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Do universitário ISTSat-1 ao 5G espacial, o futuro espacial português está a nascer em Oeiras

Tocar o espaço com tecnologia espacial portuguesa está a tornar-se cada vez mais acessível através das mãos e mentes de investigadores, professores e estudantes do Instituto Superior Técnico, instalados no complexo universitário do Taguspark, em Oeiras. Depois do sucesso do ISTSat-1, o primeiro satélite universitário português colocado em órbita desde julho de 2024, o IST NanoSatLab prepara já novas missões com o objetivo de consolidar competências e afirmar Portugal como um participante relevante na indústria e tecnologia espaço. Mas também com um olho na defesa espacial.

Nuno Patrício (Jornalista) - RTP

Dois anos depois do lançamento do primeiro CubeSat, projectado e construído por investigadores, professores e estudantes universitários portugueses, o balanço é de que o ISTSat-1 está bem de “saúde” e continua a cumprir as funções para o qual foi programado.

A RTP Notícias foi até Oeiras, ao complexo universitário do Instituto Superior Técnico (IST), instalado no Taguspark. Dentro do arejado complexo, as laterais são compostas por vários corredores labirínticos, onde vários gabinetes se apresentam como espaços educativos e facilitadores de novas ideias. Somos então convidados a entrar no espaço onde nascem pequenos satélites com cores nacionais – O IST NanoSatLab.

João Paulo Monteiro, investigador no Instituto de Sistemas e Robótica (ISR Lisboa), professor auxiliar convidado pelo IST e um dos coordenadores do ISTNanoSatLab, dá-nos as boas vindas e, antes da entrevista, revela um pouco do que se faz neste espaço, com cerca de 20 metros quadrados.

Entre muitos aparelhos electrónicos, entre ferramentas mais ou menos identificáveis, o investigador dá a conhecer o espaço, que diz ser provisório, e que investigadores e alunos usam para trabalhar em projectos complexos, deste núcleo de construção espacial do Técnico. Antes da conversa, o jovem professor, que conta com trabalho realizado há oito anos neste laboratório espacial, revela que conquistar espaço dentro do IST é fruto de muito trabalho, mas também do sucesso do primeiro produto espacial criado por esta instituição, o ISTSat-1.

O ISTSat-1 nasceu num ambiente universitário e provou que a academia portuguesa pode desenvolver tecnologia espacial operacional. Um CubeSat português que não surgiu do zero. Foi antes o resultado da adaptação de competências nacionais já existentes aos desafios do setor espacial.

O projeto ISTSat-1 começou com um desafio aparentemente simples, mas extremamente complexo: construir um satélite numa universidade.

João Paulo Monteiro reconhece que a inexperiência inicial dos estudantes poderia ser vista como uma limitação. No entanto, acabou por transformar-se numa das maiores vantagens do projeto.

“Fazer um satélite numa universidade tem alguns entraves e diria que o mais óbvio é a falta de experiência profissional dos alunos que estão a construir o satélite, a desenvolver o satélite e construí-lo. Mas traz várias vantagens", afirma.

"A vantagem principal é o entusiasmo que os alunos trazem para o projecto e a vontade de aprender. Portanto, tudo é novo e trazem muita força de vontade e muita abertura para fazer coisas diferentes. E isso foi uma grande vantagem", continua João Paulo Monteiro.

"Uma outra vantagem que temos é que num ambiente académico temos os laboratórios abertos".

"Laboratórios onde os nossos professores trabalham, mas também outros colegas, que não têm nada a ver com o projeto e que várias vezes nos abriram portas para fazermos uma experiência aqui, uma experiência ali, inclusive o apoio de algumas empresas que dificilmente seria possível, num contexto empresarial, uma empresa oferecer alguma coisa a outra, só porque sim".

Apoios e aberturas que, segundo o investigador do IST, criam dinâmicas e ambientes colaborativos da academia, que acabou por abrir portas a apoios de diversas instituições e empresas nacionais, incluindo a LusoSpace, a ANACOM e o Instituto Português da Qualidade.

ISTSat-1 | Créditos: Gonçalo Gouveia - IST

Competências que permitiram construir um satélite em Portugal

João Paulo Monteiro refere que o sucesso do projeto assentou em áreas nas quais o Técnico possui experiência consolidada há décadas: eletrónica, telecomunicações e informática. Envolveu alunos de várias áreas, Engenharia Aeroespacial, Engenharia Eletrotécnica e Engenharia de Computadores, criando uma verdadeira equipa multidisciplinar.

