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Articulo de referencia

SpaDeX

{{cite web |title=PSLV-C60 SPADEX Mission |url=https://www.isro.gov.in/media_isro/pdf/Missions/PSLVC60/PSLVC60-mission-brochure-english.pdf |publisher=ISRO |access-date=28 Decem...

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SpaDeX o Experimento de Acoplamiento Espacial es una misión de satélites gemelos desarrollada por ISRO para perfeccionar y demostrar tecnologías relacionadas con el encuentro orbital , el acoplamiento y el vuelo en formación , que tendrán aplicaciones futuras en áreas como los vuelos espaciales tripulados, el mantenimiento de satélites en el espacio y otras operaciones de proximidad. [ 2 ]

SpaDeX consta de dos satélites modificados de clase IMS-1, cada uno con un peso de 220 kg. Durante las operaciones de proximidad, una nave espacial actúa como perseguidora y la otra como objetivo. Ambas naves espaciales fueron lanzadas simultáneamente desde la primera plataforma de lanzamiento del Centro Espacial Satish Dhawan (SDSC) a bordo de un vehículo de lanzamiento de satélites polares (PSLV) el 30 de diciembre de 2024 a las 16:30:15 UTC y posteriormente se insertaron en órbitas ligeramente diferentes. [ 3 ] [ 4 ]

Tras el despliegue, las dos naves espaciales realizaron maniobras para volver a unirse. La Chaser (SDX01) se aproximó al objetivo (SDX02) y luego llevó a cabo maniobras de precisión para completar un acoplamiento exitoso. [ 5 ] Con este éxito, India se convirtió en uno de los pocos países del mundo en haber logrado un acoplamiento exitoso en el espacio utilizando tecnología propia. [ 6 ]

Historia

Conceptualización

La investigación y el desarrollo (I+D) necesarios para completar el proyecto comenzaron con estudios preliminares en 2016. [ 7 ] El Experimento de Acoplamiento Espacial (SpaDeX) fue aprobado por el Gobierno de la India con una financiación inicial de ₹ 10 crore , desembolsada en 2017. A julio de 2022 El proyecto SpaDeX fue aprobado con una financiación aproximada de 124,47 millones de rupias (equivalente a 132 millones de rupias o 14 millones de dólares estadounidenses en 2023) . [ 8 ]  

Los satélites Chaser y Target, junto con las tecnologías de acoplamiento relacionadas, fueron diseñados e implementados para la misión SpaDeX por el Centro de Satélites UR Rao (URSC) con la asistencia del Centro Espacial Vikram Sarabhai (VSSC), el Centro de Sistemas de Propulsión Líquida (LPSC), el Centro de Aplicaciones Espaciales (SAC), la Unidad de Sistemas Inerciales de ISRO (IISU) y el Laboratorio de Sistemas Electroópticos (LEOS). [ 9 ]

Para los satélites SpaDeX, Ananth Technologies proporcionó Unidades de Procesamiento de Encuentro (RPU) y convertidores CC-CC . Además, la empresa proporcionó 29 componentes esenciales para el vehículo de lanzamiento PSLV-C60, como unidades de adquisición de datos , transmisores, módulos de potencia, chip NavIC y módulos de control. [ 10 ] [ 11 ] En menos de tres meses, Ananth Technologies completó el ensamblaje, la integración y las pruebas del satélite para ISRO y los entregó al URSC. [ 12 ] Según el ex presidente de ISRO, S. Somanath , el acoplamiento es un componente crucial para Chandrayaan-4 y SpaDeX está concebido como un demostrador y precursor. [ 13 ]

Según Jitendra Singh Rana , Ministro de Estado de Ciencia y Tecnología y Ciencias de la Tierra , y el Primer Ministro Narendra Modi , el desarrollo de la misión SpaDeX representa un importante avance en el establecimiento de la Estación Espacial Internacional Bharatiya para 2035. Dominar las técnicas de acoplamiento es esencial para futuras misiones al espacio profundo, según Nambi Narayanan . Según Mylswamy Annadurai , director del proyecto Chandrayaan-1 , la técnica de acoplamiento demostrada ayudará en la futura gestión de los desechos espaciales . [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]

