PRE2POS son las siglas de mecanismos de accionamiento basados en la PREcisión para dispositivos de POSicionamiento de alta PREcisión y eficiencia energética. Se trata de un proyecto de I+D llevado a cabo en el marco del programa de investigación e innovación Horizonte2020 de la Unión Europea por un consorcio formado por ARQUIMEA y la empresa italiana Phi Drive. PRE2POS se centró en la validación de nuevos actuadores rotativos que utilizan un motor innovador que aprovecha el desplazamiento de la deformación micrométrica de las pilas piezoeléctricas para conseguir un movimiento rotativo o lineal infinito. El proyecto también incluyó el análisis y la definición de los próximos pasos hacia la industrialización y comercialización del producto resultante.

El objetivo final es incluir los actuadores rotativos en equipos y mecanismos clave utilizados en las naves espaciales, como los mecanismos de accionamiento de los grupos de paneles solares, los mecanismos de apuntamiento de antenas o los mecanismos de despliegue, como los brazos y los mástiles, en los que los usuarios finales buscan constantemente alta precisión, poco peso, eficiencia energética y costes de fabricación bajos.

El proyecto finalizó con éxito en 2020 con la aprobación formal de la Comisión Europea.

En la actualidad, las principales acciones comerciales ya han comenzado y están orientadas a plataformas de satélites nuevas y pequeñas aún en desarrollo que podrían estar más interesadas en utilizar esta tecnología disruptiva para ser más competitivas.

RETO

El equipo del proyecto tenía que desarrollar una nueva solución de vanguardia con el objetivo de mejorar las prestaciones técnicas y económicas de los productos equivalentes disponibles en la actualidad.

Se desarrolló y validó un actuador rotativo completo para el mercado espacial teniendo en cuenta el dimensionamiento del motor de accionamiento y la optimización de su rendimiento.

Además, se desarrolló un diseño inteligente para garantizar una integración rentable de los componentes del motor Pre2Pos en el diseño personalizado del cardán de ARQUIMEA.

Por último, como la idea era utilizar esta solución en futuras plataformas de satélites pequeños que requieran productos listos para usar y con un plazo de entrega corto, el cardán tenía que ser un producto estándar, de coste asequible y con un plazo de entrega corto.

SOLUCIÓN

El cardán de ARQUIMEA activado mediante el dispositivo motor de Phi Drive es un posicionador de dos ejes cuya función es dirigir con precisión una carga. El cardán está formado por dos motores accionados por pilas piezoeléctricas con redundancia eléctrica. Incluye dos grados de libertad: la rotación en los ejes de alabeo y guiñada.

El diseño del sistema muestra capacidades de par motor moderadas (la relación par motor/masa es de +95 % en comparación con las soluciones existentes), lo que proporciona una simplificación del sistema con una precisión y resolución muy elevadas y una holgura muy baja para el usuario que evita el uso de cajas de engranajes adicionales.

El cardán de ARQUIMEA se basa en el accionamiento coordinado de varias pilas piezoeléctricas separadas en dos fases que opera con cierto desplazamiento de fase. El sistema ofrece pasos rotativos individuales tan pequeños como 0,002º con una velocidad moderada.

Mediante la adaptación de los parámetros de trabajo, el par motor de salida o la velocidad de giro pueden ajustarse a los requisitos técnicos necesarios. Asimismo, el control de posición puede adaptarse a las distintas necesidades, ya que este cardán controla la posición mediante un codificador óptico. 

Cardán de ARQUIMEA

ARQUIMEA y Phi Drive desarrollaron la solución completa para la liberación y el despliegue de las antenas, los instrumentos científicos y el apuntamiento y posicionamiento de los reflectores.

RESULTADOS

Se fabricaron un total de tres modelos EQM del sistema para validar la solución. La campaña de pruebas de aceptación de los modelos EQM se llevó a cabo y se concluyó a finales de 2019. Esta solución fue probada satisfactoriamente teniendo en cuenta los requisitos y las condiciones operativas y de diseño de las aplicaciones espaciales.

El cardán de ARQUIMEA, junto con el motor de Phi Drive, demostraron ser la solución adecuada para las aplicaciones objetivo en los pequeños satélites.

En ARQUIMEA Agrotech apostamos por la tecnología de carbonización hidrotermal (HTC) para el tratamiento de los residuos agropecuarios, y su posterior valorización como combustible renovable o como mejoradores de suelos.

