Magia negra. Eso es lo que los ingenieros de radiofrecuencia llaman las fuerzas misteriosas que guían las comunicaciones por aire. Estas fuerzas involucran física compleja y son bastante difíciles de dominar en la Tierra. Solo se vuelven más desconcertantes cuando estás transmitiendo señales al espacio.

Hasta ahora, la forma elegida para lanzar esta "magia" ha sido el plato parabólico. Cuanto más grande es el plato de la antena, mejor será para "captar" o transmitir señales desde lejos.

Pero los CubeSats están cambiando eso. Estas naves espaciales están destinadas a ser ligeras, Barato y extremadamente pequeño:la mayoría no son mucho más grandes que una caja de cereal. Repentinamente, Los diseñadores de antenas tienen que empaquetar su "magia negra" en un dispositivo donde no hay espacio para un plato, y mucho menos mucho más.

"Es como sacar un conejo de un sombrero, "dijo Nacer Chahat, un especialista en diseño de antenas en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, Pasadena, California. "Reducir el tamaño del radar es un desafío para la NASA. Como ingenieros espaciales, normalmente tenemos mucho volumen, por lo que la construcción de antenas empaquetadas en un volumen pequeño no es algo para lo que estemos capacitados ".

Desafío aceptado.

Chahat y su equipo han superado los límites de los diseños de antenas, y recientemente trabajé con un equipo de CubeSat en la antena para Radar In a CubeSat (RainCube), una misión de demostración de tecnología programada para su lanzamiento en 2018. La antena distintiva de RainCube se parece un poco a un paraguas metido en una caja de sorpresas; cuando está abierto, sus nervaduras se extienden fuera de un recipiente y forman una malla dorada.

Como sugiere su nombre, RainCube utilizará un radar para medir la lluvia y la nieve. Los CubeSat se miden en incrementos de 1U (una unidad CubeSat, o 1U, es aproximadamente equivalente a una caja cúbica de 4 pulgadas, o 10x10x10 centímetros cúbicos). La antena RainCube tiene que ser lo suficientemente pequeña como para meterla en un contenedor de 1,5U. Piense en ello como una antena en una lata, sin espacio libre para nada más.

"Grande, Las antenas desplegables que se pueden guardar en un pequeño volumen son una tecnología clave para las misiones de radar. "dijo Eva Peral de JPL, investigador principal de RainCube. "Abren un nuevo campo de posibilidades para el avance de la ciencia y aplicaciones únicas".

Para mantener su tamaño relativamente pequeño, la antena se basa en la alta frecuencia, Longitud de onda de la banda Ka, algo que todavía es poco común para los CubeSats de la NASA, pero es ideal para RainCube. Pero la banda Ka tiene otros usos además del radar. Permite un aumento exponencial en la transferencia de datos a largas distancias, convirtiéndola en la herramienta perfecta para las telecomunicaciones.

La banda Ka permite velocidades de datos aproximadamente 16 veces más altas que la banda X, el estándar actual en la mayoría de las naves espaciales de la NASA.

En ese sentido, El desarrollo de la antena de RainCube puede probar el uso de CubeSats de manera más general. Si bien la mayoría se ha limitado a estudios simples en órbita cercana a la Tierra, la tecnología adecuada podría permitir su uso en lugares tan lejanos como Marte o más allá. Eso podría abrir CubeSats a una amplia gama de misiones futuras.

"Para permitir el siguiente paso en la evolución de CubeSat, necesitas este tipo de tecnología, "dijo Jonathan Sauder de JPL, ingeniero mecánico líder para la antena RainCube.

Chahat fue incorporado al equipo de RainCube después de trabajar en otro diseño innovador de antena. La misión MarCO (Mars Cube One) consiste en un par de Cubesats que se ha propuesto volar en 2018 con el módulo de aterrizaje InSight de la NASA. que mediría la tectónica del planeta rojo por primera vez. Mientras InSight está aterrizando, los dos CubeSats de MarCO transmitirían información sobre el aterrizaje de regreso a la Tierra. Al igual que RainCube, MarCO es principalmente una demostración de tecnología; probaría cómo las misiones futuras podrían usar CubeSats para llevar relés de comunicación con ellos, permitiendo a los investigadores saber lo que está sucediendo en el terreno mucho más rápido.

El diseño de MarCO no se parece en nada a una antena típica. En lugar de un plato redondo, hay tres paneles planos salpicados de material reflectante. La forma y el tamaño de estos puntos forman anillos concéntricos que imitan la curva de un plato. Como lo haría un plato, este patrón de mosaico de puntos enfoca la señal irradiada desde la alimentación de la antena hacia la Tierra.

"Nuevas tecnologías como estas permiten a la NASA y al JPL hacer más con menos, "dijo John Baker de JPL, gerente de programa para MarCO. "Queremos que sea posible explorar cualquier lugar del sistema solar que queramos".

Tanto RainCube como MarCO destacan soluciones creativas para los límites de tamaño de CubeSats. El próximo truco para Chahat y sus colegas será combinar esos diseños en una antena aún más grande:un reflectarray de 3.3 pies por 3.3 pies (1 metro por 1 metro) y compuesto por 15 paneles planos. Estos paneles segmentados se desplegarían como la superficie plana de MarCo, mientras que la alimentación de la antena saldría telescópica como la antena de RainCube. Esta antena se llamaría OMERA, abreviatura de One Meter Reflectarray.

"Si podemos ampliar la tecnología a un metro de tamaño, la antena OMERA empujará los límites de lo que prácticamente se puede volar hoy en un CubeSat, "dijo Tom Cwik, gerente de tecnología espacial en JPL.

Se espera que un prototipo del OMERA CubeSat esté listo para marzo de 2017.

"La matriz más grande de OMERA producirá una mayor ganancia para aplicaciones de telecomunicaciones, o producirá anchos de haz más estrechos para las necesidades de las ciencias de la Tierra, "Dijo Chahat. Eso significa que podríamos aventurarnos aún más en el espacio profundo y tendremos radares aún más potentes y precisos".