Micro SatlitesCubesat

Introduccin Durante las prximas paginas se pretende dejar en evidencia la importancia de la tecnologa desarrollada en satlites de muy bajo costo desarrollados con fines educacionales y de investigacin, denominados como nano satlites o pico satlites. Como asimismo aclarar algunos conceptos de relevancia en la comunicacin satelital y sus aportes en las comunicaciones terrestres. Es tambin de relevancia para este informe la arquitectura y hardware de los Cubesat. Qu es un Satlite? Esencialmente, un satlite es un repetidor de radio en el cielo (transponder). Un sistema de satlite consiste de un transponder, una estacin basada en tierra, para controlar el funcionamiento y una red de usuario, de las estaciones terrestres, que proporciona las facilidades para transmisin y recepcin de trfico de comunicaciones, a travs del sistema de satlite. Las transmisiones de satlites se catalogan como bus o carga til. La de bus incluye mecanismos de control que apoyan la operacin de carga til. La de carga til es la informacin del usuario que ser transportada a travs del sistema. Aunque en los ltimos aos los nuevos servicios de datos y radioemisin de televisin son mas y ms demandados, la transmisin de las seales de telfono de voz convencional (en forma analgica o digital). CubeSat TestBed Es un pico-satlite que mide 10 cms. por lado y tiene un volumen de aproximadamente un litro, con un peso menor de un kilogramo. A pesar de su peso y tamao puede ejecutar 300 millones de instrucciones por segundo gracias a sus 4 micro controladores. Caractersticas Su peso: pesan solo la milsima parte de satlites como el Boeing 601 o 702. La diferencia entre estos satlites es anloga a la que existe entre computadores personales y los servidores. Cada uno tiene diferentes funciones, pero se complementan uno con el otro. Adems, al ser los satlites tan pequeos, se necesita muy poco espacio fsico para construirlos.

Adems de sus micro controladores, cerebro del satlite, los satlites como por ejemplo el Libertad 1 posee los siguientes componentes: Dos sistemas de comunicaciones: Uno para transmitir, y otro para recibir. Un sistema de suministro de energa. Una antena desplegable Un sistema de orientacin rotacional que usa Magneto-torqueadores. Cmara para imgenes. Torque adores magnticos: Un astronave que orbita a la altura relativamente baja sobre un planeta con un campo magntico estimable puede hacer uso efectivo de torque adores magnticos, particularmente para las maniobras de adquisicin inicial de actitud y para descargar exceso de momento angular de ruedas de reaccin.

Aplicacin."Estos satlites permiten probar componentes y subsistemas de forma rpida y econmica",. "Y muchos de los pequeos componentes pueden luego ser usados en satlites mas grandes para as disminuir su tamao y consumo de energa".Utilizacin Su utilizacin esta limitada a aplicaciones con fines de estudio u o educacin.Razn como la anterior son las que hacen que este sistema este exento de pagos de algn tipo y sus costos sean relativamente asequibles por instituciones educacionales.Construccin En el diseo y construccin de un satlite se hace necesaria la inclusin de un Ordenador Integrado de Vuelo o IFC (Integrated Flight Computer) que se encargara de las tareas de monitorizacin, coordinacin y control entre los diferentes mdulos que constituyen el satlite. El IFC, a su vez, permitir a la estacin terrena intercambiar seales de telemetra y telecontrol. Las primeras para poder observar el comportamiento de los diferentes mdulos, como podra ser el estado de carga de las bateras o recibir informacin referente a los sensores de posicin. Y las seales de telecontrol se utilizaran para enviar comandos de control al satlite, ya sea para reconfigurar parmetros o bien solicitar informacin. Filosofa del Hardware IFC Desarrollo de una plataforma: Robusta Verstil Configurable Propia e independiente Cubrir necesidades de los mdulos Interconexin de los mdulos Relacin Prestaciones/Consumo elevada Necesidades de los Mdulos Monitorizacin de 18 sensores: Acelermetros Magnetmetros Temperaturas Voltajes.... Gestin de 10 Seales Digitales Desconexin de los Mdulos Bus de la Baliza Potencia de salida del Tx Dispositivos del IFC

Diseo PCB del IFC Consideraciones previas: Limitacin de espacio en la estructura del Cubesat Colocacin de los Buses Expansin de los mdulos Acces Port Criterios: Colocacin estratgica de los integrados SMD Pistas cortas y gruesas Anclaje mdulos mediante Buses de 2,54mm Separacin entre masa Analgica y Digital

Caractersticas Tcnicas del IFC

estructura de la slido-pared 3U: Embase 710-00293 El chasis empareda a asamblea 703-00245 Tapadera 710-00295 estructura esbozada 3U: Embase 710-00294 El chasis empareda a asamblea 703-00292 Tapadera 710-00296 Mdulo del vuelo FM430: 710-00252 Transmisor-receptor de las MHX-series de Microhard: MHX-910 MHX-920 MHX-920A MHX-2400 Soporte del Quitar-Antes-Vuelo: parte de 711-00330 Pilar de Midplane: parte de 711-00331