• 84M m3 De purines son generados anualmente en España
• 15 Veces más de purines que de carne se producen anualmente
• 24.000 Piscinas de purines son generados en España al año

Reducción del impacto medioambiental de los ganaderos

Son muchos los esfuerzos que los ganaderos del sector porcino llevan a cabo para la reducción del impacto medioambiental, especialmente en el uso de recursos tan importantes como el agua.

Sin embargo, la gestión de purines (un estiércol licuado resultante de la mezcla de agua, orines, excrementos y restos de piensos) sigue suponiendo un auténtico reto para los ganaderos. Una mala gestión de los purines puede ocasionar serios problemas de olores, de emisión de gases de efecto invernadero, contaminación de suelos o contaminación de aguas superficiales y subterráneas entre otros efectos.

Valorización de los residuos

Pese a su alto valor como abono mineral, el aprovechamiento de los purines de cerdos sigue suponiendo un gran reto.

Trabajamos en la valorización de los residuos generados en las explotaciones agropecuarias como hidrochar o abono mineral.

Impacto

• Eliminación total de los patógenos
• Disminución de malos olores
• Reducción de impacto medioambiental

En ARQUIMEA Agrotech trabajamos en la valorización de residuos agropecuarios y su transformación en bioplásticos para la producción animal.

El bioproducto, formado por bacterias y microalgas, se empleará para el desarrollo de nuevos materiales de uso en la inseminación artificial porcina.

• 14% De la producción agraria en España es porcina
• 2º Puesto que ocupa España en el ranking de producción porcina en la UE
• 3er Productor mundial porcino

La industria porcina, clave en la economía española

La industria de producción de carne de cerdo tiene un papel clave dentro de la economía española, representando el 14% de la producción final Agraria.

La inseminación artificial es un eslabón muy importante en esta cadena. Sin embargo, la producción porcina no es sostenible debido al gran número de materiales no reciclables que se emplea en el proceso. El cambio climático y la evolución del sector requieren una evolución en el desarrollo de soluciones tecnológicas avanzadas respetuosas con el medio ambiente y que
garanticen el bienestar animal.

Mejora de la eficacia de los sistemas implicados en la reproducción porcina y el impacto al medioambiente

El nuevo bioplástico no solo mejorará la eficacia de la inseminación artificial en los cerdos, al reducir la presencia de microorganismos como bacterias y hongos, sino que también
reducirá el impacto medioambiental de la industria, a través de la introducción de materiales reciclables, procedentes del aprovechamiento de residuos.

Impacto

• Mejora de la eficacia de la inseminación artificial
• Mejora del bienestar animal
• Reducción del uso de plásticos en la industria porcina

En ARQUIMEA Agrotech trabajamos en el desarrollo de un novedoso bioproducto con capacidad para potenciar el crecimiento de las plantas, combatir los agentes patógenos, la fijación de nitrógeno, la solubilización del fósforo y la resistencia de la planta frente al estrés provocado por la sequía.

• 57% Territorio español está cubierto por superficie arbolada
• 76% De la superficie cultivada es en régimen de secano
• 5M Toneladas de tomate son producidas anualmente en España

El estrés abiótico como factor negativo en los cultivos

Entendemos por estrés abiótico al impacto sobre organismos vivos de forma negativa por parte de factores no vivos como los vientos fuertes, la sequía o las inundaciones. Muchos de estos fenómenos son cada vez más frecuentes y severos como consecuencia del cambio climático.

El estrés abiótico es el factor más dañino de todos para la productividad y crecimiento de los cultivos de todo el mundo.

Incremento de la tolerancia contra los factores ambientales

En ARQUIMEA Agrotech trabajamos para el desarrollo de una solución única en el mercado que actúe como bioestimulante y mejore y cuide los suelos, protegiendo a su vez a las plantas de la acción de microorganismos.

Este producto de origen natural permitirá potenciar el desarrollo vegetativo e incrementar la tolerancia al estrés abiótico vegetal de los cultivos agroforestales. Debido a su composición, su actuación podrá ser de forma simultánea como bioestimulante, mejorador de suelos, fitopatógeno y como acumulador de agua.

Impacto

• Mejora del crecimiento y desarrollo de los cultivos
• Protección contra microorganismos patógenos
• Regeneración de suelos desérticos o pobres de nutrientes

Investigamos en el desarrollo de nuevas soluciones naturales que permitan combatir algunas de las enfermedades de interés agroforestal que amenazan sistemas naturales.

