AztechSat1 un modelo de cooperación para el desarrollo espacial

Carlos Duarte

Fecha: 2018-10-02


El desarrollo de satélites pequeños, particularmente CubeSats es una actividad que muchas organizaciones del mundo están utilizando para entrar al sector espacial. Para naciones que no tienen experiencia previa en proyectos espaciales, los CubeSats han representado el primer paso para acceder al espacio. Esto se debe a que los CubeSats son más asequibles que otros satélites más grandes debido a su bajo costo, rápido ciclo de desarrollo y la disponibilidad de subsistemas comerciales compatibles con el estándar CubeSat, entre otras muchas ventajas.

 

La Agencia Espacial Mexicana ha impulsado el desarrollo de CubeSats en México y actualmente está desarrollando, en colaboración con la Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla y la NASA, un nanosatélite denominado AztechSat1. Este satélite muy probablemente se convertirá en el primer CubeSat diseñado y construido por talento mexicano que será lanzado al espacio. Si todo sale de acuerdo a lo programado, el AztechSat1 se lanzará al espacio en octubre de 2019 en una misión de abastecimiento a la Estación Espacial Internacional, para posteriormente ser puesto en su órbita de operación y realizar su misión.

 

El proyecto constituye un modelo de colaboración entre agencias espaciales, universidades y empresas para impulsar el desarrollo de capacidades espaciales, por lo que es importante difundirlo. Las lecciones aprendidas en su desarrollo seguramente ayudarán a otras organizaciones, tanto académicas como gubernamentales y privadas a desarrollar proyectos similares.

 

Orígenes del proyecto AztechSat1

AztecSat1 se origina de un acuerdo de colaboración entre la NASA y la AEM en donde se establece que la AEM se compromete entregar a la NASA un nanosatélite CubeSat de 1U para probar un tema de interés para la NASA. A cambio de eso, la NASA proporcionará asesoramiento técnico para diseñar, construir, probar y operar el satélite, proporcionará las instalaciones para realizar las pruebas ambientales, y, cubrirá los costos de su lanzamiento través de la Estación Espacial Internacional.

 

En mayo de 2017, la AEM transfirió el desarrollo del proyecto a la Universidad Popular Autónoma del Estado de Puebla, UPAEP, con la condición de que esta universidad se comprometiera a financiar el proyecto y que llevara a cabo su desarrollo con la participación de estudiantes y profesores. Posteriormente, el proyecto AztechSat1 obtuvo financiamiento del Fondo Sectorial de Investigación, Desarrollo Tecnológico e Innovación en Actividades Espaciales CONACYT-AEM, como resultado de participar en una convocatoria pública y abierta.

Misión y enfoque primario

La misión del AztechSat1 es una prueba tecnológica para validar la comunicación entre el AztechSat1 y la constelación de satélites de comunicaciones GlobalStar y de esa manera prescindir en el futuro de estaciones terrenas dedicadas para el control y la operación de nanosatélites.

Concepto de operaciones

El AztechSat1 será lanzando al espacio desde la Estación Espacial Internacional a una órbita de unos 400 Km de altura y una inclinación de 51.6 grados sobre el ecuador. Su carga útil será un módem simplex que transmitirá datos en Banda L a los satélites de la constelación de GlobalStar que se encuentran a una altura de unos 1,400 Km. Cualquier satélite de la constelación que esté en línea de vista del satélite podrá recibir los datos transmitidos por el AztechSat1 y, una vez recibidos, los retransmitirá en Banda C a las estaciones terrenas del GlobalStar distribuidas por todo el planeta. La estación terrena subirá los datos al Internet y con eso se completará la prueba. Además de lo anterior, el AztechSat1 contará con un transmisor-receptor en la banda de aficionados UHF para comunicarse con estaciones terrenas sintonizadas a las frecuencias de operación para transmitir telemetría sobre su salud y recibir mandos. La Figura 1, muestra el Concepto de Operaciones de la misión del AztechSat1.

Figura 1. Concepto de operaciones del AztechSat1.

La constelación GlobalStar presta servicios comerciales de comunicación de voz y datos. Consta de 48 satélites LEO, con cuatro satélites adicionales en órbita como repuestos, colocados en ocho planos orbitales de seis satélites cada uno, inclinados a 52 ° para proporcionar servicio en la Tierra desde los 70 ° de latitud norte hasta 70 ° de latitud sur. En la Figura 2 se muestra un diagrama esquemático de la disposición de los satélites de la constelación GlobalStar.

Figura 2. Disposición de los satélites de la constelación de GlobalStar.

 

Arquitectura

El AztechSat1 se desarrolla conforme al standard CubeSat y consta de 5 módulos principales:

  1. Sistema de alimentación de potencia

  2. Computadora de abordo

  3. Comunicaciones en UHF y VHF

  4. Control de la orientación

  5. Carga útil

 

Todo lo anterior alojado en una estructura cúbica de 10x10x10 cm según el estándar CubeSat.

Para minimizar el riesgo de la misión, todos los sistemas, excepto la carga útil se adquirieron de proveedores comerciales y certificados para vuelo. El trabajo del equipo que desarrolla el AztechtSat1 se enfoca en diseñar, construir y probar la carga útil, integrar el resto del satélite, desarrollar el software de vuelo y probar todo el sistema en las condiciones de la misión para asegurar el éxito.

Desarrollo del proyecto

El AztechSat1 comenzó su desarrollo en mayo de 2017, una vez que la UPAEP firmó una carta compromiso con la AEM para construirlo.  Se estima que se completará a mediados de 2019 para eventualmente ser llevado a la Estación Espacial Internacional en una misión de abasto que ocurrirá en octubre de 2019. Una vez en la Estación Espacial Internacional, será lanzado a su órbita de trabajo y se estima que su misión durará un par de meses.

