Una lámpara solar ilumina una maqueta de satélite recubierta con una manta térmica dorada. En el centro destaca un propulsor en forma de copa cuya superficie iridiscente brilla con los colores del arcoíris. Unos metros más allá, fuera de encuadre, una cámara se acerca lentamente y escanea la escena – como en un ejercicio real de encuentro entre dos naves espaciales. Precisamente tales escenas están siendo convertidas hoy por empresas europeas en tecnologías que seguramente gestionarán mañana el tráfico en las órbitas terrestres.

El dúo luxemburgués y el banco de pruebas europeo para la navegación autónoma

Dos empresas de Luxemburgo – LMO y ClearSpace – desarrollan dentro de programas europeos sistemas de navegación autónoma destinados a encuentros y capturas en órbita. Para verificar algoritmos y sensores confían en el Guidance, Navigation and Control Rendezvous, Approach and Landing Simulator (GRALS), parte de las instalaciones de prueba de guiado, navegación y control (GNC) de la ESA en el centro técnico ESTEC en los Países Bajos. El entorno de GRALS une dos brazos robóticos sobre largos rieles: uno lleva el "cazador" completo con cámaras y ordenadores para el procesamiento de imágenes, y el otro sostiene el objetivo – una maqueta de satélite con materiales reales y detalles de superficie. En tal laboratorio es posible realizar de forma segura cientos de aproximaciones y "vuelos a escala real", incluyendo cambios rápidos de ángulo, contrastes extremos de iluminación y trayectorias complejas que en el espacio serían demasiado costosas o peligrosas para experimentar.

LMO y socios, como parte de la actividad DIOSSA (Development of In-Orbit Servicing Space Situational Awareness Payloads), desarrollan un sistema para la percepción visual y la navegación relativa en encuentros con objetos "no cooperativos" – desde satélites gastados hasta adaptadores rotos y etapas de cohetes. Paralelamente, ClearSpace en Luxemburgo construye una cartera de servicios de extensión de la vida útil de satélites y eliminación de basura, y prepara también las primeras demostraciones comerciales en órbita geoestacionaria. Su denominador común son los sistemas vision-based navigation (VBN) y las verificaciones en GRALS, que dan a la industria un "patio de recreo espacial" controlado antes del vuelo.

Por qué "ver" en órbita es difícil

En la negrura interestelar, los materiales brillantes y los contrastes nítidos crean ilusiones ópticas. Los satélites rotan, proyectan sombras profundas, y la distancia y la velocidad relativa cambian la perspectiva segundo a segundo. Los sistemas VBN deben estimar a partir de una a varias imágenes en tiempo real la "pose" del objetivo – su posición y orientación en seis grados de libertad – y eso bajo condiciones de iluminación desconocidas. En comparación, la conducción autónoma en la Tierra tiene marcas viales, señales y cientos de millones de ejemplos de referencia; en órbita eso no existe. Por eso los algoritmos se aprenden y verifican en una combinación de datos sintéticos y maquetas físicas en el laboratorio.

Las maquetas que se utilizan en GRALS se seleccionan y fabrican para que se asemejen a plataformas reales. Las superficies están cubiertas con aislamiento multicapa (MLI), en ellas se fijan réplicas de antenas, sensores y soportes, y en el lado soleado se insertan muestras de células solares. Con ello se consigue la representatividad óptica necesaria para que las redes neuronales y los algoritmos clásicos "vean" durante el aprendizaje lo que realmente verán en órbita.

Cómo es una prueba típica en GRALS

En la fase temprana de prueba de VBN, cámaras multipropósito graban el objetivo desde distancias mayores, y la visión por computadora utiliza contornos y bordes iluminados para determinar la dirección y la distancia aproximada. A medida que el "cazador" avanza, la resolución del objetivo en píxeles aumenta, por lo que el sistema puede estimar también la orientación relativa y las velocidades angulares. Las verificaciones finales abarcan aproximaciones extremadamente cercanas, cuando es necesario distinguir detalles como tornillos, ranuras y pliegues térmicos que crean sombras inusuales. GRALS en esos momentos permite una cámara "espacial" completamente oscurecida con una única fuente de luz solar y movimientos precisos y repetibles de los brazos robóticos, lo cual es clave para la validación metódica.

Además de cámaras en el espectro visible, se integran otros sensores – LIDAR, cámaras de profundidad e incluso telémetros de radar – para obtener datos redundantes en malas condiciones de iluminación o cuando el objetivo está cubierto con MLI caliente que crea saturaciones. El software luego fusiona las mediciones y toma decisiones sobre los impulsos de los propulsores: si frenar, girar, orbitar alrededor del objetivo o retirarse a una distancia segura.