En ARQUIMEA Agrotech trabajamos para la obtención de un compuesto de origen natural, formado por microorganismos, con capacidad de combatir y eliminar los principales fitopatógenos que afectan a las Dehesas.

• +500.000 Árboles afectados en los últimos 25 años por la enfermedad de la seca
• +1.000 Especies afectadas por la enfermedad de la seca
• TOP 100 Especies exóticas invasoras más dañinas del mundo para la UICN

La Dehesa, un ecosistema único en el mundo

La Dehesa es un tipo de ecosistema presente exclusivamente en el suroeste de la Península Ibérica. Conformado principalmente por encinas, alcornoques y diferentes tipos de pastizales o matorrales, ha resultado clave en el desarrollo de la ganadería y la industria de aprovechamiento de productos forestales (leña, corcho, setas,…).

Sin embargo, este ecosistema se encuentra en serios riesgos de desaparición por la acción de la conocida popularmente como “enfermedad de la seca” que acaba con encinas y alcornoques, impidiendo además que el terreno afectado pueda volver a ser aprovechado. La seca, causada por el hongo “Phytophthora” afecta de media a un árbol por hectárea (la densidad media de las dehesas es de 40 árboles por hectárea).

Primera solución en el mercado

En ARQUIMEA Agrotech buscamos desarrollar la primera solución del mercado capaz de frenar el avance de la seca. Se trata de un compuesto de origen natural formado por bacterias y levaduras con altas capacidades para el biocontrol y la eliminación de la enfermedad de la seca, los hongos patógenos (Botryosphaeria corticola, Botrytis cinerea y Fusarium oxysporum) y las bacterias Erwinia carotovora y Pseudomonas syringae pv.

Esta solución supondrá la recuperación de un ecosistema único en el mundo, origen de productos como el jamón ibérico de bellota, la miel, el corcho o todo tipo de productos ovinos, vacunos y
porcinos.

Impacto

• Recuperación de un ecosistema único en el mundo
• Reducción del uso de pesticidas
• Biocontrol de enfermedades de interés agroforestal

En ARQUIMEA Agrotech llevamos a cabo el desarrollo de celda de combustible microbiana que permitirá de forma simultánea producir hidrógeno y energía eléctrica a partir de residuos agropecuarios.

• 45% Porcentaje de emisiones de gases de efecto invernadero que debemos evitar para 2030 para evitar un calentamiento catastróficocatastrophic warming
• 1% Porcentaje de reducción de emisión de gases de efecto invernadero que se conseguirían con los esfuerzos actuales
• 69% De la energía primaria será de origen solar para 2050

Los residuos agropecuarios, una oportunidad para generar energías limpias

Pese a los esfuerzos por parte de los responsables de las exportaciones ganaderas, la gestión de los residuos generados sigue suponiendo un reto debido a su alto impacto medioambiental.

En ARQUIMEA Agrotech apostamos por las celdas de combustible microbianas (CCMs) como base tecnológica para el desarrollo de una nueva generación de paneles solares, que podrían contribuir a solucionar dos de los problemas más críticos que afronta la sociedad actual: la crisis energética y la disponibilidad de agua no contaminada.

Paneles solares basados en celdas microbianas de combustible

El desarrollo de un panel solar foto-microbiano basado en tecnologías de celdas microbianas de combustible permitirá la obtención de energías limpias, produciendo energía eléctrica e hidrógeno a partir de la energía solar y CO2 atmosférico.

Impacto

• Obtención de hidrógeno y energía eléctrica
• Reducción del impacto medioambiental de las explotaciones agropecuarias

El observatorio de la Red de Telescopios Cherenkov (CTA, por sus siglas en inglés) es un proyecto científico internacional de alta tecnología destinado a la creación de una instalación científica única en el mundo, que profundiza en el estudio y conocimiento del universo mediante la interacción en la atmósfera terrestre de los rayos gamma a partir de un fenómeno lejano producido en el espacio exterior.

El observatorio tiene el propósito de construir cien telescopios tipo Cherenkov en dos ubicaciones: El Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma, Islas Canarias (España), y el desierto de Atacama en Chile. El observatorio contará con tres tipos de telescopios: telescopios de gran tamaño (LST, por sus siglas en inglés) con un diámetro de 30 metros, telescopios de tamaño mediano (MST, por sus siglas en inglés) con un diámetro de 12 metros y telescopios de tamaño pequeño (SST, por sus siglas en inglés) con un diámetro de 4,3 metros. El proyecto creará una red global de telescopios para el estudio del universo.

