Diseño de un nanosatélite para un experimento biológico con ayuda de la fabricación a medida

SpaceDot se puso recientemente en contacto con Xometry para hablarnos de AcubeSAT, un nanosatélite capaz de albergar un experimento biológico a gran escala. El equipo de estudiantes también explicó cómo Xometry les ayudó a conseguir piezas personalizadas y de alta calidad en tan solo unas semanas.
  • Industria: fabricación aeroespacial
  • Procesos de fabricación utilizados: Mecanizado CNC e impresión 3D
  • Reto: Obtener piezas ligeras y de alta calidad con materiales adecuados para la industria.
  • Solución: La gran capacidad de la red de Xometry y el generador de presupuestos instantáneos hicieron que el proceso de contratación fuera mucho más rápido y fácil de gestionar.

En 2019, el equipo SpaceDot de la Universidad Aristóteles de Salónica (Grecia) asumió el reto de crear un nanosatélite que los investigadores de biología aeroespacial pudieran integrar en una pequeña nave espacial para realizar experimentos de alto rendimiento. Como prueba de concepto, el equipo quería desarrollar esta plataforma y utilizarla para investigar los efectos de la microgravedad y la radiación espacial en células de levadura. Así nació el proyecto multidisciplinar AcubeSAT.

El proyecto reunió a estudiantes e investigadores ambiciosos con formación en STEM (siglas en inglés de ciencia, tecnología, ingeniería y matemáticas) y ciencias biológicas. Sin embargo, el grupo no contaba con un departamento espacial específico dentro de su universidad donde pudieran ser guiados por expertos y poder llevar a cabo sus experimentos. Por eso el equipo participó en un programa de la Agencia Espacial Europea (ESA) para recibir ayuda en el ámbito aeroespacial. SpaceDot fue elegido entre muchos otros equipos universitarios europeos que querían realizar una misión espacial para formar parte de la tercera generación del programa de la Oficina de Educación de la ESA: «Fly Your Satellite 3!». 

Nanosatélite AcubeSAT: El espacio y la biología

George Pliakis, jefe de Proyecto de SpaceDot, explicó que SpaceDot tuvo la idea de crear un experimento biológico en un nanosatélite tras darse cuenta de que menos de 10 de las 2.500 naves espaciales enviadas al espacio estaban destinadas a estudiar un sistema de naturaleza biológica, principalmente por el reto que representa.

El nanosatélite cuenta con un recipiente presurizado de construcción propia que contiene un microscópico «lab on a chip». Este bloque de forma rectangular tiene muchos canales intrincados e interconectados que controlan con precisión el suministro del líquido a microescala. El chip incluye 100 pequeñas salas que albergan células de levadura con una estructura de ADN similar a la de las células humanas.

3D design of the nanosatellite with an integrated laboratory
Diseño en 3D del nanosatélite con laboratorio integrado

Angelos Mavropulos, coordinador del subsistema estructural del satélite, explica que el experimento se basa en el chip microfluídico, un dispositivo utilizado en estudios en el que los canales que forman el chip están conectados entre sí para permitir el paso de fluidos.

El chip microfluídico permitirá al equipo examinar los efectos de la radiación y las condiciones de microgravedad en órbita terrestre baja sobre las células. Cada célula contiene una proteína específica cuyo nivel de producción y evolución se observarán. Mientras tanto, las células estarán iluminadas por una placa LED en forma de anillo que emite luz azul. Cuanto mayor sea el nivel de producción de la proteína, más fluorescentes serán las células en respuesta a la luz.

Closeup of the microfluid chip Ⓒ SpaceDot
Detalle del chip de microfluidos Ⓒ SpaceDot

«En realidad, todo es bastante sencillo», afirma Mavropulos. «Añadimos una cámara de alto rendimiento que toma imágenes de estas células. Nos permite ver la fluorescencia de las células y sacar conclusiones al cabo de un par de meses», añade. El mismo experimento se está llevando a cabo en la Tierra, exactamente con los mismos parámetros, para poder comparar cómo afectan a las células las condiciones del espacio. El experimento se repetirá en tres momentos distintos a lo largo de la misión.

Un único modelo «protoflight» destinado al vuelo

«En el sector de la ingeniería aeroespacial hay dos enfoques principales. El primero consiste en tener un modelo de cualificación y un modelo de vuelo. El segundo consiste en tener un protoflight (abreviatura de «prototype» (prototipo) y «flight hardware» (hardware de vuelo)), que es un único modelo para la calificación y el vuelo», describe Mavropulos. SpaceDot optó por la segunda opción, más rentable y rápida.

