Sistemas de telemetría, rastreo y control de naves espaciales

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2015-12-01


En una nave espacial el subsistema de telemetría, rastreo y control (TT &C por sus siglas en inglés: Telemetry, Tracking and Command) se encarga del intercambio de información con el centro de control de operaciones en tierra para mantener el funcionamiento eficiente de la nave espacial. A través del subsistema de TT&C se monitorea la operación de todos los subsistemas y procesos que componen la nave espacial así como su posición y se le envían órdenes para que ejecute cualquier cambio.        

Aunque no es parte del TT&C propiamente, la computadora de vuelo puede coordinar las operaciones de este subsistema ya que en algunos casos puede servir para administrar las mediciones del sistema de telemetría, así como decodificar las órdenes que envía el centro de control a la nave. Al respecto, existe la posibilidad de que el TT&C contenga su propia computadora independiente para efectuar las funciones anteriores. En todos los casos, el sistema de TT&C cuenta con módulos de transmisión y recepción de datos a través de señales de radiofrecuencia.

 

 

Telemetría
 
La telemetría se utiliza para supervisar el estado de una nave espacial mediante el envío de información al centro de control de operaciones sobre parámetros de los otros subsistemas así como las anomalías detectadas por la computadora de vuelo. Estas mediciones describen el estado de la nave espacial, subsistema por subsistema y se refieren a parámetros tan variados como temperaturas, voltajes y corrientes, cantidad de combustible y parámetros de apuntamiento, entre muchos otros. Por ejemplo, en el caso del subsistema de potencia se podrían estar enviando los voltajes de salida y las corrientes suministradas por los páneles solares en todo momento. Una nave espacial típica puede estar enviando datos de alrededor de 100 sensores o transductores en un momento dado y generalmente la transmisión de estos parámetros se realiza a baja velocidad, del orden de 150 a 1000 bps.
 
Los sensores son dispositivos que cambian de estado cuando ocurre un evento, como por ejemplo el cierre de una válvula, mientras que los transductores sirven para efectuar mediciones a partir de convertir energía de una forma a otra, generalmente una variable eléctrica como resistencia, capacitancia, voltaje o corriente. Un ejemplo de transductor es un dispositivo que cambie su resistencia eléctrica en función del volumen de un tanque de combustible. Las mediciones realizadas generalmente se convierten a formato digital a través de un Convertidor Analogico Digital, para su almacenamiento en la computadora de vuelo y posterior transmisión.
 
Rastreo
 

La parte de rastreo del TT&C se encarga de determinar la posición y la velocidad de la nave. Para efectuar el rastreo generalmente el centro de control transmite una señal portadora con un código específico que una vez que llega a la nave espacial ésta la retransmite a tierra. El tiempo de ida y vuelta de la información determina distancia de la nave al centro de control y por efecto Doppler se puede calcular su velocidad radial. La orientación de la antena rastreadora permite conocer la ubicación angular de la nave en términos de azimut y elevación. Si la nave está dentro de la cobertura de un sistema de navegación global por satélite (GNSS), como por ejemplo el GPS, entonces el rastreo se puede llevar a cabo a través de conocer la posición determinada por el sistema de navegación.
 
Control
 

Aunque las naves espaciales modernas operan de forma autónoma, en muchas ocasiones necesitan recibir órdenes de tierra. Un ejemplo de una situación que requiere control es el ajuste de la órbita de un satélite geoestacionario. Durante esta operación, el satélite debe ser estrechamente controlado desde el centro de control de operaciones. Una vez que se ajusta la posición orbital, el satélite puede volver a operar de forma autónoma.
 
Las órdenes que recibe una nave espacial pueden ser de diversos tipos, desde una operación de rutina, como descargar datos de una misión, hasta la realización de maniobras orbitales, llevar a cabo pruebas de subsistemas, cargar nuevas versiones de software a la computadora de vuelo o abortar una misión. Las acciones de control pueden ser muy variadas. Algunos ejemplos son el encendido y apagado de motores y otros subsistemas, el despliegue de antenas y páneles solares, la apertura y cerrado de tanques, y la conmutación a equipo de respaldo, entre muchas otras.
 
El TT&C es un sistema distribuido, ya que parte de él se encuentra en la nave espacial y parte en el centro del control en tierra. Las dos partes trabajan de manera coordinada para enviar y recibir señales, interpretarlas y tomar acciones de acuerdo al significado de los datos. Por ejemplo, los datos de telemetría recibidos en el centro de control pueden originar que se envíen órdenes a la nave espacial para corregir alguna anomalía o iniciar una operación de la misión. Así mismo, las órdenes enviadas a la nave espacial generarán cambios en los datos de telemetría que deben ser revisados y verificados por el centro de control.
 
El diseño de un sistema de TT&C depende mucho del tipo de misión considerada, ya que no se tienen los mismos requerimientos para un satélite pequeño que opere en órbita baja, que para un satélite en órbita geoestacionaria o una nave en una misión interplanetaria. Cada caso es distinto, y se tendrán que considerar los requerimientos de potencias, frecuencias, modulación y tasas de transmisión de datos entre otros parámetros. También, la cantidad de sensores del subsistema de telemetría puede ser muy variable. En casos muy sencillos solo se requerirá de conocer el estado de unas pocas variables, mientras que misiones más complejas, el número de parámetros a medir y reportar puede ser muy elevado. Otras consideraciones importantes en diseño del TT&C son el encriptamiento de las señales, la redundancia tanto en los subsistemas como en la transmisión de la información y las frecuencias de operación.



Etiquetas: nave,telemetría,sistemas,TT&C,rastreo,control

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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