El proyecto de la Red de Telescopios Cherenkov supone una inversión de más de 300 millones de euros y la participación de más de 1400 científicos e ingenieros de 32 países; instituciones españolas como el Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y el Instituto de Física de Altas Energías (IFAE) desempeñan un papel fundamental en el proyecto.

Con el análisis del fenómeno electromagnético producido en la atmósfera por los rayos gamma, los científicos recopilan datos y estudian y analizan acontecimientos que tienen lugar en el universo que, de lo contrario, serían imposibles de identificar.

El componente más importante de los telescopios es su cámara, capaz de detectar la radiación de alta energía con una precisión sin precedentes y una sensibilidad diez veces mayor que la de los telescopios Cherenkov. La red de telescopios es capaz de orientarse por sí misma en pocos segundos y de forma coordinada para medir un acontecimiento concreto.

Si se cumplen las previsiones, se espera que la Red de Telescopios de Cherenkov del observatorio de La Palma esté operativo a partir del 2024.

RETO

El Observatorio de la Red de Telescopios de Cherenkov tiene el objetivo de crear una red global de cientos de telescopios de distintos tamaños. Cada telescopio debe cumplir con los objetivos científicos de la CTA, atender a las necesidades operativas y cumplir también con los estándares de calidad y seguridad más altos.

El reto afrontado por ARQUIMEA fue la fabricación de tres cámaras para los telescopios de gran tamaño (LST) del observatorio mediante el empleo de un sistema de producción en masa. Gracias al proceso de industrialización, todas las cámaras tendrán las mismas especificaciones y características y pudieron fabricarse de forma eficiente, al precio adecuado y en plazo.

Cada cámara tiene una superficie de 9 m², pesa dos toneladas y contiene 265 sensores ópticos (fotomultiplicadores) que son los responsables de producir la resolución necesaria.

La mayor dificultad en un proyecto de este tipo es la ingeniería de varios sistemas distintos y su integración y verificación durante todo el proceso de fabricación. Las cámaras tienen más de 5.000 piezas diferentes fabricadas por un gran número de proveedores de distintos países. Por ejemplo, los fotomultiplicadores se fabrican en Japón. La fabricación de la estructura, así como su correcto montaje, integración y prueba de todos sus componentes son los principales retos a los que se enfrenta el proyecto de producción de las cámaras.

La coordinación entre la ciencia y la industria para alcanzar este objetivo ha constituido un gran reto durante todas las fases del proyecto.

SOLUCIÓN

El Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC), que es responsable de la gestión de la infraestructura, lanzó una licitación internacional para la fabricación de las cámaras y el contrato fue adjudicado a Arquimea en 2020.

La empresa cuenta con una amplia experiencia en la fabricación, montaje, integración y comprobación de componentes clave para este tipo de infraestructuras y ha participado en proyectos de astrofísica importantes, tales como el Gran Telescopio Canarias, y otros proyectos de sectores muy exigentes, como la industria aeroespacial.

La primera cámara que sirvió de prototipo fue fabricada por el CIEMAT en 2018 y se encuentra actualmente operativa en el Observatorio del Roque de los Muchachos en la isla de La Palma. ARQUIMEA ha trabajado en colaboración con el IAC y el CIEMAT para mejorar el diseño de la primera cámara y fabricar tres cámaras nuevas.

El objetivo era centrarse en un método de producción en masa con un sistema de control de calidad certificado. Con eficiencia y una planificación adecuada, se superaron dificultades como la escasez de chips que está afectando a numerosos sectores.

Cada cámara de 9 m2 tiene 265 multiplicadores y pesa dos toneladas. Las cámaras se basan en un diseño modular con todos los sensores y la electrónica a bordo listos para instalarse en el anillo de fibra de carbono del telescopio.

Estas cámaras son un componente esencial del telescopio, ya que son las responsables de recopilar y analizar los datos. Las cámaras permitirán medir con mucha precisión la fuente del rayo gamma y su espectro de energía.

