Diseño, construcción y lanzamiento de micro satélite CANSAT

La conferencia fue corta,creo que falto que explicara mejor la definición del CANSAT, que detallar que es,  para que puede usarse este micro satélite, de que esta compuesto y que tipos existen.

INVESTIGACIÓN:

Un CanSat es un satélite del tamaño de una lata de refresco cuya misión puede ser recoger datos o efectuar retornos controlados. Estos aparatos normalmente deben ser completamente autónomos, es decir, no pueden recibir instrucciones desde el suelo durante el vuelo. Lo que sí deben efectuar son transmisiones de datos. Las antenas se pueden montar externamente, pero el diámetro del satélite no se puede alterar hasta que no haya salido del cohete si se lanza por medio de éste. Montan normalmente un paracaídas que permite su recuperación. Se usan como introducción a la tecnología espacial por su pequeño coste.

FUNCIONAMIENTO

Elementos principales

Hay una serie de elementos que son comunes en todos los tipos de CanSat:

Batería

Suministra corriente eléctrica para el funcionamiento de todos los sistemas del robot. Son imprescindibles para cualquier robot o sistema electrónico, las más utilizadas por sus prestaciones y su relación corriente - peso son las baterías de polímeros de litio (LiPo).

Microprocesador

Es el corazón del robot, se encarga de recibir las señales de sensores externos (como el altímetro, el acelerómetro, o el transmisor) y además las procesa para actuar de forma determinada según como esté programado. La mayoría de microprocesadores incorporan o pueden incorporar una memoria interna para almacenamiento de datos, útil para guardar la información de los diferentes sensores durante el vuelo.

Algunos microprocesadores comerciales que se usan a este nivel son:

• Arduino
• MBed

Elementos secundarios

A partir de los dos elementos anteriores se pueden incorporar diferentes elementos según para qué objetivo se haya diseñado el robot. Algunos de estos elementos pueden ser:

Barómetro

Consiste en una célula medidora de presión que se conecta al microprocesador y le envía una señal con un valor de voltaje según la presión que note. El microprocesador utiliza las correcciones de la atmósfera estándar para conseguir la altitud.

Ejemplo de barómetro usado en aparatos de estas características:

• SCP1000

El funcionamiento es similar al del barómetro pero el voltaje que manda como señal al microprocesador depende de la temperatura que mida. El microprocesador interpreta esta señal asignándole un valor de temperatura.Termómetro

Estos son ejemplos de termómetros usados:

• MAX6675
• TMP102

Receptor GPS

GPS son las sílabas inglesas para Global Positioning System, es un sistema de posicionamiento terrestre que consta de una red de satélites orbitando la tierra que continuamente emiten su posición y el tiempo de la transmisión. A partir de estos datos, un receptor triangula su posición con todos los satélites disponibles para una mayor precisión. Esta posición se transmite al microprocesador a través de un puerto serie como una linea de datos. Existen otros sistemas de navegación tales como Galileo en Europa o Beidou en China pero están todavía en fase de desarrollo por lo que de momento no son aplicables. A nivel de diseño, es preferible situar los receptores GPS en un lugar donde tengan la línea de visión más directa posible con los satélites para no perder la cobertura de éstos durante el vuelo. En un CanSat con estructura metálica se deben situar siempre donde la estructura no afecte a dicha línea de visión. Actualmente, la inclusión de este receptor en el CanSat no es un requisito obligatorio del concurso, aunque muchos equipos lo hacen puesto que aporta datos muy útiles que se envían a tiempo real por telemetría a la estación de tierra y facilita además la localización del aparato tras el aterrizaje.

Cámara fotográfica

Se puede incorporar al CanSat una microcámara fotográfica para fotografiar lo que se desee duante el tiempo en que el CanSat está en el aire. Se debe tener en cuenta que desde tierra no se puede accionar la cámara cuando el robot está en aire de modo que el microprocesador debe ser quien ordene a la cámara tomar una imagen.

Este es un ejemplo de cámara fotográfica para CanSat:

• CameraC328

Acelerómetros

Este sistema consiste en uno o varios acelerómetros en distintos ejes así como giróscopos. El conjunto de acelerómetros permite medir aceleraciones en uno o más ejes e incluso angulares según el modelo que se use. Los acelerómetros pueden usarse para recoger datos o para encontrar la posición (integrando). El uso de acelerómetros para conseguir una posición se denomina sistema de navegación inercial (INS) y se usa en algunos modelos de CanSat, la precisión de este sistema está sujeta al error de la posición inicial empleada para calibrar los sensores y al error de los acelerómetros en sí.

