CatSat, el proyecto mexicano que está diseñando el primer psicosatélite para que sea programado por niños

Así en frío, probablemente no se nos ocurran muchas cosas que hacer con una lata de refresco que acabamos de terminar de beber más allá de estrujarla y tirarla al cubo de reciclaje. La próxima vez, ¿por qué no convertirla en un satélite-lata y lanzar nuestra propia simulación de misión espacial? Al fin y al cabo, el diseño de picosatélites ha pasado a ser cosa de niños.

Esa es precisamente la propuesta de Electronic Cats, una joven empresa mexicana dedicada al desarrollo de software libre y open source para el movimiento maker en el país, fue creada “como alternativa local para abaratar los precios de importar tecnología desde fuera”, explica Sergio Sabas, uno de los cuatro fundadores.

Así empezaron con las primeras tarjetas y kits, los picosatélites y la simulación de misiones espaciales llegaron hace un par de años de la mano de otro de sus compañeros, Felipe Varela, que durante su paso por la Agencia Espacial Mexicana había entrado en contacto con las iniciativas CanSat, en las que el reto es integrar una simulación de un satélite real en el volumen del tamaño de una lata de refresco de 350 mililitros.

"La gente piensa que una misión espacial es ir al espacio cuando en realidad el 70% de una misión espacial se realiza en tierra”.

El objetivo inicial de la empresa mexicana fue enfocarlo a chavales de unos 16 años, y que fuera un kit con el que ya no tienes que comprar nada más, simplemente montarlo y programarlo. Después, alrededor del kit CatSat, empezaron a crear toda la metodología sobre las misiones espaciales y, ahora, su pequeña wiki "es el mayor compendio en español de cómo crear una misión espacial como esta: planificación, simulación lanzamiento y recuperación", apunta Sabas.

“El nuevo CatSat Zero es como una vuelta a los inicios. Es más pequeño, con mucha más memoria para cargar más información, abriendo la posibilidad de incluir más variedad de lenguajes de programación desde Arduino, MakeCode, Circuit Python,… Hemos creado tres módulos para programación por bloques: uno para GPS, otro para medir la calidad del aire y un último para la temperatura, humedad y presión atmosférica".

Dos de ellos ya están disponibles en la versión oficial de MakeCode de Microsoft y en la versión 3.0 que tienen prevista pueda estar disponible al público este mismo mes de febrero, y la estación terrena será programable con Scratch, apunta Sabas.

"Trabajamos por hacer cada vez más accesible el manual, pero al final, es cuestión de ganas. Con CatSat 1 tenemos casos de docentes que no sabían de programación o electrónica y lo han hecho. Está el manual, nuestros software y, por supuesto, los tutoriales en Youtube".

Entre otras simplificaciones, en el revisado modelo —cuya fase Beta ha concluido y ya está siendo testado entre escolares— se utiliza MicroPython (lenguaje similar a Python pero para sistemas embebidos) y se concibe una estación terrena más pequeña y básica que se instala a través del ‘Catwan’, un dispositivo USB con el que simplemente hay que arrastrar los componentes al ordenador y comenzar a programar.

Pero sin duda, entre todas las novedades, de lo que más orgulloso se siente el equipo de Electronic Cats es del apoyo recibido por parte de Arduino con una placa oficial, la MKR1300, con la que quienquiera puede hacer su propia versión del picosatélite sin necesidad de comprar el kit adquiriéndola en cualquier punto de distribución Arduino.

La colaboración con la plataforma de programación electrónica open source sigue avanzando y este año los mexicanos colaboran dentro del programa oficial de Arduino para conmemorar los 50 años del hombre en la luna.

Encerrar la ciencia de un satélite en una lata

Esa frase tan manida de ‘el tamaño sí que importa’ es desde luego una premisa cuando de lo que hablamos es de nanotecnología. Y si no que se lo digan a Robert "Bob" Twiggs, profesor estadounidense de Astronáutica y Ciencias Espaciales, al que algunas de las pocas fuentes accesibles que documentan el fenómeno de los satélites-lata atribuyen la idea de encajar un satélite en el envase vació de una Coca Cola.

En lo que hay unanimidad es reconocer que fue él junto a a otro profesor universitario de California, Jordi Puig-Suari, quienes inventaron en los años 90 el concepto de 'CubeSat' que posteriormente se convertiría en un standard industrial para el desarrollo y uso de satélites en miniatura.

