Conociendo AWS Ground Station

Ad astra por la nube.

Fabiana Serangelli, Arquitecta de Soluciones en AWS México y
Servio Reyes, Arquitecto de Soluciones en AWS México

En los recientes años debido a los desarrollos en la industria aeroespacial, el acceso al espacio se ha ido democratizando, permitiendo que cada vez más individuos y organizaciones puedan desarrollar proyectos en este ámbito. Estas iniciativas deben de considerar varios aspectos, unos relacionados con las tecnologías espaciales y otros sobre cómo se transferirá la información de la Tierra al satélite y viceversa; en ese último punto el servicio de AWS Ground Station puede ser de gran utilidad.

AWS Ground Station es un servicio que surge de las necesidades y solicitudes de los clientes de AWS para controlar las comunicaciones satelitales, tanto del envío a (conocido como uplink), como la recepción de información desde el satélite (downlink). Funcionando como una estación terrestre, con la característica que el servicio es completamente administrado por AWS, lo que implica que AWS es responsable por la administración de la infraestructura física y del software de seguimiento de la antena hacia el satélite. A su vez, AWS administra el transporte de los datos desde la ubicación de AWS Ground Station hasta la Amazon VPC del cliente, en la misma o en otra región de AWS.

Los clientes pueden, a través de AWS Ground Station, administrar su contacto con el satélite. El término contacto hace referencia a la reservación que se genera para comunicarse con un satélite específico desde una ubicación terrestre por un tiempo determinado, solicitado por un usuario autorizado en particular. El tiempo de contacto máximo dependerá de la ubicación de la estación terrestre y de la geometría de la órbita, pero los usuarios de AWS Ground Station tienen la flexibilidad de escoger una duración inferior al máximo disponible y pagar sólo por los minutos que necesitan para comunicarse con sus satélites. Para obtener autorización, los usuarios deben ser los dueños del satélite, o tener permiso explícito por escrito del dueño del satélite. Con esa información y previo a realizar un contacto, hay que enviar un correo a aws-groundstation@amazon.com con la siguiente información:

Número NORAD del satélite a usar.
Número de la cuenta de AWS a autorizar.
Región(es) de AWS donde se usará AWS Ground Station.
Región(es) de AWS donde se descargará la información.

Una vez obtenida la aprobación, los contactos son reservados por medio de la consola de AWS, la línea de comando (CLI) o por medio de llamadas a un API a través de un SDK. Lo cual le da agilidad al negocio para reservar los contactos bajo demanda que se necesiten, así como la capacidad de automatizar su registro.

En vista de que AWS Ground Station está incorporado directamente en la nube de AWS, lo puede utilizar en conjunto con más de 200 servicios dependiendo sus necesidades. Por ejemplo la capacidad de almacenar los datos directamente en cubetas de Amazon S3 (reduciendo el tiempo de transferencia de datos), para posteriormente interpretar y procesar datos usando otros servicios AI/ML como Amazon SageMaker (para la creación y entrenamiento de modelos de aprendizaje automatizado), o usar servicios de inteligencia artificial administrados como Amazon Rekognition.

Características

AWS Ground Station le permite comunicarse con un amplio rango de satélites, tanto privados como de acceso público, con su previa autorización. Las órbitas de satélites no geoestacionaria (NGSO, por Non-Geostationary Satellite Orbits en inglés) con las que el servicio se puede comunicar son:

Órbita terrestre baja (LEO, por Low Earth Orbit en inglés): En esta categoría se encuentran satélites a una altura entre 160 km y 2000 km sobre la Tierra. Por su cercanía y velocidad para mantenerse en órbita, estos tienen un periodo orbital (tiempo de la vuelta alrededor de la Tierra) de 90 minutos aproximadamente. En este tipo de órbita se encuentran muchos satélites de observación terrestre y meteorológicos como AQUA de la NASA, o la Estación Espacial Internacional (ISS).
Órbita terrestre media (MEO, por Medium Earth Orbit en inglés): La altura desde la Tierra para este rango de satélites es entre los 2000 km y menos de 35000 km, y su periodo orbital varía dependiendo de su altitud. En este rango generalmente se encuentran satélites de navegación como los usados por los sistemas de GPS, GLONASS y Galileo.

