9 de julho de 2024. Em Kourou, na Guiana Francesa, milhares acompanhavam o começo de uma nova era espacial para a Europa. Era o voo inaugural do Ariane 6, mas, pelas 20h em Lisboa, a mais de 5.700 km do porto espacial europeu, o entusiasmo coletivo estava concentrado em algo muito mais pequeno. Dentro do foguetão com mais de 60 metros de altura tinha sido colocado um cubo com 10 centímetros, que se tornaria o primeiro nanosatélite universitário português a ser lançado para o Espaço.

O ISTSat-1 foi integralmente desenvolvido pelo Instituto Superior Técnico. Começou como um sonho no início do século quando, em 2008, inauguraram o Centro Espacial Português — uma pequena estação de rastreio de satélites que agora fica no rés-do-chão do Polo de Oeiras da faculdade. Mas o projeto idealizado pelos professores Moisés Piedade e Rui Rocha só se começaria a materializar oficialmente quase uma década depois.

João Paulo Monteiro era um estudante de mestrado quando o NanoSat Lab venceu o concurso para participar no programa Fly Your Satellite da ESA. Em 2017, graças a esta iniciativa da Agência Espacial Europeia, o plano do ISTSat começou finalmente a sair do papel. “Foi uma ótima oportunidade, não só porque tivemos fundos para começar a construir o satélite, mas para lançar o laboratório”, descreve o professor que agora é um dos responsáveis pelo projeto.

Passaram sete anos entre o momento em que foram admitidos no programa e o lançamento do nanosatélite — e ainda vários dias até a equipa conseguir encontrar o pequeno cubo que colocou a flutuar a mais de 500 km da Terra. Hoje, já não estão limitados a uma sala. Agora, ocupando um corredor inteiro no campus do Taguspark, e com o “know-how” necessário para replicar o sucesso do primeiro lançamento, preparam as próximas missões e prometem aumentar a cadência de lançamento — contando com um novo já no final deste ano.

Os concursos para lançar satélites, a colaboração com os EUA e a tentativa de revolucionar o sistema espacial

É verão há mais de um mês e a época de exames já terminou para os universitários. Ao passar as portas de vidro com vista panorâmica para o Vale da Ribeira de Barcarena, em Oeiras, vemos apenas meia dúzia de estudantes ou investigadores, que continuam a pisar a calçada deste polo universitário quando a grande maioria está de férias. No segundo piso, mesmo antes de nos cruzarmos com a réplica de um dos satélites da Constelação Lusíada (desenvolvido pela Lusospace, mas com contribuições do grupo do Técnico), ouve-se a conversa animada na sala de reuniões.

A agitação naquele espaço reservado ao trabalho do NanoSat Lab contrasta com o silêncio do resto do campus. A discussão é sobre um projeto que só deverá chegar ao Espaço em 2029, mas que se encontra na fase mais importante: o desenvolvimento de tecnologia. A chegada do Observador àquele corredor espacial interrompe a reunião — que mais tarde será retomada. As três salas dedicadas ao trabalho laboratorial deste grupo estão ocupadas com estudantes.

A sala “limpa”, onde esteve o ISTSat-1 durante muito tempo enquanto era preparado — por ser um espaço com contaminação limitada —, fica ao fundo do corredor. Neste momento, não há nenhum protótipo funcional lá dentro, apenas dois estudantes de licenciatura apoiados pelo NanoSat Lab. Avizinha-se o prazo final do concurso CubeSat Portugal, um desafio lançado pela Agência Espacial Portuguesa a jovens estudantes universitários para desenvolver, de raiz, um destes nanosatélites de 10 centímetros de aresta.

O projeto destes alunos começou ainda no primeiro ano da licenciatura em Engenharia Aeroespacial, em 2024. O objetivo é desenvolver um dispositivo que consiga descodificar comunicações marítimas, numa parceria com a Marinha Portuguesa, até ao final deste ano, com a agência espacial nacional a assegurar-se do lançamento do CubeSat vencedor. Um CubeSat (satélite cúbico) é um tipo de nanosatélite, aqueles que pesam entre 1kg e 10kg. A particularidade deste género de dispositivo é a sua dimensão, obedecendo sempre aos 10cm de aresta, que compõem uma unidade de CubeSat (1U).