“Mas eu diria que, em número de horas, a grande contribuição para o IST Sat veio dos alunos daqui do campus de Oeiras, dos cursos de Engenharia Eletrónica e Engenharia, Telecomunicações e Informática”, sublinha o professor.

“Nós tínhamos in-house já bastante conhecimento nessas áreas que agora foi aplicado em vez de sistemas terrestres e sistemas espaciais. Portanto, trouxemos já alguma bagagem do que fazíamos antes, aplicado agora ao espaço”.

Usar esta tecnologia (nanosats) permite ter tecnologia no espaço funcional com baixos custos, mas com eficiência comprovada.

O que o ISTSat-1 já provou (em órbita) em dois anos de atividade

Em órbita terrestre desde 9 de julho de 2024, ou seja, há dois anos, o ISTSat-1, o primeiro satélite universitário português, comprova ainda hoje a eficácia do projeto através do regular funcionamento para o qual desenvolvido.

Mas o que é e para que serve o ISTSat-1?

O ISTSat-1 é um CubeSat 1U (10 x 10 x 10 cm) e foi primeiro aparelho português do género a ser lançado para a órbita baixa terrestre. Foi desenvolvido pela equipa IST NanoSatLab, composta por alunos e professores do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa, que trabalharam no campus Taguspark do Técnico, no âmbito do programa Fly Your Satellite! da ESA.

ISTSat - 1tal como foi para o espaço | Créditos: IST

O objetivo do ISTSat-1 foi estudar a viabilidade do uso de nanossatélites, especificamente CubeSats, para receber sinais ADS-B em áreas cobertas por estações terrestres.

Partindo do pressuposto de que as estações terrestres sejam capazes de identificar todas as espaçonaves dentro de seu alcance, os dados ADS-B coletados pelo ISTSat-1 serão comparados aos das estações terrestres. Os CubeSats são muito simples e baratos quando comparados aos satélites convencionais, portanto, nossa missão é demonstrar que mesmo um satélite de "baixo custo" pode cumprir a função de satélite de suporte ADS-B.ADS-B é um sistema de vigilância aérea projetado para complementar o Radar de Vigilância Primária (PSR) que, num futuro próximo, pode vir a substituir o Radar de Vigilância Secundária (SSR) que monitoriza a velocidade e altitude das aeronaves em todo o mundo.

“O ISTSat-1 tem duas funções básicas ou dois objetivos básicos. A missão tecnológica que nós queremos demonstrar, é que conseguíamos fazer um receptor de ADS-B, um sistema de mensagens utilizado pelos aviões, que permite fazer o rastreio da sua posição quando os aviões estão em cima do oceano”.

Atualmente as comunicações das aeronaves são feitas através dos satélites que reenviam o sinal para terra e vice-versa.

“Aquilo que nós mostramos com o ISTSat-1 é que é possível fazer isto com uma tecnologia muito mais eficiente em termos energéticos e em termos computacionais”, explica João Paulo Monteiro.

“Uma tecnologia entre aspas mais simples, que nós conseguimos ter, no desempenho de descodificação das mensagens equiparável a coisas que até agora se fazia com sistemas mais complexos e mais caros em termos financeiros e em termos de consumo de energia e computacional. A outra parte era o objectivo, que foi no fundo, nós termos conseguido demonstrar em órbita a plataforma de um CubeSat feito por nós”.

Mas não só. O ISTSat-1 não serviu apenas para chegar ao espaço. Serviu para validar sistemas críticos e soluções tecnológicas portuguesas em condições reais de operação, que agora podem ser utilizados e validados na construção de novos nanosatélites.

O investigador João Paulo Monteiro, à frente deste laboratório criador de novos satélites made in Portugal há oito anos, chama ainda a atenção que o maior sucesso do satélite não está apenas na tecnologia desenvolvida. O projeto foi mesmo o catalisador que deu origem ao IST NanoSatLab, dedicado à investigação e desenvolvimento de pequenos satélites.

Atualmente, o laboratório continua a formar estudantes e a desenvolver novas missões espaciais.

