⚖️ El equilibrio antes del despegue: una nueva forma de probar pequeños satélites
Antes de que un satélite llegue al espacio, debe superar numerosas pruebas en la Tierra. Sin embargo, reproducir las condiciones en las que operará no es sencillo, especialmente cuando se trata de estudiar sus movimientos. Una investigación desarrollada mediante la colaboración entre el Instituto Politécnico Nacional (IPN) y el Instituto Tecnológico de Kyushu, en Japón, propone un método de control automático que permite equilibrar plataformas utilizadas para probar pequeños satélites. Mediante un sistema capaz de identificar y compensar perturbaciones, los investigadores lograron estabilizar la plataforma en aproximadamente 40 segundos, mejorando las condiciones para evaluar sistemas de orientación satelital.
TECNOLOGÍA SATELITALROBÓTICAMODELADO MATEMÁTICO
P. Alonso-Gutiérrez
8/18/20265 min leer
Flotar sobre un colchón de aire
Para acercarse a esas condiciones, los laboratorios usan plataformas que descansan sobre una delgada capa de aire a presión. Piensa en una mesa de hockey de aire, donde el disco casi no roza la superficie y se desliza como si flotara. Con el mismo principio, un pequeño satélite montado sobre la plataforma puede girar casi sin resistencia, y así se observa cómo responde su sistema de control. El truco funciona, pero solo si la plataforma está perfectamente equilibrada.
El problema es que, aunque se reduzca la fricción, la gravedad terrestre continúa actuando sobre la plataforma. Si su centro de masa no coincide adecuadamente con el centro de rotación, aparecen movimientos no deseados que afectan los resultados.
Un satélite no tiene segunda oportunidad. Una vez en órbita, nadie puede subir a darle una vuelta de tuerca a un sensor que falla o a un programa que se equivoca. Por eso, antes del lanzamiento, los ingenieros lo someten a todo tipo de pruebas en tierra, como un ensayo general antes del estreno.
Una de las más delicadas es la que revisa su capacidad de orientarse: saber hacia dónde apunta y girar con precisión para mirar a la Tierra, al Sol o a una estrella. Y aquí aparece el primer problema, porque en el espacio un satélite gira libremente, sin fricción y sin que nada lo jale hacia abajo. En un laboratorio, en cambio, la gravedad siempre está presente.
Este subsistema, conocido como ADCS Attitude Determination and Control System, permite que un satélite oriente sus paneles hacia el Sol, dirija sus antenas hacia la Tierra o mantenga sus instrumentos enfocados en un objetivo. Su correcto funcionamiento es indispensable para el éxito de numerosas misiones espaciales.
Pero ¿cómo comprobar que estos mecanismos funcionarán correctamente antes del lanzamiento?
Una alternativa consiste en utilizar plataformas experimentales que permiten estudiar el movimiento de los satélites en condiciones similares a las del espacio.
El enemigo: un desequilibrio diminuto
Intenta mantener un lápiz parado sobre la punta del dedo. Si su peso no está justo encima del punto de apoyo, se cae. Algo parecido le pasa a la plataforma: si su centro de masa, el punto donde se concentra su peso, queda aunque sea un poco desalineado respecto al punto de giro, la gravedad la empuja y la hace oscilar como un péndulo.
Esas oscilaciones no existirían en el espacio, y contaminan la prueba. El satélite “siente” un movimiento que no le corresponde, y los resultados dejan de ser confiables.
Para corregirlo, estas plataformas llevan pequeñas masas móviles que se desplazan hasta compensar el desequilibrio. Hacerlo a mano es lento y poco preciso, sobre todo cuando cada nuevo montaje cambia la distribución del peso. Los métodos automáticos existen, pero muchos dependen de conocer con gran exactitud las características de la plataforma, o necesitan repetir cálculos muchas veces hasta dar con el ajuste correcto.
De la teoría al laboratorio
Los investigadores probaron el método primero en simulaciones por computadora, con distintas inclinaciones iniciales y perturbaciones que cambiaban con el tiempo, y después en la plataforma real. Los experimentos se hicieron con la plataforma sola, con un modelo de satélite pequeño montado encima y con masas adicionales que complicaban el equilibrio a propósito.