El contenido de un kit de CubeSat (P/N 711-00227), CCW de la izquierda inferior: modelo del vuelo del kit de la Slido-pared el 10x10x10cm CubeSat con el mdulo del vuelo FM430 adentro, tablero del desarrollo del kit de CubeSat, cable del USB, adaptador de programacin para el mdulo del vuelo FM430, perno del Quitar-Antes-Vuelo, programador del FET del TI MSP430 JTAG/depuracin paralelos con los cables, descarga favorable para el software de MSP430 RTOS del TI en CD-ROM, fuente de alimentacin universal del benchtop +5V. Electrnica Mdulo del vuelo FM430 Comunicaciones sin hilos y atadas con alambre Autobs del kit de CubeSat Energa flexible Compatibilidad del mdulo Memoria de masa

Software IFC-Introduccin Necesidades de la Plataforma Control de los Dispositivos Gestin del Sistema de Soporte Vital Gestin del Sistema de Carga til Administracin de un Registro de Datos Software IFC-Filosofa Diseo modular y estructurado Motores Cooperativos Sistema Soporte Vital Sistema Carga til Baliza Interrupciones en rutinas crticas Timer, Watchdog, sensor temperatura... UART Mdem Creacin de libreras para los dispositivos Software IFC-Carga til Gestin Telemetra Envo de Tramas A Envo de Tramas B Intrprete de Telecomandos enviados desde la EB Peticin de Estadsticas Modificacin de parmetros Reconfiguracin del Satlite Desconexin de mdulos... Software IFC-Validacin Telecomando

Software IFC-Baliza Sistema de informacin adicional al sistema principal Informacin del Estado del Satlite en tiempo real Prioridad 1: Soporte Vital Prioridad 2: Carga til Envo de 4bits a la Baliza => 16 Estados Estados enviados por la Baliza mediante codigo Morse Software IFC-Registro de Datos Caractersticas de un registro: 18 sensores almacenados 8 bits/muestra Campo temporal Capacidad total: 22bytes Capacidad de 300 registros de datos Buffer Circular Lneas futuras Desarrollo de modo de bajo consumo Incrementar los Telecomandos disponibles Realizar el control de calidad Red colaboradores global Servicios Digitales avanzados: Buzn de mensajes/voz (MP3) Procesado de imgenes (CCD) Movimiento de los Satlites Los Satlites tienen dos tipos de movimientos que son, en forma circular y elptica. Forma Circulares: Se mantienen mas o menos a la misma distancia de la tierra, pero su posicin con respecto a la superficie vara en cada momento. Reconocida como la mas comn y usada. Forma Elptica: Tienen la caracterstica de que puede permanecer mas tiempo mirando un mismo lugar de la tierra y sus orbitas son mucho mas largas. MODELOS DE ENLACE DEL SISTEMA SATELITAL Esencialmente, un sistema satelital consiste de tres secciones bsicas: una subida, un transponder satelital y una bajada.

Modelo de subida El principal componente dentro de la seccin de subida satelital, es el transmisor de estacin terrena. Un tpico transmisor de la estacin terrena consiste de un modulador de IF, un convertidor de microondas de IF a RF, un amplificador de alta potencia (HPA) y algn medio para limitar la banda del ltimo espectro de salida (por ejemplo, un filtro pasa-bandas de salida). El modulador de IF se convierte la IF convierte las seales de banda base de entrada a una frecuencia intermedia modulada en FM, en PSK o en QAM. El convertidor (mezclador y filtro pasa-bandas) convierte la IF a una frecuencia de portadora de RF apropiada. El HPA proporciona una sensibilidad de entrada adecuada y potencia de salida para propagar la seal al transponder del satlite. Los HPA comnmente usados son klystons y tubos de onda progresiva. Transponder Un tpico transponder satelital consta de un dispositivo para limitar la banda de entrada (BPF), un amplificador de bajo ruido de entrada (LNA), un traslador de frecuencias, un amplificador de potencia de bajo nivel y un filtro pasa-bandas de salida. Este transponder es un repetidor de RF a RF. Otras configuraciones de transponder son los repetidores de IF, y de banda base, semejantes a los que se usan en los repetidores de microondas. Modelo de bajada Un receptor de estacin terrena incluye un BPF de entrada, un LNA y un convertidor de RF a IF. Nuevamente, el BPF limita la potencia del ruido de entrada al LNA. El LNA es un dispositivo altamente sensible, con poco ruido, tal como un amplificador de diodo tnel o un amplificador paramtrico. El convertidor de RF a IF es una combinacin de filtro mezclador /pasa-bandas que convierte la seal de RF recibida a una frecuencia de IF. Enlaces cruzados Ocasionalmente, hay aplicaciones en donde es necesario comunicarse entre satlites. Esto se realiza usando enlaces cruzados entre satlites o enlaces intersatelitales (ISL). Una desventaja de usar un ISL es que el transmisor y receptor son enviados ambos al espacio. Consecuentemente la potencia de salida del transmisor y la sensibilidad de entrada del receptor se limitan. COMUNICACIN POR SATLITE Bsicamente, los enlaces satelitales son iguales a los de microondas excepto que uno de los extremos de la conexin se encuentra en el espacio, como se haba mencionado un factor limitante para la comunicacin microondas es que tiene que existir una lnea recta entre los dos puntos pero como la tierra es esfrica esta lnea se ve limitada en tamao entonces, colocando sea el receptor o el transmisor en el espacio se cubre un rea ms grande de superficie. El siguiente grfico muestra un diagrama sencillo de un enlace va satlite, ntese que los trminos UPLINK y DOWNLINK aparecen en la figura, el primero se refiere al enlace de la tierra al satlite y la segunda del satlite a la tierra.

