Programa Espacial Antioqueño

Programa Espacial Antioqueño
Uso de Tecnología Aeroespacial como
herramienta en la Investigación y la
Docencia Universitaria
Fuerza Aérea Colombiana
Universidad de Antioquia
Universidad de San Buenaventura
Universidad EAFIT
Universidad Pontificia Bolivariana
Biblioteca EPM
Sociedad Julio Garavito para el Estudio de la Astronomía
Incaes Aerospace (Ingeniería de Campo Aeroespacial)
Planetario de Medellín “Jesús Emilio Ramírez González”
1

Contenido
 Objetivos
 Equipo de trabajo
 Antecedentes
 Colaboraciones
 Plan Financiero
 Recursos
 Areas claves de desarrollo
 Metodología de desarrollo de satélites
 Introducción a CubeSat

Equipo de trabajo, 2006 2

Objetivos
Planteados a partir de consideraciones de a Oficina de
Asuntos del Espacio Ultraterrestre, de las Naciones Unidas

A largo plazo:

•Impulsar el sistema educativo, introduciendo las concepciones
de la alta tecnología
•Contribuir a la creación de capacidad nacional en el ámbito
científico y tecnológico en general


Objetivos
A mediano plazo:

•Aprovechar las ventajas que brinda la ciencia y tecnología
espaciales

•Establecer un proceso de negocios en Ingeniería
A. Planeación estratégica. (Mundo).
B. Análisis de áreas de negocios. (Dominio).
C. Diseño de sistema de negocios. (Elemento).
D. Construcción e integración. (Detalle).


Objetivos
A corto plazo:

•Definición de socios estratégicos

A. Entidades estatales.
B. Universidades.
C. Empresas.

•Incorporación de elementos de ciencia y tecnología
espaciales en los planes de estudio de ciencias a nivel
universitario, secundario y básico.


Equipo de trabajo
 Ángela María Galeano, MsC. Geoinformática, Decana de Ingeniería USB.
 Jorge Iván Zuluaga Callejas, PhD. Física, Investigador UdeA y USB.
 Campo Elías Roldán, Ingeniero Mecánico, UdeA. Incaes Aerospace.
 León Jaime Restrepo Quiros, Tecnólogo en Sistemas, estudiante Ingeniería
de Sistemas USB.
 Jaime Guzmán Olaya, Físico, Biblioteca EPM.
 Roberto Lorduy, M.Sc. En Educación, Universidad EAFIT
 Mario Elkin Vélez, M.Sc. En Física, Universidad EAFIT
 Gabriel Jaime Gómez Cárdel. Director Planetario de Medellín
 William Lalinde Velásquez. Director Sociedad Julio Garavito
 Teniente Andrés Gaitán. Comando Aéreo de Combante Numero 5, FAC


Antecedentes
•Colombia no ha ratificado los cinco Tratados de Naciones Unidas que
regulan el Espacio Ultraterrestre

•Colombia es Secretaría Pro-Tempore de la IV Conferencia Espacial de
las Américas (SP IVCEA) y posee un Plan de Acción a realizar en
materia aerospacial www.minrelext.gov.co/ivcea.

•Cuenta para alcanzar sus objetivos, con: Agencias de la Naciones
Unidas que trabajan en el campo aerospacial, ACCI (Agencia
Colombiana de Cooperación Internacional), Colciencias, IGAC, IDEAM,
Ministerio de Comunicaciones, Ministerio de Relaciones Exteriores,
Aeronáutica Civil, Fuerza Aérea Colombiana, Universidades,entidades
privadas.


Antecedentes
•Algunas universidades adelantan proyectos de aplicación
de tecnología espacial.
Universidad Sergio Arboleda, Universidad Cooperativo
de Colombia, Universidad Distrital Francisco José de
Caldas, Universidad Pontificia Bolivariana

•Localmente se tienen universidades con fortalezas que
podrían ser aprovechadas para una iniciativa propia, en la
forma de un programa sostenible.
(Equipo de trabajo)


Colaboraciones
 Nacionales:
 Universidad Sergio Arboleda
 Universidad Cooperativa de Colombia
 Internacionales
 Universidad de Texas en Austin
 Politécnico de California (CALPOLY)
 Universidad de Stanford


Plan financiero

A corto plazo: $ 2.000’000.000 / 2 años

•Mecanismos de cofinanciación en el marco de la Ley de
Ciencia y Tecnología
•Aportes privados.
•Aportes estatales locales.


Plan financiero

A mediano plazo: por establecer según proceso de negocios

•Establecer planes de apoyo a entidades oficiales y privadas
para el buen uso de los recursos generados por la tecnología
espacial
•Ofrecer de manera conjunta, siempre que sea posible,
productos o servicios de aplicación de tecnologías
aeroespaciales.


Plan financiero

A largo plazo: según plan nacional de desarrollo (Documento
COMPES en elaboración)

•Promoción permanente de la formación de alto nivel en
ciencias aeroespaciales
•Desarrollar tecnología propia o en colaboración.


