En el presente artículo, Javier Rodríguez González (Departamento de Programas Aeroespaciales de CDTI), realiza una exposición sobre el proyecto PERASPERA 2020 y una revisión del futuro de la robótica espacial.
¿Qué es PERASPERA H2020?
PERASPERA es una actividad de la Comisión Europea (CE) creada para impulsar las tecnologías robóticas espaciales. La CE ha identificado la robótica espacial como una de las áreas claves para aumentar la competitividad del sector espacial y mejorar su posición de liderazgo respecto a las demás potencias espaciales.
PERASPERA tiene como meta crear y demostrar, dentro del marco temporal 2020-2030, las tecnologías claves y las capacidades necesarias para consolidar la madurez tecnológica de la robótica espacial. El objetivo final sería probar estas tecnologías en dos demostradores para el 2025: un demostrador para exploración planetaria (PAD), y otro para servicios orbitales (IOD). Con estos demostradores se busca verificar que las tecnologías robóticas desarrolladas están listas para misiones a gran escala. Además se pretende conseguir una importante mejora en la competitividad del sector, afianzando así la posición de Europa como una de las principales potencias en robótica espacial.
Esta nueva línea de trabajo para la robótica espacial, enmarcada en el H2020, ofrece la oportunidad única de llevar a cabo un programa de investigación de gran impacto y alta consistencia con los programas de robótica espacial europea ya existentes (tanto en agencias nacionales europeas como en los organismos internacionales). Con ese fin, desde PERASPERA se está haciendo especial hincapié en la complementariedad y coordinación con dichos programas.
¿Cómo se ve desde PERASPERA el futuro de la robótica espacial?
Actualmente, la robótica es ya un factor fundamental tanto para la exploración planetaria como para las operaciones de servicios orbitales. Aun así, con la actuación en H2020 se pretende que Europa genere todavía un mayor avance en estas dos áreas a partir de los desarrollos estratégicos en robótica espacial.
Por un lado, durante las próximas décadas, la robótica de exploración debería ser capaz de alcanzar un nivel tal que nos posibilite la futura colonización de Marte. De hecho, la robótica va a desempeñar un papel clave, no solo en la exploración científica de este planeta, sino también en la preparación de la llegada del hombre a Marte. Adicionalmente, la Agencia Espacial Europea (ESA) está centrando recientemente sus intereses de exploración en la Luna, lo cual devendría en el retorno del hombre a la Luna, así como una posible colonización y la explotación de sus recursos.
Por otra parte, en el campo de la robótica orbital, para estar preparados para las futuras demandas, es necesario empezar a pensar en nuevos conceptos de robótica que permitan un incremento en la explotación satelital, especialmente en la órbita GEO. Este desarrollo deberá generar un mejor aprovechamiento de las capacidades de los satélites, así como un aumento de su vida útil ofreciendo nuevas posibilidades de reparación, actualización y mejora en órbita de los mismos.
¿Cuáles son las tecnologías estratégicas a mejorar?
Desde PERASPERA, durante la primera fase, hemos centrado la mejora de la robótica espacial en tres objetivos concretos relacionados con la estandarización. El primero, identificar los elementos claves de los sistemas robóticos, comunes tanto a los desarrollos robóticos orbitales como a los de exploración planetaria. El segundo definir los facilitadores tecnológicos que resulten claves para los futuros avances de la robótica espacial. El tercero, estandarizar estos módulos comunes que componen un sistema robótico.
Con esta estrategia de normalización se pretende optimizar los diseños y facilitar la reutilización de módulos de un desarrollo a otro. Esto generaría una reducción del esfuerzo necesario, así como un aumento de la fiabilidad del sistema. Esta estandarización permitiría conseguir una evolución semejante a la que generó el boom de la robótica industrial. La estandarización y modularización de los sistemas robóticos facilitaría el mantenimiento de los satélites, permitiendo, además, el desarrollo de sistemas que aumenten su vida útil. Por tanto estaríamos incrementando considerablemente el uso potencial de la robótica en el espacio.
Mediante esta ampliación de la vida útil de los satélites potenciaríamos la viabilidad las operaciones de servicios orbitales, ya que serían más atractivas desde el punto de vista de su coste. Además, no solo se podrían llevar a cabo las acciones necesarias para mantener el satélite en perfectas condiciones, sino que también se podría aumentar la eficiencia de los satélites mediante operaciones de actualización y mejora.
En una segunda fase de PERASPERA el objetivo sería que, una vez queden definidos los módulos fundamentales y desarrollados los facilitadores tecnológicos, estas tecnologías se puedan aplicar en desarrollos en el campo de la exploración planetaria y en el campo de los servicios.
