Empresas reciben apoyo para el desarrollo de tecnologías con aplicaciones espaciales

La FAPESP y la Finep financiarán 15 proyectos de investigación relacionados con instrumentos embarcados en un satélite brasileño, electrónica y óptica espacial y control de altitud y de órbita, entre otros

Por Diego Freire  |  Agência FAPESP – En los últimos años, Brasil ha avanzado a grandes pasos en el desarrollo de tecnologías de generación de imágenes aeroespaciales, al producir en territorio nacional aparatos capaces de elaborar imágenes con alta resolución hasta a 780 km de altura. Ahora, con el apoyo de la FAPESP y de la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep), científicos y emprendedores que actúan en el estado de São Paulo se preparan para realizar investigaciones que pueden ampliar aún más la capacidad aeroespacial del país.

Quince proyectos de 10 empresas –con sede en el estado de São Paulo, constituidas al menos 12 meses antes de la emisión del pliego y con plantillas de hasta 250 empleados– fueron seleccionadas en el marco la convocatoria pública del Programa PIPE/ PAPPE Subvención, una colaboración entre la FAPESP y la Financiadora de Estudios y Proyectos (Finep).

Las propuestas apuntaron a dar respuesta a desafíos tecnológicos en las áreas de instrumentos embarcados de la misión Equars, un satélite del Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe, por sus siglas en portugués) destinado al estudio de la atmósfera ecuatorial: electrónica y óptica espacial, propulsión, transpondedor digital y antena, abastecimiento de energía, integración de sistemas y control de altitud y de órbita.

Una de las empresas seleccionadas fue Opto Tecnologia Optrônica Ltda., división de productos destinados al espacio y a la defensa originariamente perteneciente al Grupo Opto Eletrônica S/A, pero adquirida recientemente por Akaer Engenharia S/A. Instalada en São Carlos, Opto desarrolla productos que combinan óptica, tecnología láser, electrónica y mecánica de precisión para aplicaciones médicas, industriales, aeroespaciales y de defensa.

Tres proyectos de la empresa quedaron seleccionados. Todos ellos tienen como objetivo la evolución de las cámaras embarcadas en satélites brasileños, que utilizan actualmente sistemas ópticos del tipo refractivo, compuestos únicamente por lentes.

“Los proyectos de Opto que contarán con financiación de la FAPESP y de la Finep apuntan a desarrollar tecnología genuinamente brasileña para atender, entre otras, las demandas del Programa Estratégico de Sistemas Espaciales (Pese) de Brasil. El apoyo al desarrollo de este tipo de tecnologías resulta de vital importancia, pues se viabiliza así una tecnología nacional que contribuye para disminuir los riesgos tecnológicos existentes en estas misiones”, dice Henrique Cunha Pazelli, responsable de una de las tres propuestas de la empresa que quedaron seleccionadas.

Pieza por pieza

Las demandas del programa espacial brasileño por cámaras de alta resolución, con un campo de visión más amplio y sensor infrarrojo de onda corta (SWIR, por sus siglas en inglés), sólo pueden contemplarse mediante el uso de sistemas ópticos de tipo reflexivo, formados por espejos, o catadióptricos, compuestos de espejos y lentes. Las imágenes del sensor SWIR permiten ver la superficie a través de una densa humareda durante un incendio, por ejemplo.

Para perfeccionar la tecnología actual con miras a obtener cámaras de mayor resolución, se hacen necesarias inversiones tendientes a mejorar los aparatos que se usan actualmente. En la punta de la tecnología para satélites de observación de la Tierra, las cámaras de alta resolución y amplia respuesta espectral se basan en sistemas ópticos reflexivos tipo three mirror anastigmat (TMA). Opto propuso entonces el proyecto intitulado “Desarrollo de un sistema óptico reflexivo tipo TMA para instrumentos generadores de imágenes orbitales”.

El nuevo sistema tendrá la capacidad de llegar a altísimas resoluciones con un campo de observación mayor y libre de interferencias. Sin embargo, para ello se hace necesario dominar diversas tecnologías, tales como la de fabricación de componentes ópticos con dimensiones considerables, ligeros y con alineamiento de sistemas reflexivos fuera de eje.