Na divisão ao lado, trabalha-se num outro CubeSat: o Argus. O projeto começou na Universidade de Carnegie Mellon, nos Estados Unidos da América, com o objetivo de desenvolver um equipamento que faça “determinação de órbita”, ou seja, que tenha a capacidade de descobrir onde se encontra, em órbita, de forma autónoma. Atualmente, se uma instituição como o NanoSat Lab enviar um objeto para o Espaço, só existe uma maneira de o localizar. Engenheiros de todo o mundo — menos da China e da Rússia, por exemplo — são obrigados a recorrer a um sistema de radares ligado à Defesa norte-americana.

“Logo a seguir ao lançamento, dizem-nos: ‘Estão aqui os seis objetos que foram lançados nesta fase. Agora descubram qual é qual.’”, admite ao Observador João Paulo Monteiro, um dos responsáveis pelo grupo do Instituto Superior Técnico. “Os radares apontam para cima e determinam onde estão todos os objetos espaciais que estão em órbita”, explica. Para fugir a esta dependência e aproximar-se de uma total autonomia nestas operações, aquela universidade norte-americana procurou o NanoSat Lab.

“Numa visita do professor de lá ao Técnico, conversámos e chegámos à conclusão de que eles estavam com problemas em validar o sistema de comunicações e não tinham como operá-lo. Dissemos que era o tipo de coisa que gostávamos de fazer e que podíamos colaborar”, conta o professor português. A parceria nasceu em setembro do ano passado, graças a acordos estabelecidos entre as diferentes instituições. A ideia é que o Argus seja lançado em outubro, a bordo do Falcon 9 da SpaceX, obrigando os membros do grupo a concluir os trabalhos em menos de um ano — uma vez que só começaram no início de 2026.

Do lado português, a maior contribuição será a nível das telecomunicações, mas o CubeSat, quando for lançado, funciona de duas maneiras. “A ideia americana, que foi a original, utiliza quatro câmaras a tirar fotografias à superfície terrestre”, aponta João Paulo Monteiro. Mas grande parte do trabalho vai acontecer a um nível invisível a olho nu. O satélite leva a bordo uma rede neuronal treinada com imagens do Google Earth, por exemplo, e outras imagens sintéticas geradas a partir de terra. Com as câmaras incorporadas, vai captar imagens terrestres e faz “a inferência pelo caminho contrário: vê que imagem está a observar e diz-me que, se estou a ver isto com este ângulo, é porque estou nesta zona”.

A segunda forma de funcionamento visa perceber se será possível fazer a determinação de órbita através de sinais de rádio. Os membros do NanoSat Lab querem perceber se, ao receber um sinal do satélite, “através das suas características e se o recebermos em mais do que uma estação, pela diferença do tempo de chegada do sinal”, conseguem determinar onde o satélite está naquele momento.

A simplicidade intencional e os custos mais reduzidos. Vale a pena apostar nos nanosatélites?

Naquela sala, onde estão dois alunos a trabalhar, existe um protótipo funcional do pequeno satélite luso-americano. É um cubo, tal e qual (a olho nu) o que foi lançado há dois anos, também com antenas feitas com fita métrica — sim, o material que qualquer pessoa tem em casa. “A nossa experiência a fazer antenas é que as fitas métricas são o que funciona melhor”, refere João Paulo Monteiro, apontando para as propriedades de shape memory, flexibilidade e o facto de ser uma liga de titânio, resistente. “É algo tão disseminado no mercado que, se eu quisesse fazer exatamente o mesmo com material comprado especificamente para o propósito, sairia muitíssimo caro”, acrescenta.

Esta característica enquadra-se no ethos do laboratório: fazer muito com pouco. E o Argus é um exemplo desta forma de trabalhar. “Uma característica é que usa hardware muito simples comparado com os CubeSats normais”, continua o responsável pelo projeto. A simplicidade é intencional. “É uma ideia que veio de um professor de Carnegie Mellon há uns anos e que entrosou bem connosco, porque também temos essa filosofia de ver quão simples conseguimos fazer”, revela, apontando para uma placa com um processador e um módulo de comunicações, que diz ter custado cerca de 10 euros a produzir. “É bastante barato”, afirma.