¿Cuáles son los desarrollos claves de la robótica de exploración planetaria?
Respecto a la exploración planetaria debemos señalar que las misiones suelen implicar un vehículo robótico para alcanzar los objetivos de exploración y para realizar los experimentos científicos propuestos para la misión. Aunque las misiones que se están planteando actualmente presentan una creciente dificultad tecnológica y altos riesgos, todavía estamos muy lejos de las expectativas de la comunidad científica, que encuentra las misiones actuales muy limitadas en sus objetivos. Tomando como ejemplo la exploración de Marte tenemos, por un lado, que las misiones tienen que aterrizar en las zonas más accesibles de Marte; y por otro lado, que las distancias que pueden recorrer los rovers en la superficie de Marte son todavía muy pequeñas (poco más de 30m al día para el rover Curiosity de la misión MSL, unos 400m al mes). Por lo tanto, los objetivos científicos tienen que estar muy cerca de las zonas de aterrizaje y en terrenos accesibles por el rover. Para poder cumplir las expectativas de la comunidad científica en los próximos años debemos de ser capaces de desarrollar sistemas robóticos que permitan aumentar considerablemente la autonomía y capacidades de exploración de las misiones.
Por los motivos que se acaban de señalar, las líneas de investigación que resultarían más interesantes para el demostrador de exploración planetaria serían aquellas que permitirán superar estas limitaciones. Es decir, sería importante tratar de desarrollar un rover altamente autónomo, con unas capacidades de navegación y auto-localización muy eficientes, que le permitan recorrer distancias de más de 1Km sobre las distintas superficies de Marte sin necesidad de recibir información desde la tierra. Además, el rover deberá poder identificar durante este recorrido, de forma autónoma, las zonas de interés científico, tomar y analizar las muestras necesarias y ser capaz de volver a la estación base. Es en esa dirección, fundamentalmente, en la que deberían ir encaminados nuestros esfuerzos de desarrollos futuros sobre la exploración planetaria.
¿Cuáles son los desarrollos claves en robótica de servicios orbitales?
El segundo campo a considerar es el mantenimiento de satélites, donde la robótica representa también un papel fundamental, proporcionando las tecnologías necesarias para las principales tareas de servicios orbitales como: modificaciones de orbita, tareas de inspección, despliegue, manipulación y ensamblaje en órbita, reparación de satélites, y repostaje.
Para ser capaces de conseguir que estas operaciones de mantenimiento sean viables y eficientes no hay que fijarse solamente en los satélites encargados de realizar el mantenimiento y sus sistemas robóticos, sino también en el satélite que va a recibir el servicio y sus capacidades de aceptar dicha operación. Actualmente, los satélites se construyen sin pensar en qué pasará cuando acabe su vida útil, por lo que el diseño de los satélites no está especialmente preparado para las operaciones de mantenimiento, reparación o actualización.
Para poder realizar un mejor aprovechamiento del espacio en un futuro próximo debemos empezar a cambiar el enfoque y pensar no solo en las necesidades actuales de los satélites, sino también en qué pasará durante toda la operación: su mantenimiento, reparaciones, posibles actualizaciones y traslado a la órbita cementerio
Para conseguir estos objetivos se requerirá de interfaces bien definidas y rigurosamente controladas desde una fase inicial del desarrollo. Por tanto, es necesario empezar a estandarizar dichas interfaces, los procesos que faciliten los servicios orbitales y la forma de interaccionar entre satélites. Las tecnologías que se deben potenciar para conseguir estos objetivos son la autonomía a bordo, el aumento de la flexibilidad de los satélites, la definición de las interfaces de interacción, y en general la mejora y estandarización en las capacidades de aceptar servicios orbitales.
Con este enfoque, las tecnologías idóneas para el demostrador del área de robótica orbital podría consistir en un satélite de servicios orbitales, modular y reconfigurable. Este satélite tiene que ser capaz de realizar operaciones de acercamiento y acoplamiento con satélites no cooperativos. Además deberá interaccionar con ellos, al menos mediante un brazo robótico, realizando operaciones de cambio y configuración de módulos o instrumentos del satélite que empleen interfaces estandarizadas.
Visión de futuro
Las capacidades de avance en la robótica espacial son cada día mayores y, aunque la difusión todavía no es comparable a la del entorno terrestre, el aprovechamiento de la robótica va a ser una pieza clave para los siguientes pasos de la explotación del espacio. Por lo que resulta necesario realizar una re-evolución del sector para que pueda hacer frente, de forma eficiente, al papel de relevancia que tendrá en las futuras décadas de desarrollos espaciales.
Por Javier Rodríguez González. Departamento de Programas Aeroespaciales
CDTI (Centro para el Desarrollo Tecnológico Industrial)
