Durante décadas, la exploración espacial fue llevada a cabo en exclusiva por las grandes agencias internacionales, como la NASA y la ESA. Pero a lo largo de los últimos años las cosas han cambiado considerablemente. Ahora son numerosas las empresas comerciales y las instituciones académicas que han entrado en este sector y ello ha llevado el fenómeno del “New Space” (“Nuevo Espacio”).
Entre los factores que impulsan este fenómeno se encuentra la posibilidad de acceder a una tecnología más asequible así como la disponibilidad de diseños de referencia de código abierto. Estos han ayudado a disminuir las barreras de entrada de la ingeniería, permitiendo así que empresas más pequeñas pongan en órbita los equipos que han diseñado y creado. Además esto ha tenido como consecuencia que los recursos tecnológicos y financieros que necesitan sean mucho menores que en el pasado.

4Links, que tiene su sede en Buckinghamshire (Reino Unido), desempeña un papel fundamental en el desarrollo del “Nuevo Espacio”. Esta empresa, fundada en 2000, proporciona los conocimientos sobre ingeniería y los servicios de consultoría que las pequeñas y medianas empresas necesitan para finalizar sus proyectos espaciales. También trabaja con organizaciones de mayor tamaño, como Airbus y Clearspace.
Uno de los proyectos en los que ha trabajado recientemente el equipo de 4Links ha consistido en elaborar una plataforma de software y hardware gracias a la cual sería más rápido, sencillo y económico desarrollar sistemas espaciales. Esta plataforma, denominada Loki como un dios nórdico caracterizado por su inteligencia, fomenta la reutilización del diseño sin iniciar cada proyecto desde cero.

Figura 1: Plataforma de desarrollo Loki de 4Links (el área de conexión del subsistema se encuentra a la derecha).
El objetivo de Loki es suministrar a sus clientes del sector espacial una plataforma de procesamiento totalmente configurable sobre la cual pueden construir sus ordenadores de a bordo. Está diseñada para satélites que utilicen la metodología cada vez más conocida de infraestructura de red SpaceWire (en cuya implantación participó muy activamente Paul Walker, fundador de 4Links). Loki, que se basa en una construcción lógica y modular programable, necesita menos recursos de ingeniería, lo cual acorta el plazo de ejecución y disminuye los costes.
Loki consiste en una tarjeta principal de formato Eurocard y una tarjeta auxiliar de expansión. Esta tarjeta auxiliar se encarga de todos los aspectos relacionados con la funcionalidad fija, como procesamiento, memoria y gestión del sistema. La tarjeta auxiliar se basa a su vez en un dispositivo FPGA Kintex UltraScale de alto rendimiento de Xilinx. Se puede reprogramar antes del lanzamiento e incluso se puede actualizar durante el vuelo. Una tarjeta principal de E/S, por su parte, es la encargada de todas las conexiones. Funciona como puerta de enlace y asume la comunicación con los diferentes subsistemas de satélites así como de la entrada para alimentar la tarjeta de expansión con la FPGA.
La capacidad de incorporar la tarjeta auxiliar a las tarjetas principales con diferentes configuraciones de E/S facilita mucho más la introducción de modificaciones en función de las necesidades dependiendo de los requisitos establecidos por cada cliente. La otra ventaja clave de Loki es que la tarjeta se ha de validar una sola vez y luego se puede utilizar en varias configuraciones. Como resultado de ello, todo puede estar listo para el lanzamiento en un plazo muchísimo más corto, incluso de apenas un mes.
Como explica Spencer Saunders, Director de Ingeniería de 4Links, "el método basado en una tarjeta principal y otra auxiliar hace que esta plataforma sea muy atractiva para nuestros clientes. Es mucho más ágil, por lo que el desarrollo se efectúa a un ritmo acelerado. Otra ventaja para los usuarios es que pueden validar una tarjeta y posteriormente reconfigurar otras. Esta validación evita la necesidad de una costosa recertificación para cada nuevo proyecto que emprendan”.
Cuestiones sobre ingeniería
Dado que Loki está destinada a satélites y otros equipos en órbita, su peso total debe ser mínimo. Además era necesario reconocer la naturaleza sensible el coste de la mayoría de los proyectos del “Nuevo Espacio”, lo cual significa que no era factible recurrir a componentes a medida MIL-SPEC en el diseño, sino a productos convencionales ya disponibles en el mercado. Por encima de todo, los dispositivos tenían que ser resistentes frente a posibles daños. Todos los componentes seleccionados deben funcionar durante períodos prolongados pese a su exposición a niveles extremos de temperatura, choques mecánicos y vibraciones.
La conexión entre la tarjeta principal y cada subsistema exigió que el equipo de desarrollo de 4Links superara varios retos de diseño. Además de cumplir todos los requisitos citados con anterioridad, el espacio disponible para los conectores necesarios sería muy escaso, por lo que se precisaría una configuración de alta densidad de las patillas.