DIOSSA: del laboratorio al espacio

DIOSSA es una actividad plurianual respaldada por el programa luxemburgués LuxIMPULSE. El objetivo es crear una "carga útil" autónoma – un módulo SSA/VBN – que se pueda instalar en naves de servicio o como sistema secundario en plataformas existentes. LMO con socios desarrolla algoritmos para la conciencia situacional, la detección y el reconocimiento de objetos y la estimación robusta de la pose en todas las fases de aproximación. Con ello se crea la posibilidad de que el servidor, cuando se encuentre en la vecindad inmediata de un satélite dado de baja, tome decisiones rápidas y seguras sin apoyo constante desde la Tierra.

Luxemburgo ha invertido sistemáticamente en innovaciones espaciales en la última década para atraer empresas que se dedican a servicios en órbita, gestión del tráfico y vigilancia del entorno espacial. A través de LuxIMPULSE se financian el desarrollo industrial, prototipos y demostradores, y la implementación la coordina la Luxembourg Space Agency (LSA) en colaboración con la ESA. Precisamente en ese marco se construyó también la presencia luxemburguesa de ClearSpace, que junto a la eliminación de basura ha desarrollado planes para la extensión de la vida útil de satélites geoestacionarios.

ClearSpace y la nueva ola de servicios en el cinturón GEO

La órbita geoestacionaria (GEO) está llena de satélites costosos, pero técnicamente sanos, que se han quedado sin combustible. En lugar de retirarse prematuramente a una órbita "cementerio", los servidores pueden atraparlos, estabilizarlos y proporcionar años adicionales de operación. ClearSpace ha iniciado desde 2025 la fase de consolidación de la misión de extensión de vida en GEO, con el apoyo del LuxIMPULSE luxemburgués a través de un contrato de la ESA. El plan es desarrollar la capacidad de acoplamiento autónomo a plataformas comerciales y vuelo conjunto seguro (tándem), con lo que se extendería la vida operativa sin construir nuevos satélites. Tales servicios apuntan al período entre 2028 y 2030, cuando muchos satélites GEO de hoy entran en "jubilación".

Tales operaciones requieren las mismas capacidades fundamentales que la eliminación de basura: navegación visual precisa, sistemas para acoplamiento mecánico y algoritmos para el control del conjunto después de la captura. Por eso, las experiencias de laboratorios como GRALS – donde se ensayan pasadas con gran velocidad angular, condiciones de deslumbramiento y maniobras de evasión – son directamente transferibles a los futuros servidores GEO.

LMO: algoritmos "cara a cara" con el objetivo

LMO nació con la misión de permitir a los satélites un "sentido de presencia" – la capacidad de percibir y comprender su entorno en vuelo. Como parte de DIOSSA y otros proyectos, el equipo desarrolló métodos de reconocimiento de objetivos bajo diversas fases de iluminación, incluyendo condiciones dominadas por specular highlights del MLI y sombras profundas de superficies ocultas. Durante campañas de prueba presentadas públicamente en GRALS, LMO validó estrategias de aproximación junto a maquetas que representan plataformas geoestacionarias y de comunicación, con el objetivo de reconocer de manera fiable el tipo, las dimensiones y el estado del objetivo en vuelo.

Un resultado clave de estas pruebas es el mapeo de los límites de fiabilidad: qué tamaños de objetivo en píxeles garantizan una estimación robusta de la pose, cuánto ruido en los datos es aceptable antes de que el sistema decida retirarse, y qué maniobras "fail-safe" minimizan el riesgo de colisión. Tales métricas entran finalmente en los reglamentos operativos de futuros servicios – desde la desorbitación hasta la inspección y actualizaciones.

De maquetas a datos de campo: cómo se "aprende" la mirada

El entrenamiento de redes neuronales para VBN se basa en una combinación de datos sintéticos y físicos. Las escenas sintéticas permiten una cobertura rápida de un vasto espacio de variaciones (ángulos de iluminación, texturas, fondos), pero los modelos físicos en el laboratorio revelan "errores de la realidad" – reflejos inesperados, inexactitudes en texturas, tolerancias de uniones. Por eso, en fases posteriores de desarrollo se introducen en GRALS maquetas más grandes, utilizadas en aproximaciones finales donde es necesario ver de manera realista la fina topografía de las superficies y gestionar con precisión los empujes en intervalos muy cortos.

