Noticias para Socios de Amsat

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LUSEX – Satélite cubesat de Amsat Argentina
Amsat Argentina
LUSEX
LU Satellite Experiment
1
Derechos reservados Amsat Argentina
Lusex - Proyecto de satélite
Experimental de 1Kg y 10cm de lado
Pedro Converso - Amsat Argentina
[email protected]
Satélite LUSEX - Diseño
LUSEX es el acronismo de LU (Prefijo
internacional de Argentina) y de Satélite
EXperimental.
Es un satélite tipo cubesat (cubo de 10cm de
lado y 1Kg de peso). El mínimo tamaño y
peso facilita y abarata el realizar
lanzamientos múltiples, permitiendo compartir
costos de lanzamiento.
El standard cubesat fue propuesto por el
Instituto Politécnico de California, y al 2008
se han realizado 9 lanzamientos, poniendo en
orbita a 38 satélites exitosos de diferentes
países y universidades.
El LUSEX tiene previsto operar con un BUS
energía de solo 3.7 volts, con la utilización
baterías de litio polímetro, seleccionadas por
elevada relación peso/energía, durabilidad,
capacidad de operación en amplio rango
temperaturas, además de carecer de memoria
carga.
Amsat Argentina es una asociación amateur
sin fines de lucro que tiene como una de sus
misiones la de desarrollo de satélites. Como
tal lanzo el 1er satélite Argentino en 1990, el
LUSAT, activo luego de 19 años, también
colaboro en el desarrollo del Pehuensat
lanzado en Enero del 2006 .
de
de
su
y
de
de
Será un satélite de fácil uso, que operará desde un
simple repetidor UHF a VHF habilitado por
subtonos y DTMF, hasta la inclusión del protocolo
completo de localización geográfica APRS, con
comandos remotos e interacción con estaciones
terrestres e Internet.
El LUSEX tendrá como misiones la de
comunicaciones,
educación
y
experimentación, utilizando métodos y
tecnología de última generación para su
control, operación y supervivencia.
Incluirá también la emisión de imágenes en
televisión de barrido lento (SSTV) y mensajes de
voz incluyendo telemetría en diferentes idiomas,
orientado a su misión educativa y de apoyo a
emergencias.
Como novedad dentro del panorama actual
de cubesats, el LUSEX utilizara paneles
desplegables, con el objetivo de maximizar la
captura de energía para transmisión
(facilitando emisiones de mayor potencia) y
permitiendo un control autónomo de su
actitud y control.
El desarrollo lo realiza en un tiempo previsto de
dos años el grupo LUSEX, compuesto por 15
profesionales en diferentes áreas miembros de
Amsat Argentina, incluyendo consultores del
exterior.
Otra característica especial prevista en el
LUSEX es su detección y control magnético
de actitud lograda con magnetómetros,
magnetorques y sensores ópticos.
La fecha prevista de lanzamiento es mediados del
2010, dependiendo de alternativas de lanzamiento
y soporte que puedan obtenerse.
2
Lusex - Auto localización geográfica
y envío de imágenes
Juan Carlos Luciani - Amsat Argentina
[email protected]
Modulo de posicionamiento.
Durante las reuniones, surgió la idea de
poder conocer la posición aproximada del
satélite en cada instante, como no podemos
incluirle un GPS, se planteo determinar la
posición del mismo partiendo de los
elementos keplerianos y del reloj interno. Los
cálculos matemáticos realizados imponen una
carga importante al microcontrolador.
Modulo de envío de imágenes.
Otra iniciativa fue poder emitir una imagen en
modo "Martin 1" (analógico) previamente cargada
en memoria (breve descripción del modo y los
tiempos de los pixels, sincronismo vertical y
horizontal).
O sea que se sube una imagen comprimida, su
tamaño será de 25 a 30 KB, se la descomprime y
se guarda. Luego por comando o por la posición
del satélite se la puede bajar en un lugar definido.
No se explicara cada uno de los elementos
keplerianos pero si como se emplean. Se
estima que durante los primeros días de la
orbita, los valores calculados tendrán una
dispersión importante que se ira reduciendo
al ir actualizando los elementos keplerianos
con valores mas estables. Los datos serán
actualizados periódicamente por la estación
de control.
Uno de los objetivos de conocer la posición
es poder cambiar los mensajes y otros tipos
de información según el área iluminada por el
satélite (o reducir la potencia sobre los
océanos)
Actualmente los módulos de memoria tipo flash
disponible son de bajo costo, lo que nos permitiría
guardar varias imágenes sin tener que borrarlas.
El algoritmo desarrollado, toma la imagen
descomprimida en formato RGB y envía cada una
de las líneas.
Fue necesario realizar ciertos movimientos de
datos para poder cumplir con los tiempos.