La ventaja de este sistema es que no necesita cobertura GPS para funcionar por lo que no pierde nunca la señal de los satélites. Otra ventaja es que no le afectan interferéncias electromagnéticas de ningún tipo y no necesita tener línea visual con los satélites por lo que no es necesario situarlo en la parte superior.

Algunos de los acelerómetros empleados son los siguientes:

• ADXL345
• LIS302

Brújula electrónica

Algunas veces, por requisito del objetivo para el cual se diseña el CanSat, es necesario conocer el rumbo que sigue éste en cada momento (por ejemplo, para realizar un descenso controlado), en tal caso una brújula es un sensor muy pequeño y al igual que una brújula tradicional mide el ángulo entre su orientación y el norte, este ángulo es transmitido al microprocesador mediante una diferencia de potencial. El microprocesador interpreta la señal entrante y actúa en consecuencia.

De este modo, si se quiere que el CanSat vuele hasta una diana sin instalar GPS, se instalaría un sistema de navegación inercial y una brújula electrónica que proporcionase el rumbo. El microprocesador calcularía el rumbo a seguir con las coordenadas de la diana y la posición actual (obtenida del sistema de navegación) y compararía dicho rumbo con el rumbo actual proporcionado por la brújula.

Algunos modelos de brújulas que se utilizan son:

• CMPS03
• HMC6352
• HMC5843

Tipos de CanSat

Principalmente existen dos tipos: aunque se incluye una tercera categoría para CanSats que no se ajustan a ninguna de las dos primeras:

Telemetry

Es aquel CanSat cuyo objetivo principal es recoger y transmitir datos del vuelo y de condiciones meteorológicas en tiempo real para ser procesados por una estación de tierra. Los CanSats de esta categoría no utilizan sistema de dirección ya que su objetivo no es caer en un punto concreto sino recoger datos sobre el descenso (que pocas veces es controlado). De los sistemas mencionados en las secciones anteriores los más utilizados son: barómetro, termómetro, GPS y cámara fotográfica.

ComeBack

La principal misión de éstos es aterrizar de forma controlada lo más cerca posible de una diana marcada por coordenadas GPS. Estos aparatos pueden guiarse por una posición conocida a través de un sistema de posicionamiento por satélite (GPS) o por un sistema de navegación inercial (INS). Esta posición se envía al microprocesador que la compara con la posición de la diana, a partir del análisis de estos datos se calcula el ángulo en que hay que girar para dirigirse a la diana y se dan las instrucciones pertinentes al sistema de dirección. Este proceso se va repitiendo de forma continua para hacer correcciones si son precisas. En este tipo de aparatos también se almacenan datos sobre el vuelo pero dado que el número de sensores que acostumbran a llevar incorporados es menor, la información es más escasa que en los CanSat de tipo Telemetry.

Un CanSat de categoría ComeBack lleva siempre instalado un sistema de dirección que le permite maniobrar para orientarse y desplazarse hacia el objetivo fijado. Normalmente dicho mecanismo es actuado por uno o varios servomotor(es) controlados por el microprocesador de modo que el microprocesador gira el servomotor(es) hacia un lado u otro y el cansat gira en consecuencia. Existen dos tipos principales de CanSat dependiendo de si llevan incorporado un paracaídas o parapente o un rotor y alas.

CanSats con paracaídas o parapentes

Estos aparatos llevan generalmente un sistema de dirección consistente en mover hilos de la superficie sustentadora de forma asimétrica de modo que se genere una diferencia de sustentación en el eje longitudinal y el CanSat gire hacia un lado u otro. La dirección mecánica es generalmente bastante sencilla. Estos aparatos son difíciles de gobernar con viento debido a la generalmente baja velocidad de descenso y a la gran superficie sustentadora que llevan incorporada.

CanSats con alas o rotores

Mecánicamente mucho más complejos y menos vulnerables a condiciones atmosféricas que los CanSats con paracaídas o parapentes. Este tipo de aparatos son mucho más complejos de gobernar y requieren un sistema electrónico capaz de realizar muchas más correcciones por segundo debido a su mayor velocidad de descenso.

Openclass

En esta categoría se puede presentar cualquier robot que no se incluya en ninguna de las dos anteriores categorías. La mayoría de CanSat que se presentan en esta categoría son robots en fase experimental o pruebas de sistemas nuevos respecto a otros diseños y que aún no han sido probados (technology demonstrators).