Otra innovación de Opto que contará con financiación merced a la colaboración entre la FAPESP y la Finep surgirá del proyecto intitulado “Desarrollo de un sistema de apuntamiento lateral de un espejo para generadores de imágenes ópticos de uso espacial”. Se trata de un sistema compuesto por un espejo acoplado a un mecanismo de rotación formado por un motor de pasos –tipo de motor eléctrico utilizado cuando algo debe posicionarse muy precisamente o rotarse en un ángulo exacto– y una electrónica de adquisición y de control. En el proyecto se encuentran previstos la fabricación, el montaje y las pruebas de un prototipo de ese sistema.

“La variación de la posición angular del espejo tiene por objeto aumentar la frecuencia de revisión de una determinada región mapeada de la Tierra, y permitirá observaciones repetidas de un blanco estudiado a cortos intervalos de tiempo. De esta manera, se adquieren imágenes de la misma escena desde perspectivas distintas para la extracción de datos tridimensionales de la zona observada, explica Daniel Moutin Segoria, responsable por el proyecto.

Adicionalmente, según el investigador, el sistema puede utilizarse para aumentar el tiempo de revisión de regiones de interés específico, tales como plantaciones que presentan tiempos distintos para la cosecha o incluso aquéllas que presenten algún tipo de anomalía.

De acuerdo con Moutin Segoria, el estudio de los mecanismos capaces de suministrar exactitud, repetitividad y estabilidad durante el funcionamiento del sistema debe llevarse a cabo cuidadosamente, dadas las características del ambiente en que se utilizará el equipamiento.

“Los sistemas mecánicos que se emplean en el ambiente espacial y que poseen juntas móviles tienen componentes fabricados con materiales y tratamientos superficiales específicos, de acuerdo con la aplicación que dichos componentes tendrán”, dice Moutin Segoria.

Control térmico

También a causa de la inestabilidad del ambiente, los sistemas ópticos de los instrumentos de imágenes que constituyen la carga útil de un satélite artificial pueden desalinearse, provocando la pérdida de la calidad de las imágenes que generan. Además de los desafíos de proyectar una óptica capaz de proveer buenos resultados al estar sometida a un ambiente con ausencia de gravedad, se hace también necesario desarrollar un sistema robusto que mantenga la calidad observada en los test de aceptación después de que se lo somete a los grandes niveles de vibración que se registran durante su lanzamiento al espacio.

“Frente a las dificultades de proyectar un sistema capaz de exhibir las mismas características que se observan en la Tierra, suele ocurrir que ingenieros y proyectistas ópticos adopten algún tipo de mecanismo capaz de realinear el sistema óptico después del lanzamiento del satélite al espacio, el comúnmente llamado sistema de ajuste de foco embarcado”, comenta Pazelli.

La técnica convencional de ajuste focal consiste en mecanismos basados en el motor de pasos aliados a la mecánica de precisión. Pero la utilización de este tipo de tecnología para ajustar el foco durante la misión requiere un mayor consumo de energía, alta complejidad tecnológica y un aumento de los costos de la misión.

Por eso el tercer proyecto de Opto seleccionado en la convocatoria a la presentación de propuestas –“Sistema de ajuste de foco por control de temperatura”–, apunta al desarrollo de un mecanismo de ajuste de la posición focal mediante el control térmico específico actuando sobre algún elemento del sistema óptico.

La base de este estudio es el concepto de telescopio óptico reflexivo, cuya configuración hace que la radiación electromagnética se refleje por el espejo primario y sea interceptada por el espejo secundario antes de alcanzar el foco principal. Una vez reflejada por el espejo secundario, la radiación converge hacia el foco localizado después del espejo primario.

Primeramente se construirán pruebas de concepto para testear las hipótesis sugeridas. Posteriormente será el turno de un modelo de ingeniería que integra todas las soluciones en un prototipo y permitirá la realización de análisis completos de su funcionalidad.

Puede accederse a la lista de las empresas y a sus respectivos proyectos en el siguiente enlace: fapesp.br/10643.