El propio Twiggs reconocía en una entrevista a Space.com que llegó a dar con este tipo de picosatélite –como se denominan los satélites de entre 100 gramos y 1 kilo de masa— de forma cúbica gracias a “una caja de muñequitos que tenia de 4 pulgadas” a la que pegó unas células solares hasta ver cuántas cabían. “Tenía suficiente voltaje para lo que necesitaba así que decidí que ese sería el tamaño”, relataba en 2010.

Es en la barrera del cambio de siglo XX cuando empiezan a desarrollarse los primeros proyectos de nanotecnología espacial por estudiantes universitarios y cuando se registran las primeras competiciones de satélites encerrados en una lata de refresco, según documenta la Agencia Espacial Europea (ESA) en su apartado dedicado a los satélites-lata.

Un proyecto CanSat ha de contar con dos elementos básicos: una batería o placas solares para asegurar el funcionamiento del sistema del satélite, un microprocesador para dar vida a los sensores programados en el dispositivo que transmitirán la información que se quiere obtener en la misión y un paracaídas para recuperar posteriormente el dispositivo.

Adicionalmente, pueden incorporar elementos que se conectarán al microprocesador enviado información al centro de control en tierra como un receptor GPS para traquear su geolocalización en tiempo real, un termómetro para medir la temperatura, un barómetro para medir la presión atmosférica o una cámara fotográfica para registrar imágenes, entre otros muchos elementos. Cada uno ellos sirve para capacitar el picosatélite a la misión en cuestión.

Los tres tipo de misiones más comunes son: telemetría (comunicación a larga distancia), rover-back (aterrizaje y desplazamiento del dispositivo) y control en el aire (decidiendo dónde caer). Y entre los objetivos de análisis más habituales se encuentran: la medición de calidad de aire, la captura de bacterias, apertura del paracaídas programada cuando el picosatélite detecta cierta densidad de aire,...

Actualmente, existe una red universal CanSat bastante activa que acoge competiciones de este tipo por todo el mundo, como las impulsadas desde la ESA, la NASA y otras agencias espaciales nacionales y universidades.

Una misión espacial DIY en cinco pasos

Un set predeterminado como CatSat Zero incluye todo lo necesario para desarrollar una misión espacial DIY (las placas electrónicas, los sensores y el globo meteorológico) en apenas dos semanas de desarrollo y cuesta unos 500 dólares. Pero desde Electronic Cats recuerdan que adquiriendo las partes por cuenta propia y con algo más de tiempo puede conseguirse por tres cuartas partes de este precio.

En el mencionado kit todos los componentes vienen sin ensamblar por lo que se necesita un cautín para soldarlos y añadir el helio necesario para el globo y permitir que el picosatélite vuele. El único componente clave que no se incluye es el paracaídas necesario para que el picosatélite descienda cuando haya acabado su misión, pero se facilitan todos los cálculos matemáticos para que lo creen por sí mismos, como parte de la diversión de este tipo de experimentos.

El establecimiento de la misión, explica Sabas, se divide en dos partes: el picosatélite y la estación terrena, esta última es la parte del dispositivo que se conecta al ordenador y recibe la variada información que envía el picosatélite durante su viaje como puede ser temperatura, humedad, geolocalización, etc.

Para la parte técnica de montaje del dispositivo, la guía disponible en GitHub detalla un paso a paso apoyado, adicionalmente, con imágenes cómo deben ser ensambladas cada una de las tarjetas que posteriormente darán vida al pequeño satélite recibiendo las órdenes que se le indiquen durante el proceso de programación.

Se instalan la batería (o placas solares si se opta por este tipo de sistema de alimentación), el globo para el lanzamiento del dispositivo y el paracaídas para el descenso.

La programación del dispositivo se ha simplificado haciendo posible que sólo haya que conectar el USB incluido en el kit y simplemente arrastrar la carpeta con el software necesario para programar el picosatélite. El código está basado en Arduino y proporcionamos orientación en cuanto a qué información debe enviar el picosatélite, cómo debe responder y cuáles son los errores comunes.

El método de lanzamiento que propone CatSat, y la más habitual, es por sonda meteorológica, es decir, se libera una globo formado por una pieza de látex de unos dos metros de diámetro que permite alcanzar un estándar de 20 o 25 kilómetros de altura –ya en la estratosfera—, aunque se ha llegado a alcanzar una altura máxima de 40-50 kilómetros, asegura Sabas.

