Ingeniería de Sistemas EspacialesAplicado a una misión CanSat

Introducción

Concepto CanSat.

Sistemas Espaciales: Satélites.

Definición de la misión y requisitos.

Un CanSat consiste en una simulación de un sistema espacial integrado en el volumen de una lata de refresco. El concepto de CanSat fue introducido a finales de la década de 1990 por el profesor Robert Twiggs de la universidad de Standford.

Un CanSat representa un concepto fundamental en la enseñanza de la ingeniería espacial, ya que proporciona de una manera accesible, el conocimiento dentro de los estudiantes con los desafíos que representa la construcción de un sistema espacial, involucrando desde el diseño, construcción y pruebas de la carga útil así como de los diferentes subsistemas que se encuentran en cualquier nave espacial de grandes dimensiones, tales como el sistema eléctrico, comunicaciones, computadora de vuelo y manejo de datos, todos ellos contenidos en un volumen mínimo del tamaño de una lata de refresco (~350ml).

El CanSat es lanzado y se suelta a una altura determinada (desde varios metros hasta algunos kilómetros partiendo del nivel del terreno) mediante cohetes, globos u otro vehículo como aviones de modelado (radiocontrol). Puede hacerse uso de un paracaídas u otro sistema de descenso dependiendo del tipo de misión. Durante el proceso de subidabajada se transmite telemetría a una pequeña estación terrena de recepción. La adquisición y análisis de datos post-descenso permite a los estudiantes determinar si la misión se realizó con éxito.

Concepto CanSat.

Globo meteorológico:

Globo que lleva instrumentos a grandes alturas para obtener información sobre la presión atmosférica, la temperatura, la humedad y velocidad del viento por medio de un pequeño, dispositivo de medición llamado radiosonda.

Cubesat:

Un tipo de satélite miniaturizado para la investigación espacial que por lo general tiene un volumen de exactamente un litro (cubo de 10 cm para Cubesat de 1 unidad), tiene una masa de no más de 1,33 kilogramos, [2] y típicamente utiliza componentes comerciales para su electrónica.

Cohete de sondeo:

Consiste en un cohete diseñado para tomar mediciones y realizar experimentos científicos durante un vuelo sub-orbital. Llevan instrumentos a alturas de 50 a 1.500 kilometros (31 a 930 mi) [1] por encima de la superficie de la Tierra.

Satélites grandes

Objetos de 1000 kg o más que se utilizan para llevar cargas útiles de gran proporción como los satélites de comunicaciones, telescopios espaciales, sondas de espacio profundo, misiones robóticas, sistemas de percepción remota y otros más. Por sus dimensiones se trata de sistemas complejos, con misiones de larga duración, con un costo alto y con tiempos de desarrollo también largos.

Nano y microsatélites:

Satélites artificiales de baja masa y tamaño, por lo general menos de 500 kg. Mientras todos estos satélites pueden ser referidos como pequeños satélites, diferentes clasificaciones se utilizan para categorizarlos, basadas en su masa. Una razón para la miniaturización de los satélites es reducir el costo: los satélites más pesados requieren cohetes más grandes con mayor empuje que también tienen mayor costo.

Se tienen diferentes tipos de sistemas de exploración espacial:

Sistemas espaciales: satélites.

[1] NASA Sounding Rocket Program Handbook, June 2005, p. 1.[2] CubeSat Design Specification Rev. 12”. California State Polytechnic University.

Definición de la misión y requisitos.

Misión

El diseño y construcción de un CanSat está basado en la definición de la misión que se pretende desempeñar, a partir de los objetivos que se planten, de manera que el diseño y desarrollo del CanSat produzca un dispositivo que permita cumplir con los objetivos establecidos a partir de un diseño robusto y confiable.

La misión y sus objetivos se diseñan de manera que reflejan varios aspectos de cualquier misión de grandes proporciones, incluyendo requisitos de telemetría, comunicaciones y operaciones autónomas entre otras.

Concepto de la misión

Se refiere a la declaración más fundamental de como operará la misión, esto es, como encajan todas las piezas, como se obtienen los datos y se realiza la misión en sí para satisfacer al usuario final. Se pueden tener elementos principales como son:

1.3 Definición de la misión y requisitos.

• Programación y control de tareas.

La manera en que el sistema decide que hacer y cómo hacerlo en el largo y corto plazo, esto es, si el propósito de la misión es proveer datos, cómo determinar la información, a quién se envía y de dónde obtenerla. Comúnmente las tareas y el control de las mismas involucran bajas tazas de transferencia pero un substancial grado de decisión, de tal manera que se debe planear como realizarlo. Ocurre endos escalas de tiempo: corto plazo y largo plazo.

a) Tareas a corto plazo: se refiere a las actividades que la nave debe realizar en el presente momento, como por ejemplo ajuste del nivel de voltaje del bus central, envío de datos a estaciones terrenas, etc.

b) Tareas a largo plazo: se refiere a las actividades generales que el sistema debe realizar, por ejemplo la recarga de baterías, apuntamiento a determinados objetivos (en el caso de misiones de observación delcosmos), etc.

• Entrega de datos. Como se colecta, distribuye y utiliza la información que se genera, de la cual se tienen dos tipos fundamentales: datos de la misión y datos del sistema de mantenimiento de la misión (hosekeeping).

a) Datos de la misión. Esta corresponde a la infor-mación que se genera, transmite o recibe de la carga útil. Representa la información básica y central del motivo de la misión.

b) Datos de mantenimiento de la misión (hosekeeping). Consiste de la información utilizada para el soporte de la misión en sí como lo es la órbita de la nave, su orientación, temperatura de baterías y su estado de carga, así como el estatus y condición de todos los subsistemas de la nave.

• Arquitectura de comunicación.

Se refiere a la manera en que se comunica cada uno de los componentes del sistema entre sí.

• Programación.

Se refiere a las diferentes etapas de planeación, construcción, desarrollo, operación, reemplazo y fin de vida de la misión. Va desde satélites individuales y hasta todo el sistema como las estaciones terrenas y constelaciones.

Se encuentra dividido en 6 etapas principales* ->

Concepto de la Misión

1.3 Definición de la misión y requisitos.

• Programación. Se refiere a las diferentes etapas de planeación, construcción, desarrollo, operación, reemplazo y fin de vida de la misión. Va desde satélites individuales y hasta todo el sistema como las estaciones terrenas y constelaciones.

Se encuentra dividido en 6 etapas principales:

1.Planeación y desarrollo: Involucra restricciones de financiamiento y fechas de entrega.

2.Producción: Involucra restricciones de financiamiento, desarrollo tecnológico y fechas de entrega.

3.Lanzamiento inicial: Se refiere a la culminación de la nave y disponibilidad de lanzamiento.

4.Construcción de constelación (si aplica): Incluye la programación de producción, disponibilidad de lanzamiento y tiempo de vida de cada satélite.

5.Operación: Se refiere a la vida de operación planificada, falla de satélites en órbita, disponibilidad de lanzamiento y vida del satélite (planeada o restringida por falla).

6.Fin de vida de la misión: Conlleva las restricciones legales y políticas, así como los riesgos a otros satélites.