Na sua essência, um nanosatélite tem um custo significativamente mais reduzido que um satélite maior. Para referência, os custos de produção e de logística de lançamento do ISTSat-1 rondaram cerca de 270 mil euros. Já o AEROS MH-1, o segundo satélite alguma vez lançado por Portugal, que é três vezes o CubeSat do Técnico (3U), custou cerca de três milhões de euros. E apesar de as vantagens serem claras em termos de custo, João Paulo Monteiro defende que “não é justo comparar”.

“O satélite da missão Aeros faz mais coisas e usa uma plataforma comercial. Não é justo comparar diretamente os preços, porque grande parte do nosso desenvolvimento é feito por alunos a fazer a tese de mestrado. Se pagássemos a todos os engenheiros envolvidos, o valor seria muito superior. Quando se paga o preço de um equipamento qualificado para o Espaço, paga-se a garantia de que vai funcionar. Na universidade aceitamos mais risco, por isso as coisas custam menos. O nosso objetivo é o teste e a experimentação”, explica.

O professor do Instituto Superior Técnico conta que quando começaram a surgir estes CubeSats, há cerca de uma década, “havia a ideia de que toda a gente ia deixar de lançar satélites grandes”. Porém, reforça que “hoje é claro que isso não vai acontecer”, justificando que “são equipamentos para aplicações diferentes”. Os dispositivos mais pequenos permitem explorar tecnologia rapidamente e a custos muito mais reduzidos. Já os maiores, como os da Starlink, por exemplo, que pesam cerca de 200kg, continuam a ser necessários para serviços com telescópios de alta resolução ou sistemas de propulsão capazes de alterar a órbita. Além disso, o tempo de vida de um satélite grande ronda os 30 anos, enquanto o ISTSat-1 deve durar pouco mais de uma década, e não é garantido que esteja sempre operacional.

No âmbito de projetos universitários, como são os nanosatélites do Técnico, a principal motivação é “arriscar e experimentar coisas novas”, uma postura muito diferente daquela que pauta as missões lideradas por instituições privadas, que precisam de retornos mais rápidos. “A vantagem e a desvantagem de fazer tudo de raiz é que a primeira iteração demora muito. O passo mais difícil é passar do não saber para o saber fazer. Na universidade, é fácil justificar este investimento porque o retorno está no conhecimento”, afirma o responsável, adiantando que se fossem exigidos resultados imediatos em poucos meses “ninguém perdia tempo a desenvolver tecnologia própria”.

Como explica João Paulo Monteiro, o primeiro satélite desenvolvido pelo laboratório demorou mais de sete anos a ser produzido e lançado. Está previsto que os projetos atuais durem uma fração desse período, precisamente por já terem adquirido esse “know-how“. O NanoSat Lab tem duas missões principais. A primeira é “explorar e desenvolver tecnologia inovadora na fronteira do conhecimento”, fazendo a prova de conceito de sistemas próprios. No caso do ISTSat-1, o objetivo científico foi procurar uma solução “low-cost e low-power” para prestar o serviço ADS-B, para descodificar o sinal transmitido por aeronaves.

A segunda missão é a formação. Segundo o professor, do projeto do ISTSat-1 saíram dezenas de teses de mestrado — alguns alunos estiveram no início e não participaram na fase final de lançamento e vice-versa. “São pessoas que saem daqui capacitadas para fazer coisas que nunca tinham sido feitas em Portugal”, numa altura em que o interesse no setor espacial tem vindo a “crescer imenso” nos últimos anos, não só a nível universitário, mas com um número crescente de empresas a apostar neste meio.

“Somos os precursores da abertura da rede 5G terrestre para utilização espacial”

O NanoSat Lab não nasceu da engenharia aeroespacial tradicional. O Centro Espacial Português, que agora está no rés-do-chão do edifício principal do campus no Taguspark, começou como um grupo de radioamadorismo, composto por interessados em comunicações com satélites. Assim, este laboratório integra diferentes perspetivas da engenharia eletrónica e de telecomunicações, para além da vertente diretamente ligada ao Espaço, o que tem aberto as portas a abordagens únicas e diferentes.

