Megaproyecto : CubeSat fase 6.

Abstract

Este proyecto corresponde a la última fase del desarrollo del primer satélite guatemalteco, que consta de una configuración tipo CubeSat y cuya misión consiste en la toma de fotografías y traslado de estas hacia la estación ubicada en las instalaciones de la Universidad del Valle de Guatemala. El proyecto se divide en distintos módulos los cuales son: Ingeniería del sistema, Estructura, Potencia, Carga útil, Comunicaciones, C&DH y ADCS, de los cuales se desprenden ciertas tareas que serán completadas a través de este megaproyecto. Este megaproyecto contempla 4 módulos específicos, los cuales son: Baterías, Pruebas en laboratorios externos, pruebas mecánicas y análisis estructural. El módulo de potencia de Quetzal-1 es el encargado de la regulación y almacenamiento de la potencia eléctrica consumida por los demás módulos. Las pilas, encargadas de almacenar la energía generada por las celdas solares, son una de las partes más importantes de este subsistema. Este módulo se enfocará en los procedimientos utilizados para la caracterización y posterior selección de las baterías de vuelo a usarse en Quetzal-1. Asimismo, se incluye la teoría detrás del mantenimiento de las pilas voltaicas para su almacenamiento por largos periodos, garantizando el correcto funcionamiento del satélite al estar en órbita. También, se incluye el proceso de cálculo de vida útil de las baterías después de aplicarle los procedimientos de pruebas. Finalmente se presenta el presupuesto de potencia con los datos finales de consumos obtenidos con las respectivas pruebas del satélite. El módulo de análisis estructural consiste en el análisis de los tornillos estructurales y externos. El análisis correspondiente consiste en el cálculo del esfuerzo de von Mises presentado en los tornillos al momento de someterse a una aceleración de 18.1 G en el eje X, Y y Z tanto en sentido positivo como negativo. El análisis radica en calcular el esfuerzo de von Mises presente en cada tornillo sometido a las mismas aceleraciones que el caso anterior, en el escenario en que llegara a fallar uno de los 4 que hay en cada cara de la estructura. Esto se logró modelando la estructura como una armadura para analizar los esfuerzos producidos por la carga. Adicionalmente se calculó el esfuerzo cortante producido por las placas solares y el esfuerzo de precarga. El módulo de pruebas externas incluye el diseño de bancos de prueba, análisis de resultados de las pruebas y la elaboración de los procedimientos a seguir para cumplir con el objetivo de las pruebas de manera segura y dejar cada paso documentado. Las pruebas de vibración consisten en someter el CubeSat a ciertas frecuencias y niveles de vibración para verificar que ningún componente se dañará durante el lanzamiento y para encontrar su frecuencia natural. Las pruebas de termo-vacío consisten en someter el CubeSat a ciclos de temperaturas altas y bajas en una presión cercana al vacío, con el objetivo de observar el funcionamiento del satélite en condiciones espaciales. Por su parte el módulo de pruebas mecánicas consiste en el proceso de desarrollo de la cámara de vacío para el laboratorio de ingeniería aeroespacial ubicado en la universidad, así como el análisis de fuerza para los interruptores de despliegue del sistema de inhibición del satélite. Entre otros, se encuentra el análisis de expansión térmica del sistema de sujeción del imán permanente del módulo ADCS y la simulación térmica de la generación de calor interna del satélite. Finalmente, se explica el proceso de documentación de las pruebas físicas finales del satélite, donde se contemplan los procedimientos de bordes afilados, ajuste y sistema de inhibición del satélite. Finalmente, se concluye por parte del módulo de potencia que las ocho baterías seleccionadas son capaces de generar potencia suficiente para operar conforme a los requisitos de la misión. Por lo demás, se desarrollaron los protocolos de prueba con los cuales se logró comprobar el correcto funcionamiento de las baterías seleccionadas, que conjunto con el presupuesto de potencia confirmaron la correcta selección de las baterías. Con respecto al módulo de pruebas externas, se concluye que las pruebas en los laboratorios externos fueron exitosas. El CubeSat no sufrió daño alguno al finalizar las pruebas, cumpliendo de esta manera con los requisitos de JAXA para poder ser lanzado al espacio. Por su parte los procedimientos establecidos fueron debidamente seguidos, sin embargo, se tuvieron algunas desviaciones debido a inconvenientes que surgieron. Ahora bien, el módulo de análisis estructural concluye que el modelo de armadura establecido es válido, pudiendo calcular el esfuerzo de von Mises y presentando un factor de seguridad en el menor de los casos de 1.22 en el caso nominal y de 1. 17 en el caso de un tornillo faltante por cara. Por último, el módulo de pruebas mecánicas concluye que es posible desarrollar un sistema de vacío para pruebas no concluyentes previas a las de TVAC, con el modelo expuesto en este trabajo. Además, se asegura la integridad del imán permanente del módulo ADCS y su correcta sujeción frente a cambios de temperatura. De igual manera, se concluye que se espera un comportamiento correcto del satélite por análisis de generación de calor interna y su comparación con el satélite MinXSS-1 3U de la Universidad de Colorado. Por su parte, se asegura que el satélite no tendrá una activación prematura, ya que el sistema de inhibición fue probado y validado con el documento de verificación del sistema de inhibición, además, que los interruptores de despliegue no superan los 3N requeridos para ser activados. Finalmente, el ensamblaje completo del satélite no presenta bordes afilados ni problemas para su ajuste en el J-SSOD del cual será lanzado.