Los componentes principales de las cámaras son:

• Soporte del módulo
• Estructura tubular
• Sistema de refrigeración
• Circuito hidráulico de refrigeración
• Multiherramienta
• Puerta delantera
• Detectores y electrónica

Se han utilizado técnicas mixtas de fabricación y montaje durante el proceso de industrialización que incluyen el mecanizado de precisión, la perforación profunda, el conformado de chapa, las soldaduras TIG y MIG, el alivio de tensiones mediante vibraciones, los ensayos no destructivos, el remachado, la fijación con pernos, la adherencia, el sellado, manipulado y montaje de componentes grandes.

Además de lo anterior, se han integrado varias tecnologías, como las estructuras de aleación de aluminio, la refrigeración activa con combinación de agua y aire, los mecanismos eléctricos (obturador, lentes objetivo), el accionamiento hidráulico, la automatización y detección, la electrónica de hardware y los amortiguadores de transporte, entre otras tecnologías.

RESULTADOS

• Reducción del tiempo de fabricación de cada cámara de un año a cuatro meses.
• Mejora del diseño original del prototipo de la cámara.
• Optimización de la producción en términos de coste, tiempo, pruebas, producción en masa, repetibilidad y mantenimiento.
• Implantación satisfactoria de un método de producción en masa con un sistema de control de calidad certificado.
• Finalización satisfactoria de la fabricación, integración y comprobación de más de 5000 componentes de cada cámara.
• Fabricación de tres cámaras de 9 m2 con un peso de dos toneladas.
• Colaboración positiva entre la ciencia y la industria con un objetivo común.

μHETsat es un proyecto de colaboración de la Agencia Espacial Europea (ESA) con la Agencia Espacial Italiana (ASI), desarrollado por la empresa italiana SITAEL. Es el primer satélite completamente eléctrico que se lanza al espacio para verificar el comportamiento y el rendimiento del bus y un Propulsor de Efecto Hall de baja potencia, cuyas características representan la última vanguardia de esta tecnología. 

El μHETsat, que pesa menos de 80 kg, no abandonará la superficie, ya que primero se trasladará a una altitud de aproximadamente 35.000 pies. Sus propulsores eléctricos son una característica nueva ganadora que responde a las necesidades de la nueva industria espacial y de las muchas empresas del sector espacial que se están centrando cada vez más en los minisatélites. 

El microsatélite μHETsat tiene dos grupos de paneles solares desplegables que consisten en un panel de aluminio tipo colmena en cada ala, comúnmente conocido como sándwich. Pesan muy poco, pero la rigidez y la fuerza están aseguradas, así como una mejor capacidad de despliegue. Estos paneles están replegados durante el lanzamiento y, una vez en órbita, se despliegan completamente con la ayuda de mecanismos de liberación y despliegue. 

RETO

El equipo del μHETsat necesitaba una solución completa para el despliegue de los paneles solares, incluidos los Mecanismos de Retención y Liberación (HDRM, por sus siglas en inglés).

Asimismo, el uso de HDRM con campos reprogramables era la preferencia a efectos operativos, para ahorrar tiempo y costes durante las pruebas de validación a nivel de sistema.

Por último, como la plataforma del μHETsat se utilizará como punto de partida para futuras misiones de satélites, el HDRM y las bisagras tenían que ser productos estándar, asequibles y con un plazo de producción corto.

SOLUCIÓN

ARQUIMEA desarrolló la solución al completo para la liberación y el despliegue del grupo de paneles solares, que consiste en un HDRM y un mecanismo de despliegue con dos bisagras motorizadas con un muelle por panel. La solución del HDRM se basa en el Actuador de Retención y Liberación de ARQUIMEA llamado REACT. Se diseñó una copa cónica para acomodar el REACT a la nave espacial y se instaló un sujetabulones en el panel solar para asegurar el bulón después de la liberación. El mecanismo de despliegue está dirigido por muelles con un pasador en una posición desplegada e incluye un sensor que detecta el inicio y final del despliegue.

Se fabricó un modelo EQM (Modelo de Calificación de Ingeniería) del sistema para validar la solución. La aprobación del EQM se llevó a cabo satisfactoriamente y se probó esta solución teniendo en cuenta las exigencias y condiciones operativas y de diseño de la nave espacial y las características específicas del grupo de paneles solares.

HDRM + MECANISMO DE DESPLIEGUE

Los dispositivos REACT de ARQUIMEA son Mecanismos de Retención y Liberación (HDRM) de bajo impacto cuya función es sujetar con firmeza una carga útil durante su transporte o lanzamiento para después liberarla mediante activación eléctrica. El REACT pone en marcha un mecanismo de activación sobrante con dos opciones de motorización distintas basadas en Aleaciones de Memoria de Forma (SMA, por sus siglas en inglés) que cubren amplios rangos de temperatura de accionamiento y proporcionan la capacidad de reprogramación manual in situ al usuario final. 

