La propuesta
Lo que llevaría el satélite.
Una especificación propuesta para hablarla con socios y financiadores. Todas las cifras son objetivos: no hay nada construido y nada de esto está acordado con SpaceX ni con ningún proveedor.
- Tipo
- Unos 200 kg, el primero de una serie (MEPA-1). Diseñado para durar siete años o más
- Aspecto
- Cuerpo de fibra de carbono negro mate, paneles solares de azul intenso y un radiador blanco: hecho para llamar la atención y para que otros lo copien
- Órbita
- Heliosíncrona, a unos 550 km, a las 10:30 hora local: una pasada de día para la cámara de color y otra de noche para la térmica
- Cámara de color
- Telescopio multiespectral de unos 25 cm de apertura, 8 bandas del azul al infrarrojo cercano, detalle de unos 3 m y una franja de unos 25 km
- Cámara térmica
- Infrarrojo de onda larga sin refrigerar, 640 × 512 píxeles, detalle de unos 100 m y una franja de unos 60 km, de día y de noche
- Seguimiento de buques (AIS)
- Un receptor de los mensajes que emiten los transpondedores de los barcos, para saber qué barco es el que ven las cámaras y marcar como oscuro al que no emite
- Procesadores de IA
- Dos módulos de IA a bordo probados para el espacio (uno de reserva), de unos 100 billones de operaciones por segundo cada uno (INT8) y de 10 a 25 W
- Memoria y almacenamiento
- 16 GB de memoria rápida con corrección de errores por módulo y 8 TB de memoria flash, que guardan alrededor de un mes de imágenes sin procesar
- Modelos en órbita
- Modelos de visión pequeños, desde decenas de millones hasta unos 8.000 millones de parámetros (4 bits, unos 5 GB): descartar nubes, detectar barcos y posibles manchas, y decidir qué se descarga primero
- Ordenador de vuelo
- Un ordenador aparte, más sencillo y resistente a la radiación, para el funcionamiento básico y el modo seguro, con un vigilante (watchdog) que puede reiniciar los módulos de IA
- Energía
- Unos 3 m² de paneles solares (unos 700 W de pico y de 300 a 350 W de media) y una batería de alrededor de 1 kWh, más grande de lo necesario para compensar siete años de desgaste de las células
- Propulsión
- Un pequeño propulsor eléctrico (de efecto Hall) para mantener la órbita frente al rozamiento con la atmósfera durante siete años y hacer bajar el satélite al final de su vida
- Enlace descendente
- Banda X, hasta unos 600 megabits por segundo (unos 45 GB en una pasada de diez minutos), a través de estaciones de tierra comerciales
- Órdenes
- Banda S o UHF, cifradas, con actualizaciones firmadas del software y de los modelos
- Enlace por satélite (opcional)
- Terminal láser de Starlink, de SpaceX: 25 gigabits por segundo a hasta 4.000 km, según se ha publicado, para dar avisos en minutos. Sin acuerdo; no es imprescindible
- Apuntamiento
- Sensores estelares, cuatro ruedas de reacción y magnetopares
- Lanzamiento
- Lanzamiento compartido Transporter de SpaceX, reservado con un integrador entre 12 y 18 meses antes
Dónde se analiza cada cosa
- En órbita
- Un modelo pequeño hace la primera revisión: descarta las nubes, encuentra barcos y posibles manchas y decide qué se descarga primero. Tarda segundos y gasta unos pocos vatios.
- En tierra
- Los modelos de IA más avanzados, demasiado grandes para cualquier satélite, estudian los posibles casos junto con todas las demás fuentes (radar, rutas de los barcos, viento, corrientes), redactan las pruebas y señalan lo que tiene que comprobar una persona.
- Por qué dividir el trabajo
- Un modelo de un billón de parámetros necesita cientos de gigabytes de memoria y kilovatios de potencia, y un satélite de este tamaño tiene unos 200 vatios. Por eso el satélite envía paquetes pequeños, ordenados por prioridad, y el análisis de fondo se hace en tierra.
Con qué prisa hay que moverse
La plaza en un lanzamiento compartido se reserva entre 12 y 18 meses antes, y los patrocinadores tardan de seis a doce meses en decidir. Para volar hacia 2030, hay que empezar a mover la propuesta ya.