Hallar una solución de interconexión efectiva
Los conectores convencionales, como el formato Micro-D, tendrían unas dimensiones excesivas para una implementación de este tipo y esto provocaría que la placa de circuito impreso ocupara un espacio valioso. A ello se suma que estos conectores son más pesados a causa de sus carcasas metálicas, por lo que era preciso recurrir a otra opción.
Harwin y 4Links empezaron a hablar sobre Loki hace algo más de un año. Tras someter a numerosos ensayos una serie de muestras se tomó la decisión de que los conectores Gecko-SL serían una elección excelente para la tarjeta de E/S y para desempeñar todas las capacidades de conexión de su subsistema.

Los conectores Gecko-SL con paso 1,25 de Harwin ofrecen claras ventajas respecto a los componentes Micro-D estándar ya que son mucho más ligeros y compactos. Al igual que ocurre con todos los componentes de la familia Gecko, ofrecen la fiabilidad extremadamente elevada que exigen los sistemas en misiones críticas: deben ser lo bastante robustos como para resistir las condiciones de funcionamiento más exigentes. El mecanismo de fijación atornillada permite sujetarlos incluso cuando se someten a intensas fuerzas de torsión. El diseño del contacto de cobre-berilio con 4 terminales garantiza que se mantenga la interconexión incluso con fuerte choques (50G/100G) y vibraciones (20G). Los conectores Gecko-SL tienen un rango de temperatura de -65°C a +150°C y destacan también por sus excelentes propiedades de desgasificación.
Los conectores Gecko-SL se suministran en una amplia variedad de opciones por lo que se refiere al número de patillas. También fue importante para la plataforma Loki que el equipo técnico de 4Links disfrutara de una enorme flexibilidad de conexión a través de un gran número de combinaciones que pudieron incorporarse con éxito a la superficie disponible de la tarjeta principal. De este modo se consiguió que las patillas no utilizadas ocuparan muy poco espacio.
"Los conectores Gecko-SL de Harwin nos han ofrecido la alta densidad de patillas que necesitábamos y de una forma mucho mejor que otras soluciones competidoras ya que requieren una superficie mínima en la placa”, señala Saunders, de 4Links. "También apreciamos la enorme versatilidad en el número de patillas para las diferentes versiones disponibles. Esto nos ha permitido instalar conectores con las patillas en el número requerido y asignadas a cada función sin dejar patillas sin usar ni desperdiciar espacio”. "La calidad de los productos que hemos recibido de Harwin y el soporte técnico correspondiente han sido fundamentales para llevar nuestra plataforma Loki al mercado”.
La plataforma Loki ya constituye la base de los sistemas informáticos instalados a bordo de numerosas misiones de satélites de órbita terrestre baja (low earth orbit, LEO) utilizados para control meteorológico, observación terrestre y eliminación de chatarra espacial. En breve se pondrán en marcha otros proyectos.

Autor: Andy Brayford, Director de Desarrollo del Negocio en el Norte de Europa, Harwin