Fotónica Integrada: la eficiencia energética que define el futuro de la autonomía espacial

En la industria del New Space, existe una regla de oro: la eficiencia lo es todo. Cuando enviamos un satélite al espacio, nos enfrentamos a limitaciones severas de tamaño, peso y, especialmente, energía. Cada vatio consumido por los sistemas electrónicos de a bordo es energía que debe ser generada por paneles solares y almacenada en pesadas baterías. En esta nueva era de la exploración espacial, la tecnología fotónica se posiciona como un habilitador crítico para superar las limitaciones de la electrónica tradicional. En Gradiant, diseñamos soluciones fotónicas con el objetivo de ampliar el espectro de funcionalidades y mejorar la eficiencia de estos sistemas. La fotónica integrada es una tecnología que, en vez de utilizar electrones para procesar información, utiliza luz (fotones), minimizando así parámetros de consumo de potencia y en su versión integrada incluso reduce tamaño y peso, requisitos  vitales para el sector aeroespacial, donde cada gramo y cada milivatio cuentan.

Gradiant trabaja en las distintas etapas del desarrollo de soluciones fotónicas, desde la creación de algoritmos de procesamiento de señal hasta el diseño y modelado a nivel de componente, chip y sistema. Este trabajo incluye también el encapsulado, el montaje de demostradores y la validación experimental en laboratorios especializados.

Estas tecnologías y su papel en el futuro del sector espacial serán algunos de los temas que abordaremos en New Space España 2026.

Fotónica para procesar más datos, con menos consumo

La fotónica aplicada al procesado de señal es otra de las líneas con mayor potencial para las nuevas plataformas espaciales. Frente a algunas de las limitaciones de la electrónica tradicional en velocidad, consumo energético o capacidad de miniaturización, el uso de la luz permite realizar operaciones de filtrado, multiplexado y manipulación de señales con gran precisión y desarrollar arquitecturas más compactas y eficientes. Además, posibilita trasladar cada vez más funciones de procesado al propio sistema fotónico, reduciendo la dependencia de etapas electrónicas de alto consumo y habilitando capacidades avanzadas de procesamiento en tiempo real directamente a bordo de la plataforma.

En Gradiant, trabajamos en estas capacidades para abordar distintos tipos de procesamiento, desde señales de radiofrecuencia e imagen hasta aplicaciones de inteligencia artificial. Así, combinamos una elevada capacidad de cómputo con un consumo reducido. Esto resulta especialmente relevante en satélites y otras plataformas donde el peso, la energía disponible, el ancho de banda y la posibilidad de procesar información en tiempo real son factores críticos.

Además, estas capacidades permiten trasladar una parte creciente del procesamiento al dominio fotónico reducir la dependencia de sistemas electrónicos de alto consumo y habilitar un análisis más avanzado directamente a bordo. Esto disminuye la cantidad de información que es necesario transmitir y facilita respuestas más rápidas. En la práctica, estos avances pueden traducirse en beneficios concretos:

• Para las empresas del sector: plataformas más compactas y eficientes, menor consumo energético y mayor capacidad de procesamiento en tiempo real, con impacto potencial sobre el peso, los costes de lanzamiento y la autonomía de los sistemas.
• Para la sociedad: una mayor capacidad para analizar información desde el propio satélite puede contribuir a aplicaciones como la monitorización del cambio climático, la detección de incendios o desastres naturales y unas comunicaciones globales más eficientes.

Fotónica aplicada: tecnologías que impulsan el New Space

Estas capacidades de la fotónica se traducen en aplicaciones concretas que permiten llevar más procesamiento, autonomía y eficiencia en las plataformas espaciales. Un ejemplo son las redes neuronales fotónicas, que utilizan la luz para procesar información. En Gradiant, trabajamos en sistemas capaces de operar con consumos de apenas 1 a 10 milivatios, frente a aproximadamente 1 vatio en sistemas convencionales, lo que permite acercar capacidades avanzadas de inteligencia artificial a plataformas con recursos energéticos muy limitados.