Se utilizan una copa cónica y un sujetabulones para integrar el REACT a la nave espacial, mantener el panel solar replegado y sujetar el bulón principal después de la liberación para evitar así cualquier daño en la estructura.

El mecanismo de despliegue de ARQUIMEA se basa en bisagras motorizadas con muelles diseñadas para efectuar la apertura de rotación de un panel solar o cualquier otra estructura desplegable desde la plataforma. Las bisagras llevan a cabo un movimiento suave del panel solar, que garantiza los márgenes de seguridad y evita efectos de retorno. Una vez abierto, el dispositivo sujeta el panel fijado en una posición de 90º. Cada bisagra contiene un interruptor mecánico que controla el despliegue adecuado de la estructura.

Solución HDRM + DEM (Modelo Digital de Elevación) ARQUIMEA para el µHETsa de Sitael

El mecanismo de despliegue y el HDRM pueden utilizarse juntos o separados y las aplicaciones típicas incluyen los grupos de paneles solares, antenas, mástiles y brazos, reflectores, cubiertas, instrumental científico, mecanismos de cierre, grandes estructuras, pestillos de lanzamiento para cardanes, propulsores, separación de etapas, mecanismos de jaula, etc.

RESULTADOS

El EQM del sistema completará las pruebas ambientales en el Laboratorio de Calificación Espacial del Centro de Investigación Aeroespacial italiano, donde se expondrá a ensayos de vibración mecánica que simulen la violencia del lanzamiento de un cohete, así como a temperaturas extremas y a vacío que simulen un entorno orbital cercano a la Tierra. Estos ensayos tendrán lugar en mayo de 2020. 

El HDRM + DEM de ARQUIMEA demostró ser la solución adecuada para el despliegue de los grupos de paneles solares. La liberación y despliegue seguros de los paneles es crucial para garantizar el éxito de la misión.

«Con ELSA+ estamos adentrándonos en un concepto totalmente nuevo en las telecomunicaciones por satélite; este es solo un punto de partida y una referencia para futuras misiones, estamos evolucionando constantemente esta tecnología» señaló Fernando Varela, Responsable de Airbus Space Systems en España. ELSA+ de Airbus (Antena + Orientable Electrónicamente) es una antena activa multihaz pionera para las comunicaciones comerciales por satélite con versatilidad en el desempeño del ancho de banda Ku y con ocho haces independientes reconfigurables. Además, estas funciones pueden aplicarse de forma independiente o simultánea en cada haz con la posibilidad de conmutación a varias decenas de diferentes configuraciones predefinidas por haz, también llamado salto de haz.

El proyecto QUANTUM consistió en la actualización de algunas funcionalidades del ASIC digital ARQ-RSB01, diseñado por ARQUIMEA en el marco del proyecto REDSAT para la primera antena activa ELSA, manteniendo la versatilidad de configuración con la función añadida de salto de haz. El nuevo ASIC digital ARQ-RSB02, en combinación con su compañero, el ASIC analógico ARQ-RSA02, permite controlar y gestionar los subsistemas de RF (radiofrecuencia) de la antena de matriz en fase activa ELSA+ y posibilitar un salto de haz rápido como parte del diseño del ARQ-RSB02.

El ARQ-RSB02 es un dispositivo CMOS completo diseñado por ARQUIMEA a partir de la biblioteca de celdas estándar resistente a la radiación DARE180 perteneciente al centro universitario IMEC y basado en la tecnología de 180nm de UMC. La función de salto de haz se aplica con una memoria distribuida resistente a la radiación para almacenar coeficientes de la antena (atenuación y desplazamiento de fase), junto con la información de los tiempos que indica cuánto tiempo se aplicará cada conjunto de coeficientes.

Una cadena de suministro coordinada por ARQUIMEA y compuesta por el IMEC para el soporte o back-end digital y los servicios de fundición, Fraunhofer IMS para el sondeo de obleas y acondicionamiento de los dados y HIREX para los ensayos de calificación, dio lugar a la producción de miles de dados calificados para su integración en un módulo de chips múltiples ensamblado por INDRA.