En todos los casos, la plataforma terminó estabilizándose en aproximadamente 40 segundos. En ese mismo banco de pruebas, un controlador clásico tardaba cerca de 140 segundos, así que el tiempo se redujo a poco menos de la tercera parte. Además, el sistema quedó prácticamente quieto: con desviaciones menores a una décima de grado.
La solución: una plataforma que recupera su equilibrio
Para resolver este problema, investigadores del IPN y del Instituto Tecnológico de Kyushu desarrollaron una estrategia de autoequilibrado basada en el Control por Rechazo Activo de Perturbaciones (ADRC).
La propuesta utiliza una plataforma equipada con cuatro masas móviles que pueden desplazarse mediante motores para modificar la distribución de su peso y contrarrestar las inclinaciones.
Aunque este mecanismo podría ajustarse manualmente, hacerlo requiere tiempo y múltiples correcciones, especialmente cuando cambian los dispositivos colocados sobre la plataforma.
Aquí es donde interviene el algoritmo.
El sistema utiliza sensores para conocer su movimiento y un mecanismo matemático denominado Observador de Estado Extendido (ESO), capaz de estimar las perturbaciones que afectan su comportamiento.
Podemos imaginar a una persona intentando mantener equilibrada una bandeja mientras alguien coloca objetos sobre ella. Aunque desconozca el peso exacto de cada objeto, puede observar hacia dónde se inclina y realizar los ajustes necesarios.
De manera similar, el controlador identifica las desviaciones y determina cómo deben desplazarse las masas para recuperar la estabilidad.
Además, los investigadores incorporaron un modelo matemático simplificado de autonivelación (*self-levelling*), que permite representar los movimientos fundamentales de la plataforma sin recurrir a una descripción excesivamente compleja.
La combinación de ambas herramientas permite corregir el desequilibrio y compensar perturbaciones, incluso cuando el modelo matemático no describe perfectamente todas las condiciones reales.
Próximos pasos
El éxito de una misión espacial no comienza en el lanzamiento, sino mucho antes, cuando sus sistemas son diseñados, estudiados y puestos a prueba.
Esta investigación demuestra que combinar modelos matemáticos con estrategias de control capaces de compensar perturbaciones permite mejorar el desempeño de las plataformas experimentales utilizadas en la validación de pequeños satélites.
Aunque todavía existen oportunidades de mejora relacionadas con la precisión de los sensores y la velocidad de los actuadores, los resultados representan un avance importante hacia pruebas terrestres más eficientes y confiables.
Porque antes de controlar la orientación de un satélite en el espacio, también es necesario aprender a mantener el equilibrio aquí, en la Tierra.
¿Por qué es importante para las misiones espaciales?
Los CubeSats han ampliado las oportunidades para que universidades y centros de investigación desarrollen tecnología espacial. Sin embargo, su tamaño reducido no elimina la necesidad de realizar pruebas rigurosas antes del lanzamiento.
Una vez que un satélite llega a órbita, corregir una falla física puede resultar extremadamente difícil o imposible. Por ello, mejorar las herramientas de validación terrestre es fundamental para reducir riesgos.
El método desarrollado puede contribuir a disminuir los tiempos de preparación de los experimentos y mejorar la precisión de las plataformas utilizadas para evaluar sistemas de orientación satelital.
Además, esta investigación demuestra cómo la colaboración entre instituciones de México y Japón permite desarrollar soluciones tecnológicas con aplicaciones en la ingeniería aeroespacial.
Créditos
Redacción y adaptación del texto de divulgación:
Paloma Alonso, a partir del trabajo:
“An automatic self-balancing method for ADCS testbeds based on active disturbance rejection control and self-levelling model".
Acta Astronautica, 249, 1061–1081.
Pablo-Sotelo, A. de J., Cordova-Alarcon, J. R., Hernández-Gómez, J. J., Luviano-Juarez, A., & Kitamura, K. (2026).
https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2026.07.067