En esta misma línea, desarrollamos nuevas arquitecturas fotónicas para inteligencia artificial embarcada diseñadas específicamente para aplicaciones espaciales. Nuestro enfoque abarca todo el proceso de diseño, desde el modelado y optimización de los componentes fotónicos individuales hasta su integración en sistemas completos, incorporando desde las primeras etapas criterios de resistencia a la radiación, fiabilidad operativa y vida útil. Esta metodología nos permite avanzar hacia procesadores fotónicos altamente integrados, compactos y robustos, preparados para operar en las exigentes condiciones del entorno espacial.

Dentro del procesado fotónico de señales de radiofrecuencia, una de las tecnologías en las que trabajamos es la cancelación analógica de auto-interferencias en sistemas full-duplex o STAR (Simultaneous Transmit and Receive). Esta técnica permite transmitir y recibir simultáneamente utilizando el mismo canal de frecuencia, reduciendo las interferencias generadas por el propio sistema y aprovechando mejor el espectro radioeléctrico. Su implementación en el dominio fotónico permite abordar anchos de banda más amplios con menor consumo y complejidad, una ventaja estratégica para la creciente demanda de capacidad y conectividad en el espacio.

Una de nuestras líneas de trabajo se centra en trasladar cada vez más funciones de procesado al dominio fotónico, tanto para señales de comunicaciones como para datos procedentes de sensores embarcados. Esto permite reducir la información que debe enviarse a tierra, habilitar respuestas en tiempo real y disminuir la dependencia de elementos electrónicos de alto consumo, como etapas de procesamiento digital intensivo o cadenas de conversión analógica-digital, mejorando así la eficiencia global del sistema y habilitando el procesado en el Edge y en tiempo real. Con este enfoque, implementamos soluciones fotónicas tanto en formatos altamente integrados como en arquitecturas híbridas, combinando fotónica, microelectrónica, inteligencia artificial y software embebido para avanzar hacia sistemas de procesamiento más compactos, escalables y de bajo consumo, adaptados a las exigencias de las comunicaciones avanzadas, las plataformas cuánticas y los nuevos sistemas espaciales.

La próxima frontera: la fotónica autónoma

Una de las líneas de innovación más disruptivas que trabajamos en Gradiant busca reducir radicalmente el consumo energético de los sistemas fotónicos y aumentar su autonomía. En el ámbito espacial, la fotónica abre nuevas posibilidades para ampliar las capacidades de los satélites, aumentando su capacidad de procesamiento sin que el consumo energético crezca. Estos desarrollos tienen como objetivo crear dispositivos fotónicos capaces de operar sin intervención externa y reducir su consumo energético entre 100 y 1.000 veces frente a los estándares actuales.

¿Cómo lo hacemos? En cualquier circuito, una parte de la energía se disipa durante su funcionamiento. Nuestra tecnología permite capturar y reciclar esa energía residual para alimentar los propios circuitos de control del sistema fotónico y reducir drásticamente la necesidad de fuentes de alimentación externas.

El resultado es un dispositivo capaz de operar de forma prácticamente autónoma, tanto en términos de control como de consumo energético. Esto permite prolongar la vida útil de las misiones espaciales y facilita que satélites más pequeños asuman funciones que antes requerían plataformas de mayor tamaño o una supervisión constante desde tierra.

Avanzamos hacia una nueva generación de sistemas fotónicos más eficientes, autónomos y sostenibles, capaces de operar allí donde cada vatio y cada gramo cuentan.

¿Te ha resultado interesante? ¿Te gustaría conocer más sobre nuestras capacidades y aplicaciones de las tecnologías fotónicas al sector aeroespacial?

Autora: Marta Castro López , Head of Micro-Nanoelectronics and Photonics en Gradiant