Lanzamiento

Vehículo de lanzamiento PSLV-C60

El 30 de diciembre de 2024, el PSLV-C60 lanzó las naves espaciales SDX01 y SDX02 a una órbita circular de 475 kilómetros de altura con una inclinación de 55° a las 21:58 horas IST (16:28 GMT ) desde la Primera Plataforma de Lanzamiento en SDSC. [ 17 ] El lanzamiento se realizó sin incidentes. Ambas naves espaciales se separaron con éxito del vehículo de lanzamiento 15 minutos después del lanzamiento. [ 18 ] En ese momento, ambas naves espaciales orbitaban la Tierra a una velocidad de 28.800 kilómetros por hora, aunque en órbitas ligeramente diferentes con una diferencia de unos 20 kilómetros y un ciclo de tiempo local de unos 66 días. [ 19 ] La plataforma orbital POEM-4 también fue transportada en el vuelo con 24 experimentos diferentes desarrollados por ISRO y otras agencias. [ 20 ] [ 21 ] El presidente de ISRO, S. Somanath, anunció poco después del vuelo que el primer intento de acoplamiento podría realizarse tan pronto como el 7 de enero de 2025. [ 22 ] [ 23 ]

El vehículo de lanzamiento desplegó las naves espaciales por separado para crear una separación entre ellas de aproximadamente 20 km (12 mi) . Después de que las naves espaciales ejecutaron maniobras para evitar que se alejaran aún más y luego para comenzar la operación de encuentro. [ 24 ] Durante los días siguientes, ISRO aumentó la separación entre las dos naves espaciales a más de 20 km. [ 25 ] El 6 de enero, la maniobra de acoplamiento se pospuso del 7 al 9 de enero después de que se detectara la necesidad de una validación adicional mediante simulaciones en tierra. [ 26 ] Los satélites estaban orbitando a unos 28 400 km/h y estaban separados por 11 km (6,8 mi) , justo antes del primer intento de acoplamiento. [ 27 ]    

Acoplamiento y desacoplamiento

Para el 8 de enero, los dos satélites habían reducido su separación a 600 metros. Para acercar el satélite perseguidor al objetivo, ISRO inició una maniobra de deriva que lo movió de 500 metros a 225 metros. Sin embargo, la deriva fue mayor de lo previsto después del período de no visibilidad. Por lo tanto, el acoplamiento se retrasó por segunda vez. [ 28 ] [ 29 ] El 9 de enero, ISRO colocó al perseguidor en una trayectoria de deriva lenta para acercarlo al objetivo. Se preveía que la secuencia de acoplamiento comenzaría el 10 de enero, sin embargo, esto se retrasó posteriormente varios días. [ 30 ] Para el 12 de enero, las naves espaciales SDX01 y SDX02 estaban a menos de 15 metros una de la otra. ISRO activó los sensores de imágenes que permitieron a los satélites tomar fotos y videos el uno del otro. [ 31 ]

El 13 de enero, el perseguidor intentó acercarse a 15 metros y luego a 3 metros del objetivo. Sin embargo, se observó un retraso en la recepción de señales de los sensores de proximidad y acoplamiento durante la maniobra de reducción de la distancia entre satélites. Para que los satélites SDX01 y SDX02 se alinearan correctamente durante el proceso de acoplamiento, estos sensores eran cruciales. Debido al retraso, se activó automáticamente un modo de seguridad a bordo para evitar cualquier colisión involuntaria. Esto abortó el intento de acoplamiento y aumentó la distancia entre los satélites SDX01 y SDX02 a 8 km. [ 32 ]