Las comunicaciones va satlite poseen numerosas ventajas sobre las comunicaciones terrestres, la siguiente es una lista de algunas de estas ventajas: El costo de un satlite es independiente a la distancia que valla a cubrir. La comunicacin entre dos estaciones terrestres no necesita de un gran nmero de repetidoras puesto que solo se utiliza un satlite. Las poblaciones pueden ser cubiertas con una sola seal de satlite, sin tener que preocuparse en gran medida del problema de los obstculos. Grandes cantidades de ancho de bandas estn disponibles en los circuitos satelitales generando mayores velocidades en la transmisin de voz, data y vdeo sin hacer uso de un costoso enlace telefnico. Estas ventajas poseen sus contrapartes, alguna de ellas son: El retardo entre el UPLINK y el DOWNLINK esta alrededor de un cuarto de segundo, o de medio segundo para una seal de eco. La absorcin por la lluvia es proporcional a la frecuencia de la onda. Conexiones satelitales multiplexadas imponen un retardo que afectan las comunicaciones de voz, por lo cual son generalmente evitadas. Los satlites de comunicacin estn frecuentemente ubicados en lo que llamamos Orbitas Geosincronizadas, lo que significa que el satlite circular la tierra a la misma velocidad en que esta rota lo que lo hace parecer inmvil desde la tierra. Un a ventaja de esto es que el satlite siempre esta a la disposicin para su uso. Un satlite para estar en este tipo de rbitas debe ser posicionado a 13.937,5 Kms. de altura, con lo que es posible cubrir a toda la tierra utilizando solo tres satlites como lo muestra la figura.

Un satlite no puede retransmitir una seal a la misma frecuencia a la que es recibida, si esto ocurriese el satlite interferira con la seal de la estacin terrestre, por esto el satlite tiene que convertir la seal recibida de una frecuencia a otra antes de retransmitirla, para hacer esto lo hacemos con algo llamado "Transponders". La siguiente imagen muestra como es el proceso. Al igual que los enlaces de microondas las seales transmitidas va satlites son tambin degradadas por la distancia y las condiciones atmosfricas. Otro punto que cabe destacar es que existen satlites que se encargan de regenerar la seal recibida antes de retransmitirla, pero estos solo pueden ser utilizados para seales digitales, mientras que los satlites que no lo hacen pueden trabajar con ambos tipos de seales (Anlogas y Digitales). Conclusiones: Limitacin de velocidad de transmisin de datos Restricciones de tamao y energa Control riguroso del nivel energtico Autenticacin necesaria para Telecomando Como estudiante de Ingeniera, mediante el presente trabajo se ah permitido comprobar la trascendencia de la electrnica aplicada en las comunicaciones. En lo que respecta al estudio de los satlites de uso educacional, se puede concluir que su electrnica no es complicada, debido a que las empresas dedicadas al rea venden los kit de armado e instalacin de estos pico satlites y realizan asesora permanente hasta la puesta en orbita de dicho satlite, lo que implica que quienes se interesen por esta rea, estn obligado a ceirse a un proyecto y un plan de operacin, que contemple su montaje y puesta en funcionamiento y permanencia en el tiempo, debido a que es un proyecto que contempla inversiones que bordean los $30.000.000 Bibliografa.wikipedia.org/wiki/Satlite_artificialwww.met.inf.cu/asp/genesis.asp?TB0=PLANTILLAS&TB1=SATwww.sateliteinfos.com/sateliteswww.meteored.com/principal/satelites.aspwww.usergioarboleda.edu.co/proyecto_espacial/index.htmwww.cubesatkit.com/