaer ocupará la mitad de ese volumen.
“Las cámaras de los satélites convencionales, tales como las del CBERS, son voluminosas y pueden llegar a pesar 150 kilogramos (kg), mientras que la que se está proyectando en São José dos Campos pesa tan solo 3 kg”, dice Chamon. “En las cámaras compactas, los ingenieros disponen de un espacio reducido para acomodar todos los componentes, lo que implica desafíos inexistentes en los equipos de dimensiones mayores. En los últimos años, Opto y Equatorial perfeccionaron su capacidad para proyectar esos instrumentos, tanto en lo que concierne al sistema óptico como a la electrónica de procesamiento de señales [la conversión de la señal óptica en bits]”.
Los proyectos FAPESP, según Fernando Ferraz, fueron fundamentales para que Akaer creara nuevas tecnologías que permitiesen lograr una cámara tan compacta y con una arquitectura modular ajustada a los nanosatélites. Visiona es el primer cliente de la cámara, que será ofrecida a otros interesados en Brasil y en el exterior. El aparato costará alrededor de 400 mil dólares (1,6 millones de reales).
Pocos países del mundo cuentan con capacidad para desarrollar cámaras espaciales de alta resolución, tales como la E3UCAM, o de muy alta resolución, una categoría en la que están comprendidos los instrumentos orbitales que captan imágenes capaces de distinguir en tierra objetos con dimensiones menores a 1 m. “Solo algunos países, tales como Estados Unidos, Francia, Alemania y China, logran producir esas cámaras de muy alta resolución. “Ese es nuestro próximo paso”, comenta César Ghizoni.
La cámara de Akaer no es la única innovación tecnológica presente en el satélite de Visiona. El proyecto del artefacto, el primero proyectado y construido integralmente por una compañía nacional, también es en sí mismo innovador. Según la empresa, el satélite servirá como plataforma para testear tecnologías espaciales que podrían utilizarse en misiones futuras del Programa Espacial Brasileño. Una de ellas es el sistema de control de órbita y altitud, que incluye el primer software realizado en el país para el posicionamiento de satélites. Este desarrollo posibilita, por ejemplo, la orientación correcta y precisa de una cámara hacia el área que se desea enfocar.
Este sistema, al cual se lo conoce por sus siglas en inglés AOCS (Attitude and orbital control system), constituye una tecnología delicada, que las naciones que la dominan difícilmente difunden. “Con el dominio de esa tecnología, Brasil está preparado para contar con el primer satélite totalmente desarrollado por una empresa brasileña privada, logrando así un ensamble entre la industria y la academia en sectores altamente tecnológicos”, declaró en un comunicado a la prensa João Paulo Campos, presidente de Visiona, empresa afincada en el Parque Tecnológico de São José dos Campos.
El programa del nanosatélite de Visiona, con un presupuesto de 14 millones de reales, cuenta con la cooperación técnica del Inpe, organismo con vasta experiencia en el desarrollo de satélites. Los ingenieros de la institución colaboran en áreas tales como ingeniería de sistemas, montaje, integración y test de satélites, entre otras. También cooperan con en ese programa la Empresa Brasileña de Investigación e Innovación (Embrapii), que aporta parte de los fondos, y el Instituto Senai de Innovación en Sistemas Embebidos, de la localidad de Florianópolis (estado de Santa Catarina).
La institución catarinense fue responsable del desarrollo de la estación en tierra y del software que realizará la integración de la computadora de a bordo con los varios componentes embarcados, entre ellos, la cámara óptica. También forma parte del paquete que aporta el Instituto Senai de Innovación el desarrollo de los sensores que quedarán en tierra y realizaran la colecta de las informaciones captadas por el satélite. Aparte de la cámara proyectada por Akaer, el VCUB1 estará dotado de un sistema de colecta de datos hidrometeorológicos, tales como precipitaciones, presión atmosférica y el nivel de los ríos.
New Space
El VCUB1 forma parte de una nueva generación de satélites de pequeño porte insertados en el concepto New Space, un modelo de negocio que se caracteriza por proyectos espaciales al mando de empresas privadas, más o menos costosos que los del pasado, cuando la exploración del espacio era una actividad llevada a cabo exclusivamente a nivel gubernamental. Los cubesats más sencillos pueden costar unos pocos cientos de miles de reales, en tanto que un satélite convencional de gran tamaño requiere de inversiones en un rango de centenas de millones de reales.
“La expansión de los cubesats en el mundo resulta ineludible”, dice el físico Luiz de Siqueira Martins Filho, de la Universidad Federal del ABC (UFABC), en São Bernardo do Campo (São Paulo). Según él, al ser más baratos y fáciles de fabricar –dado que emplean componentes estandarizados, tales como sensores y procesadores que pueden adquirirse en el mercado–, los cubesats están democratizando el acceso al espacio. “Lo que antes era privativo de grandes agencias espaciales, tales como la Nasa estadounidense y la ESA europea, hoy en día puede hacerse en universidades, empresas y escuelas. En los últimos años los cubesats cobraron importancia económica y tecnológica en todo el mundo”.
Proyectos
1. Desarrollo de un sistema óptico reflexivo tipo TMA para instrumentos de captación de imágenes orbitales (nº 16/50142-4); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Convenio Finep Pipe-PAPPE; Investigador responsable Alexandre Lourenço Soares (Opto); Inversión R$ 1.511.072,33.
2. Electrónica digital de procesamiento de datos para instrumentos de captación de imágenes por teledetección (nº 16/50150-7); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Convenio Finep Pipe-PAPPE; Investigador responsable Roney Ferreira Marzullo (Akaer); Inversión R$ 1.262.247,00.
3. Sistema de ajuste de enfoque por control de temperatura (nº 16/50148-2); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Convenio Finep Pipe-PAPPE; Investigador responsable Henrique Cunha Pazelli (Opto); Inversión R$ 864.735,63.
4. Desarrollo de un sistema de apuntamiento lateral de un espejo para captadores de imágenes ópticos de uso espacial (nº 16/50143-0); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Convenio Finep Pipe-PAPPE; Investigador responsable Daniel Moutin Segoria (Opto); Inversión R$ 889.959,98.
5. Concepción del sistema para la misión EQUARS y plataforma de microsatélites (nº 16/50167-7); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Convenio Finep Pipe-PAPPE; Investigador responsable César Celeste Ghizoni (Akaer); Inversión R$ 744.250,00.
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