Hablando sobre los tipos de bandas (rango de frecuencias en específico) que maneja AWS Ground Station. El servicio puede usar diferentes frecuencias, incluidas las siguientes:

Banda X (X-Band):AWS Ground Station soporta dos tipos de entrega de datos para downlink en Banda X. El servicio soporta la digitalización de la señal de radio frecuencias (RF) y su entrega a clientes en su propia Amazon VPC (siguiendo el estándar 2), para su demodulación por software, para señales de hasta 40MHz. Alternamente, AWS Ground Station puede entregar información demodulada, para señales de hasta 500MHz.
Banda S (S-Band): Esta soporta tanto transmisión o envío de datos en frecuencia de entre 2025 y 2120 MHz, como recepción de datos con rango de frecuencia de 2200 hasta 2300 MHz. En banda S, AWS Ground Station soporta únicamente la entrega/transmisión de señales de RF digitalizadas de acuerdo con el estándar VITA49.2.

Seguridad

Antes de realizar un contacto se necesita información del satélite y de su propietario. Esta información es verificada, AWS la vincula a la cuenta del cliente designada y posteriormente se podrán realizar los contactos de acuerdo a la identidad solicitada. Hablando sobre el envío y recepción de datos, AWS Ground Station entrega las señales capturadas directamente en las instancias de Amazon EC2 en la Amazon VPC del cliente, de forma que se pueden aprovechar herramientas habituales de seguridad como los son los grupos de seguridad o listas de control de acceso. En el caso de descarga directa a Amazon S3, el cliente designa directamente la cubeta en la que AWS Ground Station debe almacenar la información recibida

Observación terrestre

La actualidad de los datos es particularmente crítica cuando se trata de rastrear y actuar en eventos presentes en la Tierra. Por ejemplo, a medida que se van desarrollando acontecimientos ambientales o geopolíticos que evolucionan rápidamente, los clientes de AWS Ground Station pueden descargar los datos actuales a cualquiera de las estaciones terrestres de AWS a lo largo del mundo, procesar y analizar esta información para tomar medidas inmediatas.

AWS Ground Station permite a los clientes tener al alcance diferentes satélites propios o públicos con los cuales puedan obtener información. Dependiendo el satélite es el tipo de información obtenida, siendo el servicio capaz de obtener estos datos en crudo, para su posterior transformación dependiendo su utilización. Los niveles de utilización son del 0 al 4, de acuerdo a la NASA, y se resumen a continuación:

Nivel 0: Datos instrumentales sin procesar y reconstruidos, así como datos de carga útil en resolución completa. Con todos y cada uno de los artefactos de comunicación (por ejemplo, tramas de sincronización, encabezados de comunicación, datos duplicados) eliminados.
Nivel 1A: Datos georreferenciados (coordenadas geográficas) y ajustado para fuentes conocidas de error o interferencia.
Nivel 1B: Datos del nivel 1A con procesado de unidades de sensores, como el cálculo de la temperatura de una superficie por medio del brillo que emite.
Nivel 2: Productos específicos ricos en datos, tales son los datos de temperatura de la superficie del mar, datos de luz visible o concentración de hielo en el mar.

Nivel 3: Datos mapeados en escalas uniformes de cuadrícula de espacio-tiempo. Por ejemplo, datos de las divisiones políticas de los países.

Nivel 4: Salida del modelo o resultados de un análisis más profundo de datos de nivel inferior, a menudo utilizando datos de múltiples mediciones. Siendo una buena representación los mapas globales de emisión de CO2.

Dependiendo las necesidades del proyecto los anteriores niveles puedes ser procesados y aumentados de diferentes formas, con lo que se pueden derivar casos de uso para identificación de incendios, seguimiento de objetos, análisis climáticos, entre muchos más.

Modelo de facturación

AWS Ground Station se factura basado en la duración del contacto (en incrementos por minuto) y el ancho de banda de las señales recibidas y/o transmitidas, con dos categorías: banda estrecha (narrowband) para señales con anchos de banda menores a 54 MHz, y banda ancha (wideband) para señales que exceden los 54MHz.

Además, el servicio cuenta con contactos bajo demanda y reservados. Los reservados, a diferencia de los bajo demanda, tienen beneficios económicos para aquellos usuarios que reserven por lo menos 150 minutos al mes por 12 meses. Con la característica extra que los contactos reservados pueden ser cancelados con hasta 24 horas de anticipación sin cargos ni penalidades, de así necesitarse.

Para más información de precios y del modelo de factura consulta el siguiente link.

Clientes

Telespazio

Telespazio, uno de los mayores proveedores mundiales de soluciones y servicios satelitales con más de 60 años de experiencia, se encuentra en el mercado como proveedor de servicios e integrador de grandes misiones, ofreciendo servicios para segmentos upstream (investigación y manufactura espacial), midstream (operadores de satélites y proveedores de servicios de datos) y downstream (operaciones terrestres que usen satélites) para ayudar a las misiones espaciales a alcanzar sus objetivos.