El 16 de enero, se repitió el intento de acoplamiento y el objetivo capturó al perseguidor por primera vez. [ 33 ] La nave espacial perseguidora comenzó a acercarse al objetivo, reduciendo gradualmente la separación entre ellos a una distancia de unos pocos metros. Para el acoplamiento autónomo, las velocidades relativas de SDX01 y SDX02 se redujeron a 0,036 km/h o 10 mm/s utilizando retrocohetes y un conjunto de sensores. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] Una vez completado el acoplamiento, la misión planeó establecer y demostrar la transferencia de energía eléctrica entre las naves espaciales. [ 24 ] ISRO también logró controlar con éxito los dos satélites como una sola entidad apilada después del acoplamiento. [ 37 ]

El 13 de marzo, ISRO desacopló y separó con éxito los satélites SpaDeX. [ 38 ] [ 39 ] El proceso comenzó con una extensión del SDX02, seguida de la liberación planificada de la palanca de captura 3, el desenganche de la palanca de captura del SDX02 y la emisión del comando de descaptura para ambos satélites. [ 40 ] ISRO ya había demostrado con éxito todas las capacidades necesarias para las operaciones de encuentro, acoplamiento y desacoplamiento en una órbita circular. [ 41 ] Posteriormente, tanto el SDX01 como el SDX02 orbitaron la Tierra de forma independiente. [ 42 ]

ISRO planeó realizar la siguiente serie de experimentos y otro desacoplamiento/reacoplamiento para el 15 de marzo de 2025. El reacoplamiento se realizará automáticamente. Estos experimentos solo son posibles en un breve período de 15 días cada dos meses. [ 43 ] [ 44 ] El 20 de abril de 2025, ISRO demostró con éxito el acoplamiento de las naves espaciales SDX01 y SDX02 por segunda vez. A diferencia del primer intento de acoplamiento, que implicó el ejercicio manual de un punto de sujeción adicional a una distancia entre satélites de 3 metros, el segundo acoplamiento se realizó en modo totalmente autónomo desde una distancia entre satélites de 15 metros hasta el acoplamiento. [ 45 ] [ 46 ]

Experimentos adicionales

El 28 de marzo de 2025, V. Narayanan verificó que, durante el primer proceso de acoplamiento, la nave espacial no había terminado de transferir energía eléctrica de un satélite a otro. El experimento se pospuso para la siguiente ronda debido a una posible pequeña desalineación de los puertos de transmisión de energía en el primer intento. Los satélites SpaDeX aún tienen suficiente combustible para finalizar el experimento. [ 47 ]

El experimento Rolling , que consistió en que un satélite circunnavegara al otro y regresara a su posición original manteniendo la línea de visión, fue completado por ISRO el 28 de marzo de 2025. [ 48 ] Se validaron múltiples programas informáticos, sensores, tecnología de posicionamiento, control de la estación terrestre sobre las maniobras del satélite, etc. El experimento ayudará a ISRO a comprender los pasos necesarios para acoplar satélites desde diversas orientaciones a una ubicación deseada. Además, ayudará a ISRO a determinar si el acoplamiento vertical es factible, lo cual se probó mediante otro acoplamiento de la nave espacial. [ 49 ]

El 21 de abril de 2025, se completó con éxito el experimento de transferencia de energía de SDX02 a SDX01 y viceversa. En el experimento, uno de los elementos calefactores de la nave espacial fue alimentado por el otro satélite. Tanto SDX01 como SDX02 operaron con la máxima eficiencia durante la transmisión de energía, que duró aproximadamente 4 minutos. [ 45 ] [ 50 ] Posteriormente, las naves espaciales se desacoplaron nuevamente a una órbita circular de 460 km con una inclinación de 45 grados. [ 51 ]