El desarrollo del AztechSat1 está a cargo de un equipo multidisciplinario de alumnos y profesores de la UPAEP, asesorados por un equipo mentor compuesto por especialistas de la AEM y la NASA. Los estudiantes de la UPAEP participan activamente en todas las etapas de la misión, desde el desarrollo de la carga útil hasta las operaciones. El equipo de estudiantes, consta de alrededor de 70 alumnos tanto de licenciatura como de posgrado de carreras como Mecatrónica, Ingeniería Mecánica e Ingeniería Aeroespacial, entre otras, para las cuestiones técnicas, así como alumnos de las carreras de comunicación, negocios internacionales y derecho para cubrir los aspectos de educación y divulgación, así como los regulatorios. Entre estos últimos destacan la obtención de las concesiones para utilizar las frecuencias del sistema de comunicaciones, las licencias de radioaficionados para operarlo y los trámites de importación y exportación para su transporte a los sitios de prueba y lanzamiento, entre otras. El equipo desarrolla el proyecto siguiendo la metodología de Ingeniería de Sistemas Espaciales de la NASA y documenta todas sus actividades en una plataforma informática dedicada exclusivamente para el proyecto.

En la Tabla 1 se muestra el desglose de las funciones de los equipos que conforman el AztechSat1.

 

Desglose de funciones de los equipos que conforman el proyecto AztechSat1

Nombre del equipo

Función

WBS 1 PM

Administración de proyectos

WBS 2 SE

Ingeniería de sistemas

WBS 3 SMA

Aseguramiento de la misión y seguridad

WBS 4 ST

Ciencia y tecnología

WBS 5 PYL

Carga útil

WBS 6 SPACECRAFT

 
 

6.1 ADCS (Sistema de determinación y control de la orientación)

 

6.2 Comunicaciones

 

6.3 Electrónica

 

6.4 Software

 

6.5 Mecánica/Estructura

 

6.6 Control Térmico

WBS 7 MO

Operaciones de la misión

WBS 8 LVS

Lanzador y servicios de lanzamiento

WBS 9 GS

Sistemas terrenos

 

9.1 Licencias

WBS 10 I&T

Integración y pruebas

WBS 11 E&PO

Educación y divulgación

 

11.1 Video

 

11.2 Diseño gráfico

 

11.3 Prensa

Tabla 1. Desglose de las funciones de los equipos que conforman el proyecto AztechSat1

 

Los estudiantes están asesorados por 8 profesores de la UPAEP, 4 mentores de NASA y 2 mentores de la AEM. Los mentores tienen reuniones telefónicas y por videoconferencia cada semana con los equipos de trabajo y están al pendiente de los avances del proyecto, orientando a todos los participantes y anticipando los riesgos. A la fecha, este equipo de mentores ha validado la Revisión de Requisitos del Sistema (SRR),  la Revisión del Diseño Preliminar (PDR) y parcialmente la Revisión Crítica del Diseño (PDR) y, si todo sale de acuerdo a lo programado, el AztechSat1 será lanzado en el mes de octubre de 2019 en una misión de abastecimiento a la Estación Espacial Internacional, a través de un lanzador Falcon de la empresa SpaceX. La figura 3 presenta los principales hitos del proyecto AztecSat1.

 

Figura 3. Principales hitos del proyecto AztechSat1.

 

Modelo de colaboración

El modelo de colaboración para el desarrollo del AztechSat1 muestra que es posible que agencias espaciales como la NASA se involucren en el desarrollo de proyectos de países con poca experiencia espacial como México. La clave del modelo está en que el AztechSat1 resuelve un problema de interés de NASA. Otra bondad del modelo es que su implementación es relativamente sencilla, ya que no hay intercambios de fondos entre los participantes. Cada uno de los participantes tiene una responsabilidad que enfrenta con sus propios recursos económicos. Por ejemplo, la responsabilidad de la AEM es proporcionar un CubeSat de 1U certificado para vuelo para que desarrolle la misión; la responsabilidad de la NASA es proporcionar asesoría para el desarrollo del proyecto, proveer de los laboratorios para realizar las pruebas ambientales del satélite y proveer el servicio de lanzamiento a la Estación Espacial Internacional. La UPAEP, por su parte desarrolla el AztechSat1 con sus recursos bajo la asesoría de la NASA y la AEM.

Beneficios

El desarrollo del proyecto AztechSat1 está trayendo muchos beneficios para el desarrollo espacial de México. Por una parte, la NASA se beneficiará con el desarrollo de una prueba tecnológica de un tema de su interés. Por el otro lado, México se beneficiará por la asesoría de expertos de la NASA. Además, todas las fases del proyecto se están documentando y serán publicadas para que en el futuro sean una referencia de mejores prácticas para el desarrollo de proyectos similares. Esto servirá a la larga para adquirir experiencia en la gestión de proyectos espaciales complejos utilizando la metodología de sistemas de ingeniería espacial de la NASA, que redundará en el desarrollo de más proyectos en el futuro. 

Esto es solo el comienzo

El AztechSat1 es el comienzo de muchos proyectos entre la NASA, AEM y otras universidades mexicanas. Una vez que esté terminado, el AztechSat1 proporcionará una experiencia invaluable a México sobre cómo abordar proyectos espaciales complejos y detonará el desarrollo espacial de México. El ingrediente clave del proceso de cooperación es proponer soluciones a los problemas de la NASA, por lo que ya se están explorando otros proyectos mexicanos que seguirán un proceso similar.

 



Etiquetas: AZTECHSAT-1,NASA,AEM,UPAEP,CubeSat,ISS. Educación espacial

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




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