Los servicios de AWS han ayudado a Telespazio a dar un paso adelante en la modernización de sus plataformas principales para el análisis de datos geoespaciales, tanto en términos de escalabilidad como de elasticidad y acceso a la innovación.

En marzo de 2020, Telespazio anunció públicamente que su plataforma de control de misiones satelitales ENABLE se ha integrado con AWS Ground Station. ENABLE es la primera plataforma en la nube para operaciones espaciales, permitiendo una gestión fácil, escalable y rentable de activos espaciales. La combinación de AWS y ENABLE ayuda a las empresas emergentes espaciales a minimizar los gastos de capital y utilizar esos fondos en el desarrollo de aplicaciones que respaldarán nuevas misiones y de importancia en el espacio.

Mohammed bin Rashid Space Centre (MBRSC)

MBRSC opera satélites de observación terrestre y está buscando ampliar su flota de satélites para los próximos años. Actualmente tiene una única estación terrestre en Dubai y busca ampliar su infraestructura disponible para conectarse a sus satélites desde diferentes ubicaciones en el mundo.

En octubre de 2018, KhalifaSat fue el primer satélite en la órbita terrestre baja (LEO) que fue completamente construido y producido en los Emiratos Árabes Unidos por MBRSC. KhalifaSat es un satélite de observación de la Tierra de detección remota que orbita esta misma cada 98.1 minutos y proporciona imágenes de satélite de alta resolución que ayudan a monitorear las condiciones críticas en la Tierra, como sequías e incendios forestales.

MBRSC utiliza AWS Ground Station para descargar los datos de observación de la Tierra desde KhalifaSat junto con las capacidades de almacenamiento y cómputo de AWS para transportar imágenes satelitales. Para que los socorristas tengan la información necesaria para ayudar a proteger y salvar vidas, y recursos naturales.

Cuando hubo incendios forestales en el norte y centro de California en agosto de 2020, KhalifaSat capturó imágenes que ayudaron a las agencias gubernamentales y a los primeros auxilios a monitorear y evaluar el impacto de los destructivos incendios.

Capella Space

Capella Space es un proveedor de datos de observación de la Tierra bajo demanda a través de un radar de apertura sintética. Ejecuta toda su infraestructura de TI en AWS para automatizar y escalar sus operaciones. Con AWS Ground Station hace que sea simple y rentable el poder controlar su constelación de satélites y recibir sus datos satelitales directamente en AWS utilizando una red completamente administrada de sistemas de antenas localizados en todo el mundo.

Al utilizar AWS, Capella Space ha mejorado la situación actual de los datos satelitales al vincular sus datos satelitales sin procesar a través de AWS Ground Station y hacer que esa información esté disponible para sus clientes en cuestión de minutos. AWS Ground Station permite a los equipos de Capella Space controlar las comunicaciones por satélite, procesar datos y escalar sus operaciones sin tener que preocuparse por construir o administrar su propia infraestructura terrestre. Siendo AWS Ground Station un servicio completamente administrado, Capella Space puede enfocar a su personal en innovar con nuevas aplicaciones que procesan, analizar y distribuyen datos satelitales.

Capella Space ha sido capaz de ayudar de manera rentable a clientes en las categorías de agricultura, infraestructura, defensa, y respuesta ante desastres a analizar y extraer el valor de sus datos al momento, garantizando el flujo de datos y que cuente con rápida reacción.

Seguir explorando

En este link se encuentra la documentación completa y más actualizada de AWS Ground Station. Los siguientes blogs tienen ejemplos de la implementación de AWS Ground Station para obtener información de satélites de observación terrestre:

Por último, también existen repositorios públicos en donde se pueden encontrar más ejemplos.

Sobre los autores

Fabiana Serangelli es arquitecta de soluciones en AWS México.

Servio Reyes es arquitecto de soluciones en AWS México.

Sobre los revisores

Carlos Landaeta cuenta con más de 15 años de experiencia en infraestructura de TI y se desempeña como Arquitecto de Soluciones para clientes del sector empresarial en AWS México.

Eloy Salcedo es un especialista en AWS Ground Station, y es actualmente arquitecto de soluciones en la unidad de negocio de Aerospace & Satellite Solutions (A&S) de AWS.

Mauricio Zajbert tiene más de 30 años de experiencia en la industria de TI y es un profesional de la infraestructura; él es actualmente Solutions Architecture Manager para cuentas empresariales en AWS México, liderando un equipo que ayuda a los clientes en su viaje a la nube. Ha vivido varias oleadas de tecnología y cree profundamente que ninguna ha ofrecido los beneficios de la nube.

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