Un fracaso en el primer intento podría tener consecuencias desastrosas para el proyecto. Sin embargo, plenamente conscientes de los riesgos que entrañaba, el equipo de SpaceDot fabricó una copia exacta del satélite que volará en órbita. El equipo de ingenieros analizó a fondo cada detalle del proyecto, desde las piezas mecánicas hasta los chips microfluídicos y el sistema de comunicaciones. Después, empezaron a aprovisionarse de las distintas piezas y a experimentar con las condiciones ambientales.

La prueba más reciente se realizó a finales de diciembre de 2022 en Bélgica y fue un gran éxito. Esto les proporcionó una prueba más valiosa de que el nanosatélite AcubeSAT podrá volar al espacio.

Some of the SpaceDot team members in Belgium to test the antenna deployment module
Algunos miembros del equipo de SpaceDot en Bélgica para probar el módulo de despliegue de antenas

Procesos de trabajo estrictos y trazables

Además del reto de gestionar un equipo remoto, SpaceDot también se enfrentó al gran desafío de garantizar que todos los componentes a medida del satélite pudieran fabricarse y caber en la estructura relativamente pequeña. No es poca cosa cuando el satélite tiene que albergar equipos informáticos de telecomunicaciones, fuentes de alimentación, todo el laboratorio biológico y elementos estructurales para mantener la arquitectura.

«En la industria aeroespacial, hay que seguir los procesos ya establecidos y asegurarse de que todo lo que hacemos es repetible y trazable», añade Eleftheria Chatziargyriou, ingeniera del subsistema de comunicaciones del proyecto. «Este fue otro gran reto para el proyecto AcubeSAT».

Aprovisionamiento rápido de piezas de alta calidad con Xometry

Para garantizar el pleno cumplimiento de los requisitos de las piezas (tolerancias estrictas, materiales adecuados para la industria aeroespacial y piezas que deben ensamblarse con precisión), SpaceDot tuvo que recurrir a los proveedores adecuados. Y Xometry era uno de ellos.

Aunque los fabricantes locales no querían aceptar proyectos pequeños, el equipo consiguió todos los componentes necesarios gracias a los servicios de fabricación de Xometry. «Xometry es uno de los mejores proveedores de piezas en ingeniería aeroespacial», afirma Mavropulos.

Aluminium CNC machined frame of the antenna produced by Xometry
Marco de aluminio mecanizado CNC de la antena fabricado por Xometry
PEEK CNC machined features attached to the antenna manufactured by Xometry
Elementos mecanizados PEEK CNC fijados a la antena fabricados por Xometry

La capacidad de Xometry para suministrar piezas de aluminio 6082 y PEEK utilizadas en el módulo de despliegue de la antena del satélite fue un gran atractivo para el equipo. SpaceDot quedó muy satisfecho con los componentes de metal y plástico que recibió. «Nuestro mecanismo en particular tiene muchos tornillos y cada uno de ellos tiene que estar en el lugar exacto. Si desalineábamos uno, tendríamos un problema con toda la cadena de montaje. Pero todo fue como la seda durante la campaña de pruebas», afirma Mavropulos.

El generador de presupuestos instantáneos de Xometry fue extremadamente útil para el equipo durante el proceso de diseño. Todo lo que tuvieron que hacer fue subir sus diseños 3D y dibujos técnicos a la plataforma en línea. Los algoritmos basados en IA les permitieron obtener una estimación de costes rápida, aplicar algunos cambios de última hora al diseño y actualizar el presupuesto en tan solo unos clics. «El equipo de Xometry respondió muy rápido y nos ayudó a verificar nuestro diseño», añade Mavropulos.

Assembling the different antenna parts 
Montaje de las distintas partes de la antena

Lanzamiento del satélite previsto para 2024

El próximo gran hito del proyecto AcubeSAT será el lanzamiento del satélite en 2024. Se calcula que toda la misión durará aproximadamente un año y medio. Este es el tiempo necesario para recopilar suficiente información con el chip microfluídico y las imágenes que el equipo captará durante el experimento.

En los próximos meses, el equipo de SpaceDot empezará a ensamblar el nanosatélite y realizará otra ronda de pruebas antes del gran lanzamiento.

Acerca de SpaceDot

AcubeSAT es un proyecto multidisciplinar de SpaceDot, un equipo dirigido por ambiciosos estudiantes e investigadores procedentes principalmente de la Universidad Aristóteles de Salónica. La misión espacial se lleva a cabo con el apoyo de la Oficina de Educación de la Agencia Espacial Europea (ESA). El equipo es uno de los tres que participan en el programa de la ESA «¡Vuela tu satélite! 3» de la ESA.

Visite la página web de AcubeSAT: https://acubesat.spacedot.gr/

Contacte con el equipo: info@spacedot.gr

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