Programa CubeCat (³Cat)
Una saga de nanosatèl·lits tipus CubeSat dedicats a diverses aplicacions dins del camp de l’Observació de la Terra
Els CubeCats són una sèrie de nanosatèl·lits desenvolupats en el NanoSat Lab de la Universitat Politècnica de Catalunya que han participat en diverses missions, com la FSSCat (Federated Satellite Systems/³Cat-5), que contribueix al programa Copernicus de la UE proporcionant dades per als serveis terrestres i marins.
Els CubeCats (³Cat) són nanosatèl·lits tipus CubeSat, dispositius petits (combinacions de cubs d’uns 10 centímetres de costat), d’entre un i deu quilograms i que, gràcies a l’ús de components comercials estandarditzats, poden ser desenvolupats per grups d’estudiants universitaris i investigadors.
³Cat-1 va ser el primer satèl·lit desenvolupat a Catalunya i el primer d'una sèrie de missions de nanosatèl·lits dissenyades i desenvolupades en el NanoSat Lab de la Universitat Politècnica de Catalunya - BarcelonaTech (UPC). Va ser llançat utilitzant un coet PSLV indi el 2018 després de tres intents fallits (amb un coet Dnepr i dos Falcon 9). ³Cat-2 va ser el segon satèl·lit, però el primer que es va llançar, el 2016, utilitzant un coet LMD-2 xinès. Era el tercer CubeSat 6U del món i portava una nova càrrega útil GNSS-R (Sistema Global de Navegació per Satèl·lit - Reflectometria).
Basant-se en l'experiència adquirida amb el ³Cat-1 i el ³Cat-2, el NanoSat Lab de la UPC ha dissenyat el ³Cat-4 amb una sola unitat (1U) per demostrar la idoneïtat d'aquesta mena de plataforma encara més petita per realitzar aplicacions d'Observació de la Terra amb instruments passius. El ³Cat-4 té també un instrument GNSS-R, però compta amb una nova antena helicoidal desplegable. Serà llançat en el vol inaugural de l’Ariane 6 dins del programa Fly your satellite! de l'Acadèmia de l'ESA.
El NanoSat Lab de la UPC ha iniciat els desenvolupaments inicials d'un nou concepte de missió, ³Cat-8, que inclou demostradors tecnològics innovadors (motor iònic d’electroesprai, desplegador de PocketQubes, antena desplegable Fresnel Zone Plate -FZP-) amb dos experiments científics per obtenir imatges multiespectrals de l'aurora, i mesurar el centelleig ionosfèric. Aquests PocketQubes (PoCat-1 i PoCat-2) han estat finançats per les subvencions de l'Institut d'Enginyers Elèctrics i Electrònics (IEEE) per desenvolupar un kit Open PocketQube i els materials educatius associats, que es posaran a la disposició del públic.
Missió FSSCat
La FSSCat, Federated Satellite Systems/³Cat-5, va ser la primera missió basada en CubeSats, que contribueix al programa Copernicus de la UE proporcionant dades per als serveis terrestres i marins. Es va desenvolupar al NanoSat Lab de la UPC i va consistir en dos CubeSats 6U (³Cat-5/A i ³Cat-5/B) volant junts per monitorar el gel polar i mesurar la humitat del sòl.
Entre la tecnologia d'última generació utilitzada a FSSCat, es troba l’FMPL-2, un sensor que combina un Reflectòmetre GNSS i un Radiòmetre de Microones desenvolupat per la UPC, i HyperScout-2, una càmera hiperespectral desenvolupada per Cosine (Països Baixos) que opera en l'espectre visible, infraroig poper i tèrmic. HyperScout-2 també va ser millorada amb la targeta PhiSat-1, el primer experiment d'intel·ligència artificial a bord d'un satèl·lit per a la detecció de núvols. Els dos satèl·lits també porten a bord un sistema de comunicació entre satèl·lits, que utilitza freqüències en les gammes UHF i òptica, desenvolupat per la UPC i Golbriak, respectivament. La missió va guanyar el Sentinel Small Satellite (S^3) Challenge Award de l'ESA i va ser guardonada com a guanyadora absoluta de la competició Copernicus Masters el 2017.
Llançat a l'espai el 3 de setembre de 2020, els objectius principals de la missió eren la generació de mapes d'humitat del sòl i d'extensió i gruix del gel marí de resolució gruixuda utilitzant radiometria de microones de banda L i reflectometria GNSS, mapes d'humitat del sòl de resolució millorada aplicant tècniques de reducció d'escala de píxels, i l'assaig de tècniques per a futures federacions de satèl·lits.
L'anàlisi de dades de la missió FSSCat es va dur a terme durant 2021 i, a més d'obtenir la humitat del sòl i el gel polar, va permetre obtenir la salinitat de la superfície del mar sobre els oceans Àrtic i Antàrtic. Això no estava contemplat inicialment en els objectius de la missió a causa de la seva elevada dificultat.
CONTRIBUCIÓ DE L’IEEC
L’IEEC va finançar el llançament del ³Cat-1. En el cas del ³Cat-2, el nanosatèl·lit incloïa un demostrador en òrbita (IOD) d'un magnetòmetre de molt baix soroll. L’IOD va ser desenvolupat per l’IEEC i s'inclourà en la futura missió LISA de l'ESA. L’IEEC també ha participat en el finançament, juntament amb l'ESA, del ³Cat-4.
L’IEEC contribueix a la missió ³Cat-8 amb el desenvolupament d'una càrrega útil que inclou: la càmera multiespectral per a l'anàlisi de l'aurora, la unitat de control de l'instrument de la càmera i el mòdul de comunicacions basat en una Ràdio Definida per Programari (SDR). Aquesta càrrega útil està basada en la plataforma C3SatP, desenvolupada per l’IEEC, i que actualment vola com a IOD en la missió GENEO (Menut), llançada en el marc de l'Estratègia NewSpace de Catalunya. A més, l’IEEC dona suport al llançament del ³Cat-8 finançant el Desplegador Orbital per a Polipicosatèl·lits (P-POD) que s'integrarà en el proveïdor del llançador dissenyat.
Pel que fa a FSSCat, algunes de les tècniques innovadores que viatgen a bord, com la desagregació de píxels mitjançant la fusió de dades del visible i l’infraroig proper amb dades del radiòmetre de microones, han estat desenvolupades per la UPC, per l'Institut de Ciències del Mar del CSIC, amb el suport de l’IEEC en el marc del projecte Soil Moisture Ocean Salinity (SMOS), i per DEIMOS Engenharia.