- Meses 0 a 3
- La propuesta: esta página, una especificación, un presupuesto y una lista de riesgos. Lista para presentar.
- Meses 3 a 9
- Contactos: el equipo comercial de Starlink, de SpaceX, fabricantes de plataformas de satélite, universidades, la ESA y fundaciones. Primeras imágenes gratuitas y de pago para demostrar que hace falta.
- Meses 9 a 18
- Tres presupuestos por escrito, un socio que aloje los instrumentos o ponga la plataforma, y un abogado que trace el camino de los permisos. Una decisión sobre la financiación.
- Meses 18 a 30
- Revisión del diseño, fabricación y pruebas ambientales. La plaza de lanzamiento se reserva entre 12 y 18 meses antes.
- Hacia los años 3 y 4
- Lanzamiento y primeras imágenes. Siendo realistas, hacia 2030 o después.
Para los ingenieros
Las cifras que hay detrás de los objetivos, calculadas para que cuadren entre sí. Todas se pueden discutir.
Órbita y cobertura
- Órbita
- Heliosíncrona a 550 km: unos 95,5 minutos por vuelta, unas 15 vueltas al día, 7,6 km/s en órbita y unos 7,0 km/s sobre el suelo
- Luz
- Pasa a las 10:30 hora local de bajada (de día, con buen ángulo de sol para la cámara de color) y a las 22:30 de subida (de noche, para la cámara térmica). Hasta unos 35 minutos de sombra por vuelta
- Superficie observada
- Una franja de 25 km barre unos 175 km² por segundo. Veinte minutos de observación al día cubren unos 210.000 km², alrededor del 8 % del Mediterráneo (unos 2,5 millones de km²). Por eso se apunta a demanda: mira donde hay sospechas, no a todas partes
- Frecuencia de paso
- Inclinándose hasta unos 30° respecto a su trayectoria, puede ver un punto concreto una o dos veces al día. Con tres satélites, sería casi a diario en todo el Mediterráneo
Volumen de datos
- Cámara de color
- A 3 m, 25 km son unos 8.300 píxeles de ancho y unas 2.300 líneas por segundo. Ocho bandas a 12 bits suman unos 1,9 gigabits por segundo sin comprimir: unos 280 GB por cada veinte minutos de observación
- Tras la compresión
- Con una compresión casi sin pérdidas de 3 a 1, quedan unos 90 GB al día
- Almacenamiento
- 8 TB de memoria flash guardan alrededor de un mes de imágenes sin procesar, así que no se pierde nada aunque una estación de tierra quede sin conexión varios días
- Capacidad de descarga
- Con una estación de tierra en el Mediterráneo, suele haber de 4 a 6 pasadas útiles al día, de 6 a 9 minutos cada una. A 600 megabits por segundo, son unos 150 GB diarios, alrededor de 1,7 veces lo que produce la cámara
Energía
- Generación
- Unos 3 m² de células de triple unión: unos 700 W de pico y de 300 a 350 W de media en cada vuelta, con margen para un desgaste de alrededor del 2 % al año
- Consumo mientras observa
- Unos 200 a 230 W: ordenadores 25, orientación 20, electrónica de la cámara de color 45, cámara térmica 8, AIS 5, módulos de IA hasta 50, calefactores 30, y margen
- Enlace descendente y empuje
- El transmisor de banda X suma unos 60 W durante una pasada, y el propulsor eléctrico unos 250 W mientras funciona, siempre al sol
- Batería
- Alrededor de 1 kWh. Un eclipse de 35 minutos a 220 W gasta unos 130 Wh, es decir, una descarga cercana al 13 %, lo bastante suave para aguantar siete años
Masa
- Estructura, energía y orientación
- Unos 90 kg: estructura de fibra de carbono y cableado 38, batería y electrónica de potencia 18, paneles solares 16, sensores estelares, ruedas y magnetopares 18
- Instrumentos
- Unos 62 kg: telescopio 45, cámara térmica 4, receptor AIS 3, ordenadores de IA y de vuelo 10
- Radios y propulsión
- Unos 28 kg: radios 10, y propulsor eléctrico, depósito y xenón 18
- Margen
- Alrededor del 10 %. En total, unos 200 kg; con un lanzamiento a unos 7.000 $ por kilo, salen unos 1,4 millones de dólares
Cálculo
- Módulos de IA
- Dos módulos, uno de reserva, de unos 100 billones de operaciones INT8 por segundo cada uno con 10 a 25 W, es decir, de 4 a 10 billones por vatio. 16 GB de memoria con unos 100 GB/s de ancho de banda
- Buscar manchas
- Un modelo de segmentación de decenas de millones de parámetros, aplicado por cuadros de 512 píxeles (1,5 km a 3 m): una imagen de 25 × 25 km son unos 280 cuadros y se revisa en un par de segundos [est.]