La salida analógica modula la etapa de salida.
Estamos trabajando para cambiar el modo de
operación a "Robot 36" y de esa manera reducir el
tiempo de transmisión de casi 2 minutos a 40
segundos. No tenemos previsto en este proyecto
implementar imagen digital.
3
El entorno de programación y debuging nos
permite probar los distintos módulos antes de
grabarlos en la flash interna y el desarrollo tanto
en assembler como en C (dándonos flexibilidad y
velocidad). El consumo es bajo y función de la
frecuencia de operación. Al tener un "dsp engine"
todas las funciones específicas están optimizadas.
Lusex - Operación satelital en APRS
- Programación dsPIC alta gama
Sergio Daniel Otero - Amsat Argentina
[email protected]
APRS
Otra de las funcionalidades del satélite es la
de digipeater. Esto se implementara con
APRS. De este protocolo se implementan
varias instancias como la interpretación de
comandos.
Periódicamente se enviaran paquetes tipo
beacon incluyendo la posición actual del
satélite (obtenida de otro modulo). El
protocolo APRS se implementara en packet a
1200 baudios.
Tanto la generación del AFSK
decodificacion
se
realiza
microcontrolador
que
se
directamente con el transmisor
receptor.
como su
con
un
comunica
y con el
dsPIC
Al iniciar nuestro proyecto definimos
realizarlo con un modulo de Rabbit que
disponía de memoria RAM, flash, ports de
entrada/salida digital y conversor AD. Pero
luego realizamos varios módulos operativos
con microcontroladores dsPIC de Microchip
de la línea 30F para luego continuar
evolucionando a la línea 33F. Los dsPIC
incluyen de varias líneas de entrada/salida
digitales, conversor AD de 12 bits
multiplexado, memoria RAM y flash y salidas
PWM.
4
Lusex - Estructura, separación carga
útil.
Alberto Thomae - Amsat Argentina
[email protected]
Estructura
Partiendo de las dimensiones especificadas
para los cubesat, realizamos varios modelos
en diferentes materiales para ir tomando real
idea del volumen disponible para los
diferentes módulos electrónicos, las baterías,
las bobinas de los magnetorques, los
sensores de temperatura y los de luz.
También es importante tener en cuenta los
paneles solares desplegables que nos
reducen el volumen total. Los "switch" de
activación (con sus actuadotes montado
sobre un par de arista) no tiene una solución
simple y son de vital importancia para
habilitar la electrónica después de su
lanzamiento.
Separación carga útil
El contenedor de los cubesats aloja tres cubesats
de 10cm de lado.
En el fondo de este contenedor hay un resorte que
cuando se abre la tapa del contenedor por
comando desde el vector principal, expulsa al
espacio los tres cubesats.
Las últimas pruebas se realizaron con
aluminio "aeronáutico".
Cada cubesat en su cara +Z cuenta con dos
tetones con resortes que permiten la separación de
los cubesats entre ellos en el espacio.
También cuenta la cara +Z con microswitches
normal cerrado, que desconectan las baterías de la
electrónica hasta que el cubesat este fuera del
contenedor.
En el cubesat hay también un conector de acceso
externo que permite carga y control del cubesat
antes de su lanzamiento.
5
Lusex - Estabilización y
determinación/control
magnético de actitud
Raul Bon Foster / Pedro Converso
[email protected] [email protected]
Amsat Argentina
Luego de la salida del contenedor de
cubesats, el LUSEX tendrá giros y actitud
errática causada por su lanzamiento al
espacio.
La primera función a realizar por sus
procesos de control es la de disminuir y
detener estos giros, actividad conocida como
'detumbling'.
Como ayuda y control semipasivo para lograr el
'detumbling' utilizara un aro inercial de
amortiguación de nutación (nutation damper).
Para esto se valdrá de la detección del
campo magnético terrestre en 3 ejes que
proveerán magnetómetros a bordo.
El objetivo del software es primero estabilizar,
luego orientar los paneles solares hacia el sol y
finalmente impartir un giro a toda la estructura
para mantener los paneles extendidos por fuerza
centrifuga.
El amortiguador de nutación mantendrá la actitud
de orientación al sol (o a la tierra durante la
ocultación del sol), y solo serán requeridos
ocasionales ajustes para mantener la posición y el
giro.
Y en función de lo detectado accionara sobre
3 magnetorques a bordo. (bobinas que
interactúan con el campo magnético
terrestre).
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Lusex - Componentes, baterías,
integración y validación espacial
Adrián Sinclair - Amsat Argentina
[email protected]
La electrónica del Lusex estará integrada en
dos placas o paneles de impreso. Estos
paneles requieren una importante cantidad de
interconexión entre ellos.
