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el Grupo de Microondas y Electromagnetismo Computacional Aplicado de la UA

Un equipo de la UA trabaja en un sistema para que satélites como los de Starlink manejen más potencia

29/07/2020 - 

ALICANTE. Del Internet de las Cosas (IoT) al Internet del Espacio (IoS). En los últimos años y, especialmente, proyectos como los de Space X, de Elon Musk y, en especial, Starlink, que quiere crear para una "constelación de satélites de internet" para llevar este servicio de banda ancha a escala y cobertura mundial, se está convirtiendo en un hecho. Este tipo de satélites, que cada vez tendrán más usos, requiere, a su vez de más capacidad y velocidad para funcionar. Lo que se traduce en la necesidad de una mayor potencia para llevar a cabo sus funciones. Y, precisamente en eso, en aumentar la potencia de este tipo de satélites -sin peligros- trabaja en estos momentos el Grupo de Microondas y Electromagnetismo Computacional Aplicado (Gmeca), de la Universidad de Alicante (UA). Trabajan en un método para que pueda aumentar esa potencia evitando, a su vez problemas con los efectos corona. Este fenómeno eléctrico, que se produce por la ionización del gas que rodea a un elemento conductor cargado, puede inutilizar y dejar inservibles los satélites. El mismo efecto inutilizador, pero que se produce en condiciones de presión atmosférica cero (en el espacio) es el efecto multipactor, algo que también tratan de evitar en el grupo Gmeca de la UA. Así lo explica su coordinador, Stephan Marini, hablando de la labor en el "Modelado avanzado y caracterización de nuevos componentes de alta frecuencia en guía de onda y tecnología planar para las aplicaciones espaciales emergentes". Marini, además, ha trabajado y sigue en relación con otro equipo de la UMH que lideraba el proyecto anterior a este.

Desde hace algo más de un año, este equipo trabaja en este tipo de soluciones y, desde el 1 de junio de 2020 lo hace, además, financiados por un proyecto de la convocatoria Retos I+D+i del Ministerio de Ciencia e Innovación. Este impulso será por tres años y es la primera vez que Gmeca dirige uno de estos planes. No obstante, el proyecto financiado por el Gobierno forma parte de otro plan que coordina, a nivel global el catedrático de la UPV, Vicente Boria. De este trabajo marco salen cuatro ramas. Una de ellas, la del grupo de la UA junto a la UMH. Otro proyecto lo coordina la UPV y otro la Politécnica de Cartagena.

El equipo de Stephan Marini se encarga, de forma específica, de la parte en que los nuevos dispositivos espaciales emergentes (como los satélites de Starlink) puedan tener un manejo de potencia más alto evitando los temidos efectos corona y multipactor. El grupo de Microondas y Electromagnetismo Computacional Aplicado de la UA es un equipo joven, que nació hace unos cuatro años en la Universidad de Alicante y que al principio solo contaba con la labor de Marini. Ahora son cuatro profesores trabajando, bien a tiempo completo o bien a tiempo parcial, con un doctorando y alumnado de máster y grado. 

El grupo suele trabajar con elementos vía satélite, con frecuencia microondas y con ondas milimétricas. Se dedican, sobre todo, a trabajos en parte guiada - con dispositivos pasivos- aunque en este momento también trabajan con parte radiada - antenas-. Dentro de la parte guiada elaboran software propio y hacen diseño de computación electromagnética. En estos momentos también empiezan a fabricar sus propios materiales, aunque, debido a que el grupo es incipiente, se apoyan en otros equipos más grandes para llevar a cabo sus trabajos. También externalizan la fabricación. La financiación es crucial para el desarrollo de sus trabajos.  

Con el proyecto financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación están desarrollando un software para simular dónde se sitúan los puntos críticos de los componentes para los satélites y atacar esas debilidades. De hecho, están consiguiendo poder aumentar la potencia de estos dispositivos espaciales. En concreto, tienen un prototipo de filtro que han diseñado y que será testado a partir de septiembre en el laboratorio del Consorcio Espacial Valenciano – Val Space Consortium- (VSC)

Se trata de un filtro en tecnología planar microstrip que trabaja a 1.6 GHz  (la banda de los satélites de la aplicación Galileo). A este elemento le han añadido unas cubiertas de material dieléctrico para rebajar la intensidad del campo eléctrico y poder manejar así  más potencia. Los diseños podrían duplicar e incluso superar esa capacidad y ahora tratan de validarlo. Las pruebas en el Consorcio Espacial Valenciano pasarán por una cámara donde se imitan las condiciones espaciales y se "bombardea" a los dispositivos con electrones y lo que imitaría a la radiación solar sin protección atmosférica. Ahí verificarán el trabajo contra el efecto corona. 

Además también están probando este tipo de trabajo para controlar el efecto corona con otras tecnologías, con ondas a partir de 20 GHz. Es una labor en un espectro saturado a frecuencias más altas y donde ya están obteniendo resultados prometedores. Este estudio lo probarán en Alemania cuando esté listo. "El objetivo es conseguir más potencia en los dispositivos y mejores conexiones". Marini, en concreto, lleva más de 15 años trabajando en este tipo de tecnología, primero con la UPV, después tres años en la UMH y ahora en la UA. En enero de 2021 participarán en una conferencia en Holanda par acontar los avances de esta tecnología que esperan ver aplicada gracias a los avances que investigan y hacen prácticos. 

En la imagen de la izquierda, según explica Marini, se indica dónde se produce una magnificación del número de electrones (alta densidad de campo y corriente eléctrica), es decir los puntos débiles donde se produce el efecto de descarga corona. En la imagen de la derecha se representan las curvas de Paschen a 1.6 GHz y a 1.56 GHz, en escala logarítmica, es decir los umbrales de potencia en función de la presión a partir del cual habrá descarga de Corona. Al introducir las cubiertas que idea el grupo de la UA, los umbrales de potencia son muchos más altos, es decir el dispositivo soporta mucha más potencia. En el último resonador, estas cubiertas pueden no ponerse, porque las simulaciones dicen que es el que menos "resonancia" u intensificación de campo eléctrico, produce.

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