Recursos
•Tecnológicos. Laboratorio y áreas de pruebas.
Kit(s) CubeSat. Estaciones terrenas. Globos.
•Personal. Investigación. Docencia. Extensión.
Técnicos.
•Financiación. Estatal, propia, privada.
•Promoción. Planes municipales (p.e. Medellín la
más educada, programa de internacionalización)
•Externos. Productos, servicios, asesorías,
tecnológicos.

Áreas claves de desarrollo

Programa Espacial

Legislación y Empresas
Diseño y Aplicaciones
Beneficios procedimientos Seguridad (Científicas,
directos (leyes y
e indirectos Operacional Tecnológicas, Universidad
estándares
de calidad) (Ingeniería) Industriales)

Estado

Educación


Metodología de desarrollo de satélites

Requerimientos/Necesidades Investigación y Planeación

Concepto del sistema Ingeniería de Sistemas

Implementación Inversión

1


Metodología de desarrollo de satélites
1

Operaciones

Depreciación Sistema operacional Ingresos

Financiación Diagrama general según
bibliografía sugerida por
Naciones Unidas, dentro de los
programas de
Centros Regionales de Formación
Recuperación/ en Ciencia y Tecnología Espacial
Liquidación Bruce R. Elbert. Introduction to
satellite communication. Artech
House, Norwood MA, 1987. Pp
295-320


¿Qué es CUBESAT?
 Picosatélite: 10x10x10 cm, 1 kilogramo
 Carga útil de tecnología modesta:
componentes comercial off-the-shelf (COTS)
 Proyectos de instituciones educativas: programa
educativo
 Acceso al espacio y diseño de satélite < 2 años
vida media estudiantes
 Ingreso barato a tecnología aeroespacial
 Banco de prueba para la industria tecnológica


[1]


El programa CUBESAT
 Idea original: Prof. Robert Twiggs (Universidad
de Stanford)

 CALPOLY: Prof. Jordi Puig, Jefe Departamento
Ing. Aeroespacial

 Proveedor comercial: PUMPKIN Inc. (Dr.
Andrew Kalman)

Una receta para CUBESAT
Adquisición del CUBESAT kit
 Componentes básicas del pico satélite


Adquisición del CUBESAT kit (cont.)

 ¿Para qué comprar un kit se se puede
diseñar from scratch?
 Más rápido diseño del satélite e integración
de componentes
 Más barato (partes manufacturadas en serie)
 Otros trabajan en el mismo diseño



 Componentes del Cubesat kit :
 Chasis:
 Estructura mecánica
 Ajustada a los estándares del programa

 Materiales/Peso/Márgenes

 Distintos diseños

skelotonized, solid walls, ½ - 3 U


Skeletonized and solid-wall
CubeSat Kit structures in 1U, 2U
and 3U sizes, along with an
FM430 Flight Module,
transceiver and user module
stack. All parts are
interchangeable.

[2]



 Componentes electrónicas:
 Development board
 Flight panel



 Componentes de software
 SALVO software:
 Cooperative real-time operating system (RTOS)
 Diseñado especialmente para sistemas con

limitaciones severas en RAM y ROM
 Administración tareas dispositivos integrados


Una receta para CUBESAT (Cont.)

Diseño de la Carga Útil

 Componentes básicas:
 Control y manejo de datos (C&DH)
 Módulo de potencia (batería, celdas solares)
 Módulo de comunicaciones (Antena)
 Otras componentes específicas
 Control de temperatura y variables ambientales, control de
actitud (AD&CS)
 Componentes organizadas en user module stack”



Pruebas CALPOLY:
 pruebas mecánicas
 “Thermo-vaccum”
 Estándares de seguridad NASA
 Ajuste a plataforma de lanzamiento
 Pruebas básicas de comunicación



Lanzamiento
 Proveedor: Empresa Ruso-Ucraniana, Cosmotras
(Buenos precios, difícil negociación).
http://www.kosmotras.ru
 Primer lanzamiento: 6 CS - Junio 30 de 2003 (Rockot
launch vehicle)
 Próximo lanzamiento: 10 CS - Septiembre de 2006
(Dnepr launch vehicle)... Colombia a bordo


 El Dnepr-1, desarrollado del
misil balístico intercontinental
RS-20 (ICBM, NATO
designation SS-18 Satan).


[1]



Y todo esto ¿cuánto cuesta? ⇒


¿Para qué CUBESAT?
 Beneficios genéricos:
 Educativos:
 integración de sistemas
 retos tecnológicos propios de la ingeniería

aeroespacial
 Inserción en el uso de TAE.
 Banco de prueba para la industria
 Acceso barato al espacio!


¿Para qué CUBESAT? (Cont.)

 Beneficios y aplicaciones específicas
Dependientes de la carga útil
 Sensoramiento de variables espaciales
 Imágenes de la Tierra
 Sondeo ionosférico
 Investigaciones biológicas
 Diseño y prueba tecnología
 Viaje a la Luna (?)