También es posible, dependiendo del grado de complejidad que se busque en el proyecto, adherir los CanSat a un pequeño cohete (los hay que son capaces de alcanzar los 500 km/h) o con un drone que eleva el picosatélite y mediante un mecanismo preprogramado se liberará del mismo dejando al CanSat en caída libre realizando su misión.

Una vez ensamblado y en funcionamiento, está enviando la información, uno de los principales retos con los jóvenes es la visualización de los datos recibidos ya sea en lenguaje de programación por medio de gráficos, mapas o incluso Excel si no se cuenta con los conocimientos necesarios.

"Lo importante es hacer esos valores comprensibles para cualquier persona". Por ello hay que tener un panel de control --la estación terrena-- donde se recojan todos esos datos y se almacenen para posteriores análisis, por ejemplo comparándolos con valores de la simulación y la situación real.

Por último, "llega la parte más divertida aunque para muchos la más complicada: la recuperación" para ello el picosatélite cuenta con un dispositivo GPS que permite trackearlo en un mapa en todo momento.

Entre el ascenso y descenso el proceso dura cerca de hora y media, pero previamente se habrá realizado una simulación, en este caso con Predict HabHub, para que los chicos y chicas organicen de antemano la fase de recuperación, sabiendo aproximadamente dónde aterrizará, qué equipamiento personal necesitan y abordar correcciones previas.

Esta plataforma trabaja con datos de estaciones meteorológicas en todo el mundo, introduciendo las características de tu satélite como peso, día y hora de lanzamiento, lugar, predice dónde previsiblemente va a caer. Sin embargo, no siempre los dispositivos son recuperables, a veces caen en un lugar de difícil acceso o directamente en el mar.

“Del más de medio centenar de misiones emprendidas, han perdido cerca de diez dispositivos. Por eso recomendamos etiquetar los dispositivos para que si alguien lo encuentra pueda retornarlo”, aseguran desde Electronic Cats. Y que tampoco cunda una alarma social al encontrar un dispositivo como este, no olvidando el impacto medioambiental que puede generar el abandono de material tecnológico en la Tierra.

De los 10 o 15 picosatélites comprados hasta el momento de CatSat1 en distintos puntos de Latinoamérica, no se ha reportado ninguna pérdida a Electronic Cats. "La idea es que los dispositivos puedan recuperarse siempre y reutilizarse para nuevas misiones con nuevos objetivos, por eso la pila del satélite es recargable y el dispositivo cuenta con pines para que se puedan agregar sensores para nuevos experimentos y que se vaya aumentando el nivel de dificultad", explica el programador mexicano.

Hacer accesible el espacio a los más jóvenes

“Cuando a mi compañero Felipe le preguntó de pequeño la maestra que qué quería ser de mayor, él dijo que astronauta y ella le respondió que eso era imposible porque en México no había ni agencia espacial. La metodología CanSat demuestra que sí se `puede y que a su corta edad, los niños y niñas pueden soñar con llevar a cabo proyectos en la estratosfera".

Además, para Sabas una de las mayores aportaciones de la integración de este tipo de proyectos en las aulas es que "no sólo se aprender a programar sino a aplicar en un proyecto real y tangible los conocimientos que aprenden en clase de matemáticas, física, química,... Los aprendices de astronauta se dan cuenta de que si no lo aplican bien o no tienen en consideración muchas variantes externas como la geografía, climatología, el cambio climático o las propias restricciones del dispositivo --los picosatélites no orbitan, no son resistentes al agua, tienen poca resistencia al frío, entre otras restricciones-- "su dispositivo no va a funcionar o se va a estrellar".

“Que tú te adueñes de la tecnología y no la tecnología de ti”

Para el miembro de Electronic Cats, defensores del software libre y la filosofía hacker de compartir código con la comunidad, "ahora también en el ámbito de los átomos", existe un "choque" entre un sistema educativo donde se imponen los conocimientos desde arriba y se está acostumbrado a las valoraciones del 1 al 10, y la corriente maker cada vez más presente en la formación no reglada de los estudiantes pero a la vez "fuera del sistema", donde es difícil evaluar numéricamente el aprendizaje de un proyecto en común.

“Antes lo novedoso era tener un aula de ordenadores en los colegios para aprender informática, ahora es tener un espacio maker con una impresora 3D y que puedan aprender estas nuevas habilidades relacionadas con la fabricación digital para los trabajos del futuro”, concluye Sabas.