Um pequeno passo, próximo passo: o satélite ligado à rede 5G

O ISTSat-1 foi o primeiro, pequeno e tímido passo necessário para a colocação em marcha de novas ideias e projectos ligados à tecnologia espacial. Agora os elementos frente do NanoSatLab têm já um novo desafio pela frente: um Nanosatélite 5G.

Esta é uma das missões mais inovadoras em desenvolvimento e surgiu de uma parceria com a Altice Labs.

A ideia rompe com o paradigma habitual das comunicações espaciais. Em vez de o satélite funcionar como uma estação para recolher dados de sensores terrestres, será o próprio satélite a comportar-se como um utilizador da rede móvel.

"Todas as missões espaciais relacionadas com conectividade 5G tem como principal objetivo o uso de tecnologias 5G, de baixo consumo energético. Por exemplo, sensores agarrados a animais ou só recolha de sensores em geral na terra, que por estarem em áreas remotas, não têm acesso a uma rede 5G e, portanto, grande parte das missões o que propõem é um satélite que, à medida que percorre a órbita ou passa por cima da área terrestre, vai recolhendo a informação usando o 5G".

"O ponto principal é que nós conseguimos fazer o equivalente a meter um cartão SIM no satélite e o satélite passar a estar ligado à rede 5G terrestre, com a vantagem de que toda a infraestrutura já está montada".

"Assim, em vez de nos basearmos em ground stations, ou seja, em estações terrestres feitas à medida para um sistema de comunicações específico para espaço, o que nós temos é um modem 5G, no satélite, que faz com que o satélite aceda à internet como se fosse um telemóvel".

[RTP Notícias] Pode-se-á utilizar este sistema para situações de emergência, segurança ou mesmo para a área da Defesa?

"Não acho que seja o nosso principal foco nesta missão. Digamos que o princípio básico é um bocadinho ao contrário. É abrir possibilidades, mais do que trancar e, portanto, eu veria isto mais como aplicação no mundo civil, nomeadamente capacidade de descarga de grandes quantidades de dados, mesmo que os satélites sejam pequenos. Mas claro que qualquer sistema de comunicações é passível de ser usado para esses fins”, sublinha o investigador do IST.

Na prática, o satélite pode aceder à Internet utilizando infraestruturas 5G já existentes e ser [o satélite] mais um utilizador direto da rede 5G terrestre.

O grande desafio do 5G no espaço: o calor

Mas a integração da tecnologia 5G em pequenos satélites levanta problemas significativos e o principal é a dissipação térmica que os equipamentos produzem. Dou como exemplo os nossos telemóveis.

O termo 3G, 4G e 5G entraram no nosso quotidiano como sendo sistemas tecnológicos que nos permitem realizar comunicação e transmissão de dados em rede com maior rapidez e quantidade e qualidade. Contudo para que este processo electrónicos e computacional exista tem que ter obrigatoriamente um conjunto de wardware e software que faça funcionar isto tudo. Além de consumir energia, o processamento destes sinais gera calor, muito calor.

Certamente já se deu conta de que se tiver a utilizar com frequência o seu telemóvel, a usar dados, ou a conversar durante bastante tempo, o aparelho apresenta uma temperatura mais elevada do que o normal. Ora esse calor tem origem precisamente na constante necessidade do aparelho transformar impulsos eléctricos e ondas electromagnéticas em conteúdos visuais e sonoros. E, se entra em sobrecarga, desliga-se.

"O desafio não é apenas comunicar. É conseguir manter os equipamentos vivos em órbita" - João Paulo Monteiro, investigador no Instituto de Sistemas e Robótica (ISR Lisboa) e professor auxiliar convidado pelo IST.

O mesmo se passa com os satélites normais, processando milhões de megabytes por segundo, e gerando calor, que é dissipado através de sistemas montados nas extruturas.

Mas os nanosatélites, muito pequenos por natureza, não têm espaço para colocar dissipadores de calor, sendo este fator verdadeira adversidade. E sem atmosfera, os métodos convencionais de arrefecimento deixam de funcionar", sublinha o investigador do IST à frente do NanoSatLab. “Não havendo uma atmosfera, não é nada fácil tirar energia térmica de dentro de um satélite”.

"Contrapomos com a ideia geral de que o espaço é frio".

