Diseña misiones espaciales utilizando GMAT

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2015-11-01


¿Quieres diseñar un viaje a la Luna y no sabes cuál es la mejor trayectoria? ¿Te gustaría saber cuál es la trayectoria óptima para poner en órbita un satélite geoestacionario? ¿Quieres predecir la vida de un satélite de órbita baja antes de que se desintegre en la atmósfera?
 
Ahora ya puedes contestar a éstas y muchas otras preguntas más utilizando GMAT (General MIssion Analysis Tool) un software de análisis de trayectorias espaciales de código abierto desarrollado por la NASA que está a tu disposición completamente gratis.
 
GMAT es una herramienta desarrollada por un equipo formado por la NASA, la academia y la industria que permite realizar análisis de trayectorias espaciales con la precisión requerida para diseñar sistemas espaciales, así como para utilizarse en investigación y educación.
 
GMAT está diseñado para modelar y optimizar trayectorias espaciales en regímenes de vuelo que van desde las órbitas bajas hasta las trayectorias interplanetarias y las misiones del espacio profundo. 
 
GMAT modela trayectorias espaciales a partir de aplicar las leyes de la física a los elementos de una misión, ya que toma en cuenta las características de una nave y su relación con las fuerzas a las que está sujeta durante toda la misión.
 
En la siguiente figura se muestra el modelo conceptual en el que trabaja GMAT:

 

 

                     

En este modelo se tiene una nave o varias naves sujetas a fuerzas externas, tales como la atracción de uno o varios astros, el arrastre atmosférico, la presión de la radiación solar, y el empuje de ­­­­­­­impulsores, entre otras.
 
La posición de la nave se refiere a un sistema de coordenadas determinado y para visualizar la trayectoria se escoge la posición de una cámara. La especificación de la nave se puede realizar en términos de su masa, su estado inicial, su forma, su centro de masa y la cantidad de combustible que lleve, entre otros parámetros.
 
La especificación de la misión se puede establecer en términos de eventos específicos que ocurren después del estado inicial como el encendido y apagado de impulsores. Una vez que se tiene todo esto, se puede ejecutar la simulación y obtener varios reportes, tanto en texto como gráficos sobre la trayectoria de la nave.
 
GMAT incorpora modelos que pueden variar la precisión de los cálculos según se requiera, ya que, por ejemplo, la atracción gravitacional de un astro se puede considerar como concentrada en una masa puntual en una primera aproximación, o bien incorporar modelos más complejos que consideren la variación del campo gravitacional en el espacio. Dado que GMAT es software abierto, esto nos permite incorporar nuestros propios modelos y así mejorar la calidad de las simulaciones de acuerdo a nuestras necesidades.
 
Otra de las características importantes de GMAT es que podemos conectarlo a MATLAB y así usar simulaciones escritas en esta plataforma.
 
Uso de GMAT
 
GMAT está disponible en versiones para Windows, Mac y Linux. El programa se puede operar a través de una interfaz gráfica (GUI) o a través de un lenguaje script. La interfaz GUI para Windows se muestra en la siguiente figura:

 

 

 

Para utilizarlo hay que alimentar información de la misión a través de dos pestañas: la Pestaña de Recursos y la Pestaña de la Misión. La información de salida se puede consultar en la Pestaña de Salida.
 
En la Pestaña de Recursos se alimentan datos como las características de la nave, los modelos fuerzas –atracción gravitatoria, arrastre atmosférico, etc.- el sistema de coordenadas a emplear, el sistema de referencia de tiempo, la posición de la cámara, el tipo de salida gráfica que se desee –traza sobre la Tierra, gráfica tridimensional, etc.- ,el propagador, es decir el algoritmo para realizar el modelado, entre otros parámetros. En la Pestaña de Misión se especifican parámetros como el tiempo de encendido y apagado de impulsores, así como las condiciones para finalizar la misión.
 
Una vez que se alimentan los datos de la misión, ésta se puede ejecutar para luego ver la animación correspondiente o analizar los reportes.
 
Editor de scripts
 
En GMAT una misión se codifica en scripts. Los scripts son líneas de texto en un lenguaje especial que describe la misión y que es ejecutado por un procesador virtual. GMAT ofrece la posibilidad de ver el script de una misión y editarla, en caso de que queramos hacer ajustes finos a una misión capturada a partir de la interfaz GUI. Para esto GMAT contiene un editor de scripts que funciona como un editor de texto normal. La pantalla del editor de scripts para Windows se muestra en la siguiente figura:

 

 

 

Ahora a usarlo
 
Ahora que ya conoces de la existencia de GMAT, no tienes pretexto para no usarlo. GMAT es completamente gratis y está distribuido por SourceForge. Lo puedes descargar de la siguiente dirección:
 
www.sf.net/projects/gmat
 
GMAT viene acompañado de mucha documentación así como de tutoriales para aprender a usarlo. Para más información puedes consultar el SeminariodeDivulgaciónAEM en la siguiente dirección:
 
http://www.ustream.tv/recorded/74867120
 
Así que úsalo, diseña tus misiones, juega con GMAT y danos tus comentarios.



Etiquetas: atraccióngravitatoria,desarrollo,viaje,Luna,diseño,misiones

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




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