RETO

La mejora del rendimiento necesaria para el ARQ-RSB02 supuso nuevos retos de diseño en términos de resistencia a la radiación, especialmente en lo que respecta a la SRAM integrada. Para alcanzar las cifras de fiabilidad solicitadas por el cliente, fue necesario realizar un profundo análisis de la fiabilidad y la resistencia a la radiación, completado con técnicas de mitigación adecuadas (Detección y Corrección de Errores [EDAC, por sus siglas en inglés], reconfiguración periódica o scrubbing, etc.), así como ensayos exhaustivos de validación.

La compatibilidad del nuevo ASIC con su predecesor, manteniendo el ajuste, la forma y la función (FFF, por sus siglas en inglés), fue también un gran condicionante para la fase de definición de requisitos y diseño.

SOLUCIÓN

Cualquier diseño de ASIC o desarrollo de microelectrónica más general, incluso los que son actualizaciones de versiones de vuelo probadas, debe seguir una metodología estricta para garantizar el éxito del proyecto y el cumplimiento de los requisitos del cliente y del espacio. La implantación de la función de salto de haz en la nueva versión del ASIC digital conllevó un análisis de viabilidad, la enumeración de los riesgos asociados y las mitigaciones correspondientes. Estas se basan en la propia experiencia de ARQUIMEA y en los datos disponibles de sus socios. En la fase inicial del proyecto, la SRAM se consideró crítica debido a la sensibilidad relativa frente a la radiación y a los elevados requisitos en cuanto a la tasa de error. El diseño se basó en la realización de las técnicas de mitigación de la radiación adecuadas, basadas en los informes y directrices disponibles sobre radiación. Esto permitió definir el mejor diseño y los métodos de ensayo correspondientes para garantizar las cifras de fiabilidad previstas.

DISEÑO

El ASIC digital está diseñado para funcionar en cadena tipo margarita configurable con su compañero, el ASIC ARS-RSA02 analógico. Se puede configurar en dos modos para ofrecer:

• Control de antena activa
• 32 posiciones de memoria (SRAM) para aplicar la función de salto de haz
• Lectura de telemetrías de corriente y voltaje de los elementos activos de la antena
• Control de la entrada o salida digital para la configuración de los MMIC (circuitos integrados monolíticos de microondas) de RF de la antena activa
• Canales nominales y redundantes.

El conjunto de ASIC adquiridos en forma de dado según la norma ESCC-Q-ST-60-05C para circuitos híbridos se ensambló en un módulo MCCM.

IMPLEMENTACIÓN Y ACEPTACIÓN

La fabricación de las obleas se llevó a cabo mediante el método de máscara completa conforme a la tecnología 180L de UMC. El Ensayo de Aceptación en la Oblea (WAT, por sus siglas en inglés), que incluye el Microscopio Electrónico de Barrido, la Clasificación Eléctrica de los Dados, el corte en dados y la inspección visual de estos basada en la norma MIL-STD-883 TM2010, permitió la selección de los Modelos de Vuelo.

En paralelo, la empresa de ensayos subcontratada realizó una Prueba de Aceptación del Lote por parte del usuario (user-LAT, por sus siglas en inglés) o una calificación del dado y del proceso de montaje asociado para garantizar que el margen de defectos fuera aceptable y validar las cifras de fiabilidad definidas por el cliente. Se obtuvieron mediante la caracterización de la radiación y los ensayos de resistencia, ambientales y mecánicos.

RESULTADOS

Tanto la caracterización de la radiación como la calificación fueron un éxito. Se seleccionaron miles de modelos de vuelo del ensayo WAT y se entregaron al cliente.

En 2020, Airbus solicitó un nuevo lote que incluía los ASIC digitales y analógicos para un nuevo satélite de comunicaciones.

ESAIL es un Proyecto de Colaboración de la ESA con la operadora canadiense exactEarth, construido por LuxSpace (una empresa OHB) junto con la Agencia Espacial de Luxemburgo (LSA) para mejorar la próxima generación de servicios basados en satélites en el sector marítimo.

ESAIL es el primer microsatélite comercial (110 kg de masa) desarrollado por el programa SAT-AIS de la ESA para el seguimiento de embarcaciones. Una vez lanzado, el satélite realizará el seguimiento del tráfico de los buques mediante la detección de sus mensajes del Sistema de Identificación Automática (AIS, por sus siglas en inglés) por todo el mundo mientras orbita el planeta. El uso de datos AIS por satélite permitirá numerosas aplicaciones, como la vigilancia de la pesca, la gestión de las flotas, la protección medioambiental y la supervisión de la seguridad en la industria marítima y de las autoridades estatales de este sector.