"Mas não é uma boa ideia. O espaço não é nem frio nem quente. O espaço não é nada. O espaço em si não tem uma temperatura. O que tem uma temperatura são os corpos que são postos no espaço. E no caso do satélite, que tem a órbita baixa. Como estamos a trabalhar, isto pode querer dizer que enquanto o satélite está ao sol, está muito quente, e quando está escondido atrás da Terra está muito frio".

Segundo os cálculos da equipa, alguns sistemas poderiam atingir temperaturas superiores a 200 graus Celsius em apenas 20 minutos se não fossem desenvolvidos mecanismos específicos de controlo térmico.

Argus: inteligência artificial para encontrar satélites

A missão do IST NanoSatlab não se esgotou no ISTSat-1. Pelo contrário, foi impulso necessário para a afirmação da universidade como um polo de desenvolvimento tecnológico e espacial.

Muito embora tenha sido um trabalho académico, com apoio de investigadores credenciados, o sucesso do pequeno CubeSat universitário despertou a atenção de outras instituições académicas e empresas comerciais ligadas à área das comunicações.

Precisamente nesse campo, surge agora uma nova missão - Argus - com data de lançamento prevista para outubro deste ano, a bordo da Transporter-18 da SpaceX. Este nanosatélite constituído por dois CubeSats foi desenvolvido pelo IST NanoSatLab em parceria com a Carnegie Mellon University. O propósito da missão é criar autonomia aos satélites para estes informarem sozinhos onde estão.

Atualmente os pequenos satélites que são colocados no espaço são inicialmente rastreados, pela NORAD, mas devido ao número de enxames artificiais colocados mensalmente em órbita, a identificação destes só acontece quando o operador do nanosatélite o reconhece como seu.

Com este novo projeto uma das abordagens integradas na programação do Argus é a utilização de inteligência artificial para analisar imagens da Terra e calcular a órbita do satélite. Uma missão “treinada cá em baixo, em terra, para identificar, a partir de imagens, onde é que o satélite está”, no espaço.

Mas o Argus leva também uma experiência desenvolvida no IST, “uma experiência radiométrica, a partir das propriedades do sinal de rádio que nos chega cá abaixo, vindo do satélite”, de forma a identificar de onde é que o sinal está a ser enviado.

Apesar de pequeno e levar a bordo estas duas experiências, o Argus vai ainda levar a nível de experiências científicas um payload de rádio amador, “nomeadamente um Digipeater, ou seja um repetidor digital”.

Créditos: IST NanoSatLab

O digipeater escuta uma frequência específica (como 144.800 MHz em VHF). Quando capta um pacote de dados enviado por uma estação móvel ou portátil (com coordenadas GPS, mensagens curtas ou telemetria), ele retransmite esse sinal de forma automática para aumentar o alcance da rede e passá-lo a outras estações ou a um portal de internet (iGate).

Um simples repetidor, que pode parecer uma simples função, mas que, para o investigador no Instituto de Sistemas e Robótica, João Paulo Monteiro, avalia como uma função útil para a área do radioamadorismo que opera apenas em transmissões terrestres.

“O satélite tem um módulo em que se radioamadores em terra enviarem uma mensagem para cima, ele repete a mensagem e, portanto, difunde a por uma área geográfica muito grande".

"Tudo o que está dentro do satélite foi feito por nós e pelos alunos, também de muitos professores de Carnegie Mellon, nomeadamente o sistema de comunicações, o sistema de processamento de dados, o sistema de controlo de atitude, que curiosamente foi desenvolvido por um aluno que é aluno aqui do IST e também de Carnegie Mellon, e que está a fazer um programa doutoral dual, e portanto o satélite leva muita tecnologia a bordo, apesar de ser pequenino".

Enquanto o Argus se prepara para partir rumo à órbita e os engenheiros do Técnico procuram resolver os desafios do 5G no espaço, o laboratório continua a funcionar como sempre: alunos à volta de bancadas, computadores ligados, placas eletrónicas espalhadas pelas mesas e novos problemas à espera de solução.

É ali, entre cabos, soldaduras e linhas de código, que nasce a próxima geração de tecnologia espacial portuguesa. Porque, antes de chegar ao espaço, cada satélite começa por ser apenas uma ideia. E algumas das ideias que poderão marcar o futuro espacial de Portugal estão neste momento a ganhar forma num pequeno laboratório universitário em Oeiras.