- Un modelo de lenguaje en órbita
- Un modelo de 8.000 millones de parámetros a 4 bits ocupa unos 5 GB. Por el ancho de banda de la memoria, escribe unas 10 a 20 palabras por segundo, más que suficiente para una nota de una línea sobre un posible caso
- Protección frente a fallos
- Memoria ECC, alimentación protegida contra bloqueos (latch-up), limpieza periódica de la memoria y un ordenador de vuelo aparte con un vigilante (watchdog) que puede apagar y encender los módulos de IA. Contamos con errores puntuales por radiación casi a diario y el diseño los tiene en cuenta
Seguimiento de barcos
- Qué hace
- El receptor recoge los mensajes AIS que emiten los barcos en la zona que miran las cámaras. Cada detección se asocia al mensaje más cercano en tiempo y lugar. Si no hay ninguno, es un buque oscuro
- Límites
- Donde hay mucho tráfico, muchos barcos emiten a la vez y algunos mensajes se pierden, así que la falta de señal es una pista, no una prueba. Además, un barco puede apagar o falsear su señal; por eso es solo una fuente entre varias
- Coste y tamaño
- Unos 3 kg y 5 W. La antena es el mástil fino que hay encima del satélite
Siete años en órbita
- Rozamiento con la atmósfera
- A 550 km la atmósfera es muy fina, pero existe, y se espesa cuando aumenta la actividad solar. El propulsor eléctrico, con unos 8 a 12 kg de xenón, mantiene la altura para que la cámara siga apuntando donde debe
- Fin de la vida útil
- Al final, el mismo propulsor baja la órbita para que el satélite caiga y se desintegre en pocos años, en vez de quedarse como basura espacial
- Desgaste
- Las células solares pierden alrededor de un 2 % al año, por eso los paneles son más grandes de lo necesario. La batería nunca se descarga mucho. Las ruedas y los sensores estelares van duplicados. El software se actualiza en órbita, y solo con actualizaciones firmadas
- Radiación
- En esta órbita, tras unos 3 mm de aluminio, del orden de 15 kilorads en siete años [est.]. Se pueden usar componentes comerciales si se seleccionan, se blindan y se protegen; el ordenador de vuelo se elige por su resistencia a la radiación
Orientación y medición
- Precisión de la orientación
- Un píxel de 3 m a 550 km equivale a alrededor de 1 segundo de arco. Los sensores estelares dan una precisión de pocos segundos de arco, así que corregimos en tierra con puntos conocidos y buscamos situar cada cosa con un error de 10 a 15 m
- Calibración
- Imágenes en oscuridad, una observación de la Luna al mes y puntos de referencia en tierra. El registro de calibración va con los datos. La cámara térmica tiene su propio radiador y se recalibra a menudo
Pruebas a bordo
- Firmado al tomar la imagen
- Cada imagen lleva la hora GNSS, su posición y orientación, los mensajes AIS captados y una huella digital. Un chip de seguridad firma el registro antes de guardarlo, así que se puede demostrar que el archivo no ha cambiado desde que se tomó en órbita
- Órdenes al satélite
- Las órdenes y las actualizaciones de software y de modelos van firmadas y cifradas, con claves que guarda MEPA y que se cambian cada cierto tiempo. No se ejecuta ninguna actualización sin firma
- En tierra
- Las imágenes originales y los registros firmados van al mismo archivo sellado que el resto de las fuentes de MEPA, con todos los pasos del procesamiento anotados