CubeSat Fase 1

Abstract

El presente trabajo resalta el proceso de diseño utilizado para desarrollar el subsistema mecánico, de comunicaciones, de control y de potencia para un CubeSat de una unidad (1U). La metodología empleada por la NASA para el desarrollo de proyectos (Systems Engineering) fue implementada durante el ciclo de vida de todo el proyecto. Esto ayudó a mantener un control sobre la toma de decisiones durante cada etapa, así como a coordinar el trabajo realizado por todos los involucrados en el proyecto.

La estructura fue diseñada para soportar las condiciones de despegue de los vehículos de lanzamiento Ariane 5, Falcon 9 y Soyuz. Se realizó un análisis de elementos finitos para determinar las frecuencias naturales y para aplicar el espectro de reacción, vibración aleatoria y cargas quasi-estáticas usando el software Autodesk® Simulation Mechanical 2014.

Los componentes básicos seleccionados para integrar el subsistema de comunicación fueron un transceptor de baja potencia y un controlador de nodo terminal implementado en software. Así mismo, el subsistema está equipado con una antena de dipolo que utiliza la banda de frecuencia UHF (433 MHz) para transmitir y recibir datos y comandos.

Se utilizó el protocolo de comunicación AX.25, el cual es un estándar dentro de la comunidad de radio aficionados. El subsistema de determinación y control de actitud (ADCS) fue diseñado para controlar los tres ejes de rotación del satélite. Se diseñaron ruedas de reacción a la medida que al ser configuradas ortogonalmente proveen un método eficiente para estabilizar al CubeSat en órbita. La determinación de la actitud se realizó utilizando una unidad de medición inercial (IMU) de nueve grados de libertad, lo cual provee los datos necesarios para realizar un control de torque sobre las ruedas de reacción. Además, se realizaron pruebas de diseño utilizando una plataforma simple que utiliza presión de aire como lubricante simulando las condiciones de órbita.

Los componentes del subsistema de potencia incluyen la fuente de alimentación, de almacenamiento y la distribución de potencia. Este subsistema aún se encuentra en proceso de diseño, considerando las potencias necesarias para el ADCS, el subsistema de comunicación y una estimación de la potencia necesaria para una carga útil. Los detalles finales del mismo se incluirán en una segunda fase de este proyecto que se publicará el próximo año, aunque se incluye información preliminar en el PDR y CDR incluidos en el apéndice.

Se diseñó una estructura capaz de soportar las condiciones de despegue de los vehículos de lanzamiento Ariane 5, Falcon 9 y Soyuz. Se desarrolló un sistema de potencia capaz de distribuir, almacenar y recolectar radiación solar. Se diseñó y comprobó un sistema capaz de controlar la actitud de un satélite en el eje vertical. Se diseñó y construyó un prototipo del subsistema de comunicación de abordo capaz de transmitir y recibir datos desde el satélite.

Adicionalmente se realizó en paralelo un estudio de factibilidad cuyos objetivos fueron los de identificar la arquitectura, costos y beneficios mejor aplicables para el primer satélite de Guatemala.