Proyectos CUBESAT en Colombia
 Primera iniciativa:
Universidad Sergio Arboleda (USA)
 Apoyo:
 Universidad de Texas (Cesar Ocampo)
 Universidad de Stanford (Robert Twiggs)
 CALPOLY (Jordi Puig)
 Proyecto: “Colombia en Órbita”
 Misión: Libertad I


Esquema general del proyecto
Universidad de
Texas Proveedor principal

Colaboradores

Universidad de
Stanford
Proveedor del subsistema
[3]
Aportes del sector
privado
Dnepr, vehiculo de
Sponsors Lanzamiento

Proyectos CUBESAT en Colombia (Cont.)

 Carga útil:
 Antena
 Cámara
 GPS (?)
 Objetivo de la misión:
 Pruebas de comunicaciones (Himno nacional)
 Control desde Tierra
 Pruebas imágenes



 Lo que se ha hecho:
 Adquisión del Kit
 Adaptación de instalaciones para el montaje e
integración de las componentes (cuarto limpio)
 Diseño de modulos de carga útil
 Consecución de equipos para seguimiento (estación
terrena)
 Socialización y promoción del proyecto
 Lanzamiento: misión de Septiembre de 2006



 Otras iniciativas (firmes) en curso:
 Universidad Distrital (Bogotá)
 Carga útil probable: telemedicina


Proyecto CUBESAT en Antioquia
 La iniciativa antioqueña:
 Consorcio Universitario – Empresa privada
 Universidad de Antioquia
 Universidad de San Buenaventura

 Universidad EAFIT

 Unir fortalezas individuales
 Consecución conjunta de recursos


Proyecto CUBESAT en Antioquia (Cont.)

 Programa de investigación propuesto:
 Establecimiento de convenios específicos
 Proyecto de monitoreo y seguimiento
(estación terrena)
 Adquisición de CUBESAT kit
 Pruebas
 Lanzamiento y misión



 Carga útil:
 Propósito: Primera carga útil colombiana con
un propósito científicos específico
 Idea inicial:
 Validación de modelos del contenido

electrónico sobre la ionosfera ecuatorial
 Apoyo científico: Universidad de la Plata


[4]



 Ciencia en la carga útil:
 Medir el contenido electrónico (EC) en ionosfera
 Altura satélite = 700 km (adentro de ionosfera –
debajo de plasmosfera)
 señales de sistemas de Navegación por satélite
(GNSS) tienen a ionosfera como medio dispersivo
 Se producen retrasos en señales que producen
errores
 Para corregir errores se necesita conocer TEC
 Normalmente medido desde la Tierra (Dual frecuency
GNSS observations)



 Métodos:
 Medida indirecta (abundancia de especies
química que pueda conectarse con TEC)
 Estudio de propagación a través de ionosfera
 Diferencia propagación señal hasta Tierra,
propagación señal hasta picosatélite



 Estrategias del programa de
investigación:
 Establecimiento de convenios específicos
 Convocatoria investigadores y estudiantes
 Montaje de estación terrena y pruebas de
monitoreo y seguimiento usando Libertad I
 Adquisición de 1 CUBESAT kit: fase de
aprendizaje y familiarización



 Gestión y Consecución de recursos con la
empresa privada y el Gobierno
 Seguimiento de otros programas CUBESAT
en el mundo
 Realización de pruebas (p.e. Plataforma de
globos sonda cautivos)
 Diseño completo de la misión
 Preparación y lanzamiento


Contamos con su apoyo!

Gracias!


Enlaces
 http://littonlab.atl.calpoly.edu (Comunidad
CUBESAT)
 http://www.cubesatkit.com/ (PUMPKIN)
 http://www.usergioarboleda.edu.co/proyecto_espaci
(USA)
 http://groups.yahoo.com/group/inges_aerospace
(Inges Aerospace)
 http://urania.udea.edu.co/facom (FACOM)


Referencias
[1] Presentación Jordi Puig en el Seminario Taller
Regional GNSS, Bogotá Sept. 26 a 29 de
2005 (SEM.GNSS)
[2] Presentación Andrew Kalman en SEM.GNSS
[3] Presentación oficial proyecto Colombia en el
Espacio, USA
[4] Presentación Claudio Brunini en SEM. GNSS


Apéndices


Tipos de Satélites
Tipo Tamaño Usos Costo
(kg) (Millones USD)

Picosatelite <1 Investigación estudiantil $0.1 – 1

Nanosatelite < 10 Satélites de investigación $1-5
tecnológica
Microsatélite < 200 Satélites de investigación $5-50
tecnológica
Minisatélite 200 – 500 Constelaciones (Iridium), $50-200
satélites LEO
Satélites > 500 Comunicaciones, > $200-500
observatorios
astronómicos,
observación de la Tierra
⇐


Proyecto CUBESAT en números
⇐
Componente Costo approx. Componente Costo aprox.
(USD)* (USD)*
Kit completo $5,000 Paneles y $3,000 – 6,000
celdas solares
Chasis $1,200 Carga útil > $2,000
(skeletonized)
Development board $1,000 Estación $2,000 – 10,000
terrena
Flight panel $1,000 Personal $20,000

Software $4,000 Lanzamiento $40,000

* Valores aproximados basados en información proveída por PUMPKIN y USA


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