Adicionalmente habrá conexiones externas a
los impresos hacia la estructura, en detalle
hacia las celdas solares, hacia las baterías,
hacia los sensores de temperatura y ópticos
en las diferentes áreas del satélite, hacia las
antenas integradas estructuralmente a los
paneles, etc.
Todo este conexionado es intención de realizarlo
sin conectores, para asegurar su funcionamiento y
resistencia a los eventos propios del lanzamiento.
La interacción de RF entre componentes digitales y
las áreas de transmisión, recepción y antenas
requieren también un detallado análisis y pruebas.
Por lo que se están comprobando a medida que se
van integrando cada subconjunto, las medidas
correspondientes
de
compatibilidad
electromagnética.
Esta previsto realizar en organismos estatales y
privados validaciones parciales y finales relativas a
vibración, temperatura, vacio y radiación.
Los circuitos e impresos que se desarrollan
se integrarán con su conexionado en forma
directa, si bien para las pruebas previas se
utilizaran conectores entre los boards que
compongan el lusex.
7
Los paneles solares conformaran tambien con la
adaptación requerida las antenas del LUSEX, para
ello se adaptaran los largos e impedancias
separando las celdas para RF a traves de circuitos
trampa resonantes. UHF estará en plano –Z y VHF
en plano +Z ortogonales entre si.
Lusex - Celdas solares y paneles
desplegables.
Ricardo Lemvigh Müller - Amsat Argentina
[email protected]
El LUSEX por ser un satélite de tamaño
mínimo (10cm de lado) dispondría de poca
superficie para el montaje de celdas solares
solo en su periferia, con la consecuencia de
una baja capacidad de recolección de energía
solar.
Por lo que se decidió la utilización de paneles
desplegables, que aumenten la superficie de
captación.
Estos paneles se ubicaran plegados en la
cara inferior (-Z) y en la cara superior (+Z),
permaneciendo
plegados
durante
el
lanzamiento.
Cada ala generara 4.5 volts a 1.5 Amp cuando
estén ortogonalmente al sol. Dos de estas alas
estarán en la cara +Z y dos en la
cara -Z.
Luego de 30 minutos de la suelta del LUSEX,
estos paneles sujetos a través de un sistema
con cuerdas de nylon a la estructura, serán
soltados cortando por fusión las cuerdas que
los mantenían.
Las celdas estarán adheridas a films especiales
que favorezcan la disipación de exceso de
temperatura y protejan a las celdas de la radiación
ultravioleta.
Allí los paneles plegados en forma de
acordeón,
ya
libres
comenzaran
a
extenderse, favorecido su desplegado por la
rotación que se imprimirá al lusex para
facilitar su extensión. Los paneles previstos
constaran de 4 alas, cada una con 9 celdas
de 4cm x 8cm, conectadas en serie.
Estos films son los que Dupont ha desarrollado
para el telescopio espacial Spitzer, con quienes
estamos en contacto.
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Lusex - Radiofrecuencia,
Recepción/emisión y antenas.
Guillermo Killing - Pablo Alvarez
[email protected] [email protected]
Amsat Argentina
El LUSEX operara recibiendo en banda de 70
cm. (435 MHz) y transmitiendo en 2 metros
(145 MHz).
La elección de frecuencias y bandas esta en
función de que sea recibido por la mayor
cantidad de gente que es la que posee
handies o equipos de 2m.
Las frecuencias iniciales establecidas son
recepción en 435.950 MHz y transmisión en
145.950 MHz.
El receptor y transmisor abordo del LUSEX
esta realizado con equipos sintetizados, que
tienen la posibilidad de seleccionar vía
comandos del procesador hasta 16 diferentes
frecuencias en transmisión y otro tanto en
recepción.
Para operación en modo repetidor U-V se prevee
la habilitación vía subtono. Se dispondrá también
de comandos alternativos para diferentes
funciones vía DTMF.
La recepción y transmisión operara tanto en
analógico (voz/sstv) como en digital (packet 1200
bauds afsk).
Por lo que se incluirán otras frecuencias
entre ellas la que utiliza la ISS para packet y
aprs, 145.825 Khz.
Las antenas estarán montadas y serán parte de los
paneles solares desplegables.
El receptor tendrá un sensibilidad utilizable
desde los -115 dbm, y el modulo excitador
con su modulo de transmisión será capaz de
transmitir hasta 4W de RF alimentado con 3.7
volts.
La de UHF sobre la cara -Z y la de VHF sobre +Z
conformando dos dipolos de 1/2 o 5/8 longitud de
onda.
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Lusex - Alternativas,
gestión de lanzamiento
costos
y
Ignacio Mazzitelli - Amsat Argentina
[email protected]
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