El 3 de mayo de 2025, se informó que ISRO había completado con éxito un encuentro de satélites a alta velocidad en el espacio, demostrando su experiencia y preparación para la defensa orbital. A una velocidad orbital de 28.800 km/h, SDX01 y SDX02 fueron guiados a un contacto coordinado a alta velocidad. Los satélites probaron el control orbital, la comunicación en tiempo real y los sistemas de control autónomo mientras se acercaban gradualmente el uno al otro en condiciones controladas, de forma similar al entrenamiento de combate aéreo. La precisión de maniobra necesaria en la guerra espacial se emuló en el experimento. [ 52 ] [ 53 ] Desde un punto de vista internacional, la prueba se llevó a cabo tras las declaraciones del Vicejefe de Operaciones Espaciales de EE. UU., General Michael Guetlein, en la 16.ª Conferencia anual McAleese sobre "Programas de Defensa" en Arlington , con respecto a la búsqueda por parte de China de una serie de operaciones de proximidad en las que los objetos espaciales se mueven uno dentro y alrededor del otro al unísono y bajo control. [ 54 ] [ 55 ]

El 23 de mayo de 2025, ISRO declaró que se había logrado el objetivo principal de la misión de acoplamiento y que la misión se encontraba en fase extendida. Se realizarían experimentos con los instrumentos secundarios con los 5 kg de combustible restantes. [ 56 ] ISRO también utilizó ambas naves espaciales para realizar pruebas de comunicación con terminales terrestres AWS para el programa Gaganyaan. [ 57 ]

Objetivos de la misión

Según ISRO, la misión SpaDeX tenía los siguientes objetivos:

  • Para demostrar un encuentro y acoplamiento autónomo utilizando el enfoque de barra en V. [ 58 ]
  • Para verificar la transferencia de energía eléctrica entre dos naves espaciales acopladas. [ 58 ]
  • Para ejecutar un control compuesto de nave espacial utilizando el Sistema de Control de Actitud de otra nave espacial mientras ambas están en una configuración acoplada. [ 59 ]
  • Actuar como satélites independientes después del desacoplamiento y operar sus cargas útiles durante un período de dos años. [ 60 ] [ 61 ]
  • Para mejorar la flexibilidad operativa de vuelo de ISRO y también ampliar sus capacidades de misión. [ 23 ]

Descripción del satélite

Render de Chaser (SDX01).

Las designaciones SDX01 y SDX02 se asignan a los satélites "Perseguidor" y "Objetivo", respectivamente, aunque ambos albergan dispositivos de acoplamiento capaces de funcionar de forma activa o pasiva. [ 60 ] [ 62 ] Ambas naves espaciales están construidas sobre el bus satelital de clase IMS . El conjunto de sensores adicionales para ambas naves espaciales incluye un telémetro láser (LRF) y retrorreflectores de cubo de esquina para operar en un rango de 6000 a 200 m para determinar la distancia. Se utilizan dos conjuntos de sensores de encuentro en el rango de 2000 a 250 m y de 250 a 10 m. Proporcionan la posición relativa, mientras que el LRF determina tanto la posición relativa como la velocidad de forma independiente. Un sensor de proximidad y acoplamiento (PDS) proporciona la posición relativa y la velocidad en un rango de 30 m a 0,4 m. Ambas naves espaciales utilizan diodos láser como objetivos para los conjuntos de sensores RS y PDS. Se utiliza una cámara de video en el rango de 20 a 0,5 m para capturar el video del evento de acoplamiento. Se utiliza un sensor de entrada de mecanismo de 8 cm a 4 cm para detectar la entrada del perseguidor en la nave espacial objetivo durante el acoplamiento. La nave espacial también contiene un sistema de posicionamiento por satélite basado en NAVIC, que proporciona servicios de posición, navegación y sincronización al satélite. También llevan transceptores VHF / UHF . Se utilizaron múltiples bancos de pruebas para calibrar y validar estos sensores antes de aceptarlos para la misión. [ 19 ]

Renderizado del objetivo (SDX02).

