El estándar CubeSat

clave fundamental para el acceso al espacio

Redacción Hacia el Espacio

Fecha: 2016-03-01


Los CubeSats han facilitado el acceso al espacio a través de proporcionar un ambiente estandarizado que permite a los diseñadores de misiones espaciales enfocarse en el  desarrollo de cargas útiles en vez de dedicar su esfuerzo al desarrollo de todo el vehículo. Esta estandarización ha hecho posible la creación de una plataforma satelital de gran utilidad para desarrollar misiones espaciales a costos reducidos debido a las economías de escala derivadas de la producción en volumen, y a alcanzar una gran flexibilidad a través del intercambio rápido de los módulos de carga útil. Esto hace que las misiones CubeSat sean de menor costo y se desarrollen más rápidamente que las misiones satelitales convencionales. 
 
La estandarización de los CubeSats se logró a través de la publicación del CubeSat Design Specification (CDS) en 1999, un documento que contiene una serie de especificaciones creadas por los profesores Jordi Puig-Suari de Cal Poly y Bob Twiggs de la Universidad de Stanford. La motivación principal del estándar fue conseguir que los CubeSats fueran  aceptados por los proveedores de servicios de lanzamiento como dispositivos confiables, ya que antes de la aparición del estándar CubeSat,  el lanzamiento de cargas útiles secundarias era un problema porque los proveedores de servicios de lanzamiento no querían arriesgar la misión al introducir dispositivos adicionales que añadieran complejidad a la misión. La introducción del estándar CubeSat le dio  confianza a los proveedores de servicios de lanzamiento y ahora se pueden lanzar los CubeSats de manera regular prácticamente desde cualquier lanzador espacial a un precio accesible.
 
 
El P-POD
 
Un elemento muy importante del estándar CubeSat es el sistema de expulsión de CubeSats denominado P-POD. El P-POD (Poly Picosatellite Orbital Deployer) es el sistema de liberación de CubeSats desarrollado por Cal Poly para expulsar a los CubeSats a su órbita desde el vehículo de lanzamiento de una manera segura sin que se ponga en riesgo la integridad del vehículo ni de la carga primaria. El P-POD es una caja rectangular que contiene unos carriles lisos y redondeados en la que se pueden colocar hasta 3 CubeSats de 1 U. El dispositivo está construido de aluminio anodizado para prevenir la soldadura en frío y proporcionar aislamiento eléctrico entre el CubeSat y el sistema de despliegue.
 
Los CubeSats se colocan dentro del P-POD y se aseguran con una puerta que contiene un mecanismo de resorte en las bisagras que le permite abrirse a partir de una señal eléctrica. Cuando se quieren expulsar los CubeSats, el vehículo de lanzamiento envía una señal que acciona el mecanismo para abrir la puerta. Una vez abierta la puerta, los CubeSats son empujados hacia afuera por un resorte y se deslizan por los carriles de P-POD para ser expulsados a su órbita.

 

 

Las especificaciones del estándar CubeSat son de los tipos siguientes:
 
Requerimientos generales
 
Se refieren a cuestiones como la capacidad máxima de las baterías, el uso de sistemas de propulsión, y el empleo de materiales peligrosos, entre otras cosas.
 
Requerimientos mecánicos
 
Se refieren a la tolerancias en las dimensiones, masa y tipo de materiales de la estructura, entre otras cosas.
 
Requerimientos eléctricos
 
Se refieren a los sistemas de protección eléctrica para garantizar la seguridad del CubeSat.
 
Requerimientos de operación
 
Se refieren a las condiciones en las que debe operar el CubeSat, tales como el inicio de transmisión de datos, el despliegue de antenas, páneles solares, etc.
 
Requerimientos de Pruebas
 
Se refieren a las pruebas a las que debe someterse el CubeSat para ser calificado para vuelo por el vehículo de lanzamiento.
 
A continuación presentamos como ejemplo algunos requerimientos importantes del estándar para CubeSats de 1U. El lector interesado podrá consultar el documento completo CubeSat Design Specification en la siguiente página:
 
http://cubesat.org/images/developers/cds_rev13_final2.pdf

 

Ejemplo de especificaciones del estándar CubeSat
 
· El CubeSat no debe presentar ningún peligro para los CubeSat vecinos, ni para la carga útil primaria, ni para el vehículo de lanzamiento: todas las partes deberán permanecer unidas durante el lanzamiento, la eyección y la operación y no se les permite pirotecnia.
 
· Sus dimensiones deben ser 10x10x11.35 cm (incluyendo los rieles para su expulsión a través del P-POD.
 
​· Su masa no podrá ser superior a 1.33 Kg.
 
· ​Su centro de masa debe estar dentro de 2 cm de su centro geométrico.
 
​· Siempre que sea posible, se recomienda el uso de materiales aprobados por la NASA o la ESA: esto permite una reducción de la liberación de gases y la contaminación.
 
· ​Se sugiere el uso de 4 aleaciones de  aluminio (7075, 6061, 5005, y 5052) para la estructura principal.
 
· Si se utilizan otros materiales en la estructura del CubeSat, su coeficiente de dilatación térmica debe ser similar a la del material del P-POD  (aluminio 7075-T73) para evitar que el CubeSat se atore debido a una excesiva dilatación térmica.
 
· Ningún dispositivo electrónico puede estar activo durante el lanzamiento.
 
· Las baterías recargables deben estar descargadas o el CubeSat debe desactivarse completamente.
 
· El sistema de alimentación eléctrica del CubeSat deberá estar apagado desde el momento de su inserción en el P-POD hasta su expulsión en su órbita por el vehículo de lanzamiento.
 
· Se requiere al menos de un interruptor para activar al CubeSat después de su expulsión del P-POD.
 
​·Todos los objetos desplegables tales como antenas y páneles solares  se deben desplegar al menos 30 minutos después de la expulsión.
 
· El CubeSat no deberá generar ni transmitir señales desde su inserción en el P-POD, ni antes de 45 minutos después de su expulsión.
 
· El CubeSat deberá estar sometido a las pruebas de aceptación y certificación de acuerdo con la especificaciones del lanzador: Cada CubeSat tiene que sobrevivir a las pruebas de calificación para el lanzador seleccionado. Las pruebas de aceptación también se realizan después de la integración en el sistema de despliegue.

 

 

El desarrollo de CubeSats se debe apegar al estándar CubeSat para garantizar la confiabilidad de la misión. Sin embargo, de ser necesario, el estándar CubeSat permite solicitar la exención alguna de las especificaciones a través de una forma denominada Deviation Waiver Aproval Request (DAR), que se envía a la organzación CubeSat.org para su consideración y en su caso, aprobación.
 
El estándar CubeSat está respaldado por cientos de organizaciones que aspiran a tener acceso rápido y económico al espacio. A 15 años de su publicación original, el estándar CubeSat ya va en la revisión 13, por lo que se ha consolidado como una especificación robusta para el desarrollo de misiones CubeSat. El estándar está logrando que tanto instituciones académicas como la industria privada y las entidades gubernamentales puedan realizar con facilidad y rapidez una diversidad de misiones que en el pasado eran inimaginables, como el despliegue de constelaciones de cientos de satélites trabajando en coordinación. En el futuro el estándar CubeSat se perfeccionará y se diseminará aún más con lo que se logrará un mayor acceso al espacio.

 



Referencias:

CubeSat Design Specification, Revision 13, actualizada el 4-6-2015  http://cubesat.org/images/developers/cds_rev13_final2.pdf



Etiquetas: CubeSats,lanzamiento,vehículo,dispositivo,satélitales

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




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