Qué significa "objetivo no cooperativo" y por qué es importante

A diferencia de los objetos cooperativos (por ej. estaciones espaciales con marcas visuales y puertos), la mayoría de los satélites más antiguos no tienen ni control activo de orientación ni puntos de agarre estandarizados. Algunos rotan lentamente por precesión, otros tienen elementos desgastados, dañados o parcialmente desplegados. VBN debe primero reconocer con qué está tratando, estimar velocidades y orientaciones, y solo entonces elegir una aproximación – desde el lado "nocturno" para mejor contraste, en un ángulo tangencial para evitar antenas, o sobre el eje polar para una estabilización más fácil tras la captura. En caso de resonancias peligrosas y destellos inesperados del MLI, el sistema debe estar listo para un alejamiento automático y una nueva aproximación.

Contexto europeo: Zero Debris y gestión del tráfico

El programa Space Safety de la ESA ha adoptado el objetivo Zero Debris para la década de 2030, lo que significa una reducción radical de la generación de nuevos fragmentos y una gestión activa de los objetos heredados. Misiones como ClearSpace-1 – la primera demostración europea de captura de un objeto no operativo – e iniciativas de extensión de la vida útil en GEO son parte del mismo ecosistema: prevención y rehabilitación. A medida que el número de satélites se multiplica, sin sistemas autónomos de inspección, evasión y servicio, los riesgos crecerían exponencialmente. En este sentido, laboratorios como GRALS aseguran que los algoritmos y sensores maduren en condiciones "reales" antes del vuelo.

Tecnologías tras bambalinas: de la calibración a la certificación

Una cadena VBN exitosa comienza con la calibración de cámaras y el conocimiento exacto de la óptica: longitudes focales, distorsiones, desplazamientos del punto principal. Sigue una rigurosa sincronización de sensores y marcas de tiempo para unir datos visuales e inerciales. En GRALS estos procesos se ensayan con control sobre todos los parámetros del entorno – desde la intensidad de la fuente de luz hasta la velocidad de los trineos lineales. Al final es necesario probar la robustez: que el sistema mantenga el rendimiento a pesar de la degradación de sensores, la radiación cósmica, las dilataciones térmicas y la lenta rotación a la deriva del objetivo.

El camino de certificación para el vuelo incluye también análisis de seguridad: definición de un "cis-corredor" alrededor del objetivo, distancias mínimas para el aborto, procedimientos automatizados para el alejamiento en caso de pérdida del rastro visual o saturación en las imágenes. Tales escenarios pasan hoy miles de simulaciones y cientos de horas de pruebas hardware-in-the-loop (HIL) precisamente en plataformas como GRALS.

Aplicaciones más allá del servicio: desde asteroides hasta vuelo en formación

Aunque el mantenimiento y la eliminación de satélites son el principal estímulo, los mismos principios VBN impulsan también otras misiones: navegación cercana precisa en la exploración de cuerpos pequeños, aterrizaje seguro en la Luna o Marte, y vuelo en formación de múltiples naves que llevan instrumentos conjuntamente. GRALS ha servido en el pasado también para probar métricas visuales que utilizan las misiones de la ESA para la defensa planetaria y tecnologías de vuelo en formación, por lo cual la instalación se actualiza continuamente con nuevos módulos, configuraciones de iluminación y capacidades robóticas.

El impulso industrial de Luxemburgo

Luxemburgo estuvo entre los primeros estados de la UE en reconocer el potencial económico de los servicios en órbita. La combinación de incentivos a través de LuxIMPULSE, el apoyo de la LSA y la conexión con centros de investigación – como el SnT de la Universidad de Luxemburgo – creó un clima en el que surgen equipos especializados en autonomía, percepción y seguridad de sistemas. LMO en ese ecosistema construye productos que dan a los satélites "vista" y "sentido de proximidad", mientras que ClearSpace desde Luxemburgo desarrolla operaciones comerciales con las que se reducen los costes para los propietarios de satélites y se abre el camino hacia una economía circular en el espacio.

Qué sigue: de la validación a las operaciones

Los siguientes pasos son claros: terminar la validación de algoritmos en maquetas representativas y conjuntos de hardware reales, elegir misiones de referencia para la demostración de aproximaciones cercanas y, finalmente, certificar procedimientos de aproximación que pasarán del laboratorio a la práctica diaria. A medida que la industria se consolide, aparecerán también estándares para puntos de agarre, marcadores visuales y protocolos de datos comunes, pero hasta entonces VBN debe permanecer "políglota" – capaz de reconocer y atrapar de forma segura objetivos diversos sin marcas previas.

El camino hacia un tráfico espacial sostenible pasa por una combinación de sensores inteligentes, algoritmos robustos y bancos de pruebas creíbles. Desde los pliegues dorados del MLI que confunden a las cámaras hasta los precisos impulsos de los propulsores al "tocar la nariz" del objetivo – las tecnologías que se ensayan hoy en Noordwijk decidirán mañana si nuestras órbitas permanecen seguras, funcionales y abiertas para nuevas generaciones de misiones y servicios.