Não faltam referências espaciais. Numa parede está afixado um poster da Estação Espacial Internacional, mas na bancada poucos metros à frente encontra-se uma réplica tridimensional daquela mesma estação. As três bancadas que preenchem a divisão parecem idênticas, com três monitores cada uma e diferentes rádios por baixo. Para ligar o equipamento é preciso “algum tempo” e o responsável por essa operação não estava no campus durante a visita do Observador, por isso os aparelhos mantiveram-se desligados.

O ISTSat-1, que continua a ser acompanhado naquela estação, só passa pelas antenas instaladas no telhado do polo universitário “duas ou três vezes por dia”, em intervalos de “dez minutos”. Por isso, a sala continua a ser utilizada para o seu propósito inicial. Entre a memorabília espacial, existem vários rádios convencionais para comunicações de rádio amador em UHF e VHF, que são as frequências que são utilizadas nos satélites. “Com os computadores, calculámos onde o satélite está a partir das informações que o governo americano disponibiliza”, descreve João Paulo Monteiro, fazendo uma nova referência ao potencial do projeto Argus.

A bancada mais à direita é a menos utilizada pelo grupo. As outras duas, devido a problemas detetados no sistema de comunicações do ISTSat-1, foram destacadas para minimizar o efeito destas falhas. “Acabámos por associar cada uma das outras duas bancadas a uma das torres de antenas. Usamos uma torre só para enviar sinais e outra só para receber”, explica o professor do Instituto Superior Técnico.

Foi esta experiência que colocou o laboratório universitário na mira de um novo “projeto ambicioso”. E se fosse possível não ter de esperar por aqueles 10 minutos, um par de vezes por dia, para comunicar com o satélite? A ideia, estabelecida em conjunto entre o NanoSat Lab e a Altice Labs, é usar estações da rede 5G em Terra e apontá-las para os satélites. “A Altice Labs quer desenvolver um router 5G espacial, o que vai aumentar drasticamente as janelas de comunicação”, descreve João Paulo Monteiro.

O conceito “não é como o Starlink”, a rede de satélites da SpaceX que fornece internet aos utilizadores na Terra. Aqui é o inverso. “Com este sistema, sempre que o satélite passar por cima da Europa estará a comunicar com alguma estação base 5G terrestre. Como usa os protocolos 5G, o satélite integra-se na rede como se fosse um telemóvel”, acrescenta o especialista.

A Altice Labs procurava um parceiro académico para se candidatar a um financiamento da Agência Espacial Europeia, tendo formado uma parceria com o laboratório do Instituto Superior Técnico e um outro grupo na Universidade do Luxemburgo. “Falaram connosco, partilhámos ideias e estabeleceu-se uma grande relação de confiança. Eles não tinham experiência na área espacial, por isso montámos a proposta juntos e a ESA financiou o projeto”, conta João Paulo Monteiro.

Existem vários desafios para implementar este projeto que, neste momento, está prestes a entrar na primeira fase de desenvolvimento tecnológico, “a fase mais crítica”. As gamas de frequência alocadas aos operadores terrestres, como a Vodafone ou a Altice, são para utilização em solo, não no Espaço. Por isso, como explica o professor do Técnico ao Observador, o resultado final previsto para estes nanosatélites 5G “não é legal”. Mas também não é ilegal, simplesmente não está previsto em qualquer legislação.

“Foi-nos permitido fazer esta experiência: enquanto o satélite estiver sobre território português, abrem uma janela no espectro para testarmos. A ESA tem interesse nisto para perceber como poderá vir a ser legislado no futuro. Somos os precursores da abertura da rede 5G terrestre para utilização espacial”, afirma. O satélite será um 3U, o triplo do tamanho do ISTSat-1, e está previsto ser lançado entre 2028 e 2029.

Admitindo o sucesso da missão, a Agência Espacial Europeia antevê que a tecnologia permita que os nanosatélites estejam “online quase sempre”, superando aquela que continua a ser uma das maiores limitações no setor. E, por isso, acredita que esta operação portuguesa vai “abrir a porta a muitas oportunidades” no futuro.