El Centro de Aplicaciones Espaciales desarrolló una cámara miniaturizada de alta resolución con capacidad de fotografía y vídeo que se instaló a bordo del SDX01. El SDX02 estaba equipado con una carga útil multiespectral (MMX) para el monitoreo de la vegetación y los recursos naturales. Para planificar adecuadamente las misiones Gaganyaan , el SDX02 cuenta con un detector de radiación que recopilará datos sobre los niveles de radiación en el espacio. [ 63 ]

El Sistema de Acoplamiento Bhartiya (BDS) fue desarrollado por ISRO basándose en el Estándar Internacional de Sistemas de Acoplamiento (IDSS) tras intentos fallidos de importar la tecnología de acoplamiento del extranjero. El mecanismo de acoplamiento es un sistema de acoplamiento de bajo impacto, de diseño andrógino, que incorpora un sistema de acoplamiento periférico. También se extiende hacia afuera de la nave espacial. [ 19 ] A diferencia de los 24 motores utilizados en el IDSS, el BDS solo utiliza dos. El puerto de acoplamiento en SpaDeX tiene un diámetro de 450 mm, mientras que el puerto de acoplamiento en Gaganyaan y la Estación Antariksh Bharatiya tendrá un diámetro de 800 mm. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ]

Representación de Chaser (SDX01) y Target (SDX02) en configuración acoplada.

El diseño de actuación de doble motor se diseñó para garantizar conexiones seguras y una alineación precisa a bajas velocidades. La alineación y navegación en tiempo real se apoyaban en sensores de proximidad , telémetros láser y cámaras de encuentro. Durante las operaciones de acoplamiento, un enlace de comunicación entre satélites (ISL) proporcionaba una transmisión de datos fluida, mejorando la fiabilidad y la autonomía del sistema. [ 64 ] Tan pronto como los satélites se encontraban a menos de 5 km de distancia, podían comunicarse a través del ISL para compartir información de orientación y ubicación. [ 7 ]

Nuevos procesos y tecnologías

Satélites y POEM-4 dentro de la cofia de carga útil del cohete PSLV-C60.

La misión SpaDeX demostrará ciertas tecnologías e implementos nuevos para ISRO.

  • En lugar de ser ensamblado e integrado en la Instalación de Ensamblaje y Lanzamiento de Vehículos (VALF) y la Torre de Servicio Móvil (MST) respectivamente, el vehículo de lanzamiento fue ensamblado en una nueva Instalación de Integración del PSLV (PIF) y transportado a la plataforma de lanzamiento para reducir el tiempo de preparación entre misiones. [ 65 ] [ 66 ]
  • Se desarrolló y empleó un sistema de acoplamiento periférico andrógino de bajo impacto con una velocidad de aproximación de 10 mm/s. [ 64 ]
  • Un mecanismo de activación para capturar ambos satélites y mantenerlos firmemente en su lugar para las operaciones de acoplamiento. [ 67 ]
  • Tecnología de transferencia de energía e inteligencia artificial integrada para comprender las condiciones del satélite. [ 68 ]
  • El Laboratorio de Simulación de Encuentro desarrolló algoritmos de encuentro y acoplamiento para la nave espacial con el fin de validarlos mediante simulación en tiempo real, la Prueba de Rendimiento del Mecanismo de Acoplamiento para la última etapa del acoplamiento y el Laboratorio de Experimentos de Acoplamiento Vertical para probar los mecanismos de acoplamiento en condiciones controladas. [ 65 ]
  • Telémetro láser y retroreflectores de cubo de esquina para vector de posición y velocidad en un rango de 6000 a 200 m. Sensor de encuentro para vector de posición en un rango de 2000 a 250 m y de 250 a 10 m. Sensor de proximidad y acoplamiento para vector de posición y velocidad en un rango de 30 m a 0,4 m. Un sensor de imagen para un rango de 20 a 0,5 m para capturar el evento de acoplamiento. Sensor de entrada del mecanismo de 8 cm a 4 cm para detectar la entrada de SDX01 en SDX02. [ 58 ] [ 65 ] [ 63 ] Acelerómetros para medición de velocidad y rastreador de estrellas para determinación de actitud. [ 69 ]
  • Procesador integrado para Determinación y Propagación de Órbita Relativa (RODP) con Sistema de Posicionamiento por Satélite (SPS) basado en GNSS diferencial para Posicionamiento, Navegación y Sincronización (PNT). [ 9 ] [ 65 ] Transceptores VHF / UHF para transferir y sincronizar datos de vector de posición y velocidad mediante Enlace de Comunicación Inter-Satélite. [ 64 ]