La plataforma ESAIL tiene dos grupos de paneles solares en cada ala fabricados de panel de aluminio tipo colmena, comúnmente conocido como sándwich. Pesan poco, pero la rigidez y la fuerza están aseguradas, así como una mejor capacidad de despliegue. Estos paneles están replegados durante el lanzamiento y, una vez en órbita, se despliegan completamente con la ayuda de mecanismos de liberación y despliegue.

En septiembre de 2020, ESAIL despegó con éxito a bordo de la lanzadera Vega desde el puerto espacial de la Guayana Francesa.

Por otro lado, LuxSpace está desarrollando asimismo una plataforma modular multiusos llamada Triton-X, que se basará en los antecedentes de fabricación y pruebas obtenidos de la fabricación de ESAIL y utilizará componentes disponibles al estilo New Space para entregar un satélite completamente desarrollado.

RETO

El equipo de ESAIL priorizó el uso de tecnología europea para los Mecanismos de Retención y Liberación instalados en los paneles solares. Asimismo, el uso de HDRM con campos reprogramables era la preferencia a efectos operativos, para ahorrar tiempo y costes durante las pruebas de validación a nivel de sistema.

Por último, como la plataforma de ESAIL se utilizará como punto de partida para la futura plataforma modular Triton-X, los HDRM tenían que ser productos estándar, asequibles y contar con un plazo de producción corto.

SOLUCIÓN

ARQUIMEA implantó una solución consistente en cuatro dispositivos por grupo de paneles solares, por lo que se suministró a LuxSpace un total de ocho Modelos de Vuelo más una unidad de repuesto.

La solución del HDRM se basa en el Actuador de Retención y Liberación propio de ARQUIMEA llamado REACT. Más concretamente, se propuso el rango de temperatura de funcionamiento estándar del dispositivo REACT v2 5KN

Se fabricaron y entregaron un total de seis Modelos Estructurales y dos Modelos de Ingeniería para validar la solución antes de la entrega del Modelo de Vuelo. Los ensayos mecánicos y de vacío térmico para la aceptación de los Modelos de Ingeniería se llevó a cabo a nivel de nave espacial. 

Se validaron y probaron los HDRM teniendo en cuenta las exigencias de diseño y funcionamiento de la nave espacial y las características específicas de los grupos de paneles solares. Se entregaron los ocho Modelos de Vuelo a LuxSpace en septiembre de 2018.

REACT

Los dispositivos REACT de ARQUIMEA son Mecanismos de Retención y Liberación (HDRM) de bajo impacto cuya función es sujetar con firmeza una carga útil durante su transporte o lanzamiento para después liberarla mediante activación eléctrica. El REACT pone en marcha un mecanismo de activación sobrante con dos opciones de motorización distintas basadas en Aleaciones de Memoria de Forma que cubren amplios rangos de temperatura de accionamiento y proporcionan la capacidad de reprogramación manual al usuario final.

Familia REACT de ARQUIMEA

Las aplicaciones típicas de REACT incluyen los grupos de paneles solares, antenas, mástiles y brazos, reflectores, cubiertas, instrumental científico, mecanismos de cierre, grandes estructuras, pestillos de lanzamiento para cardanes, propulsores, separación de etapas, mecanismos de jaula, etc.

RESULTADOS

El satélite completó las pruebas ambientales en el Centro Espacial de Liège, en Bélgica, donde fue expuesto a ensayos de vibración mecánica que simulaban la violencia del despegue de un cohete, así como a temperaturas extremas y a vacío que simulan un entorno orbital cercano a la Tierra. Los módulos solares se desplegaron con éxito, lo que confirmó el rendimiento de liberación de los mecanismos después de las duras pruebas mecánicas y de vacío térmico. 

El REACT de ARQUIMEA demostró ser la solución óptima para una operación tan crítica como la liberación y el despliegue del grupo de paneles solares del satélite.

El lanzamiento del ESAIL tuvo que posponerse varias veces por motivos técnicos, climatología adversa y por el COVID-19. Finalmente, el satélite despegó en septiembre de 2020 y los REACT liberaron satisfactoriamente los paneles solares. Actualmente, el satélite está funcionando según lo previsto.