Colaboración internacional

La empresa italiana Leaf Space , que ofrece soluciones de segmento terrestre como servicio (GSaaS), se asoció con ISRO para crear enlaces de comunicación con la plataforma POEM-4 y los satélites SpaDeX. Esto hizo posible la telemetría, las operaciones de comando y el monitoreo continuo de la telemetría de la misión SpaDeX. [ 70 ]

Desafíos

ISRO no realizó una misión de prueba para el experimento de acoplamiento espacial debido a limitaciones financieras. Los dos satélites y el equipo asociado fueron construidos por ISRO por 125 crore de rupias , mientras que el vehículo de lanzamiento costó 250 crore de rupias adicionales. [ 71 ] Antes del lanzamiento, el cohete se vio obligado a detenerse para evitar un posible riesgo de aproximación cercana con otros satélites. [ 72 ]

Según informes de los medios, SpaDeX está teniendo dificultades técnicas con el procedimiento de desacoplamiento que debía realizarse el 16 de enero de 2024. V. Narayanan anunció el 29 de enero que ISRO está revisando el procedimiento de desacoplamiento porque la agencia no quiere desacoplar y abandonar los satélites. Con un 60-70% de propulsor restante y el gasto del proyecto totalmente utilizado, se realizarán más experimentos de acoplamiento, desacoplamiento y transferencia de energía. [ 73 ] [ 74 ] V. Narayanan dijo a Press Trust of India el 8 de febrero de 2025 que no hay problemas. ISRO tiene la intención de tomarse su tiempo, estudiar y organizar experimentos adicionales antes de intentar el procedimiento de desacoplamiento. [ 75 ]

COLA previo al lanzamiento para el vuelo PSLV-C60

Desarrollo futuro

Durante la sesión informativa posterior al lanzamiento de la misión SpaDeX el 30 de diciembre de 2024, el jefe de ISRO, S. Somanath, declaró que se lanzarían misiones SpaDeX adicionales de mayor tamaño y complejidad, mostrando sistemas de acoplamiento más grandes, muy probablemente para Gaganyaan y la estación Bharatiya Antariksha. [ 76 ]

ISRO tiene previsto lanzar SpaDeX-2 entre 2025 y 2028, sujeto a la aprobación del gobierno. Se prevé que se necesitarán otros 18 meses para finalizar los preparativos tras la aprobación. [ 77 ] El objetivo de SpaDeX-2 es acoplar dos satélites en una órbita elíptica en lugar de una circular. Esto se debe a que, en una órbita circular, la trayectoria y la velocidad de los satélites permanecen constantes, mientras que en una órbita elíptica cambian continuamente. [ 78 ]

ISRO también planea una misión SpaDeX-3 a finales de la década de 2020. Mientras que SpaDeX-2 demostrará el acoplamiento en una órbita elíptica de alta altitud, SpaDeX-3 también demostrará la transferencia de muestras y las operaciones robóticas remotas utilizando conjuntos de hardware ampliados, allanando el camino para la Estación Bharatiya Antariksh y Chandrayaan-4. [ 79 ] Los dos proyectos futuros de ISRO dependen del éxito de la misión. [ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ «Misión PSLV-C60 SPADEX» (PDF) . ISRO. Archivado desde el original (PDF) el 28 de diciembre de 2024 . Consultado el 28 de diciembre de 2024 .
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  3. ↑ Chaitanya, SV Krishna (6 de diciembre de 2024). "ISRO podría probar el acoplamiento espacial el 26 de diciembre" . The New Indian Express. Archivado del original el 8 de diciembre de 2024. Consultado el 9 de diciembre de 2024 .
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