Tras más de un
año en el espacio, el SUCHAIi de la Facultad de Ciencias Físicas y
Matemáticas (FCFM) de la U. de Chile, ha sido uno de los pocos nanosatélites
en permanecer más de un año operativo en el primer intento. El equipo de
científicos utiliza ahora los resultados de esta primera misión en los nuevos
satélites del Programa Espacial de la Universidad de Chile.
SUCHAI (de la sigla en inglés para Satellite of the
University of Chile for Aerospace Investigation, «Satélite de la Universidad de Chile para la Investigación
Aeroespacial»; y de la palabra en mapudungún suyai, «esperanza») es el primer satélite artificial diseñado y desarrollado localmente en Chile.
Tras 457 días de operación, el nanosatélite SUCHAI 1, el primero
construido en el país y desarrollado por estudiantes y académicos de la
Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la U. de Chile, concluyó
su misión, demostrando la factibilidad
de realizar ciencia espacial a bajo costo y permitiendo utilizar los resultados
de sus experimentos en el desarrollo de los nuevos nanosatélites SUCHAI II y
III.
El cubesat de 1000 cm3 (o 10cm x 10cm x
10cm) envió datos desde la órbita terrestre entre junio de 2017 y octubre de
2018, y si bien hoy sigue orbitando el planeta, los investigadores del
Laboratorio de Exploración Espacial y Planetaria (LEEP) de la FCFM, ya
recopilaron datos suficientes para analizar esta primera experiencia.
SUCHAI 1 se convirtió en uno de los pocos
nanosatélites en permanecer más de un año en el espacio, una hazaña que menos
del 5% de estos instrumentos ha logrado. En ese periodo recorrió cerca de
338.791.514 kilómetros y dio 7.838 vueltas alrededor de la Tierra.
“El principal aprendizaje que alcanzamos fue demostrar que
podemos desarrollar tecnología para estudios en y desde el espacio en Chile, y
que este tipo de tecnología es factible con los presupuestos que tenemos en el
país y, por ende, que podemos acelerar los procesos de innovación espacial”, dice el académico Marcos Díaz, líder del proyecto. “Con sensores y una plataforma de muy bajo
costo pudimos reproducir experimentos de alta relevancia científica. Y aunque
esto uno podría intuirlo, no muchos toman los riesgos de experimentar con
instrumentos o sistemas de bajo costo que irán al espacio. Esto abre la puerta
al estudio multipunto -con un número de sensores sin precedentes- del ambiente
espacial”, agrega.
En esta Misión SUCHAI 1 hizo principalmente
estudios de física espacial, además de pruebas técnicas con estructuras,
componentes electrónicos, materiales y software de vuelo.
Entre sus logros está el haber demostrado que
con un nanosatélite es posible obtener datos similares a los que se obtienen
con satélites de mayor envergadura y sofisticación que
estudian la Anomalía del Atlántico Sur.
En esta región del planeta el campo magnético
de la Tierra es más débil y, por lo tanto, el flujo de partículas de alta
energía enviadas desde el Sol alcanza alturas u órbitas más bajas, lo que puede
afectar el funcionamiento de satélites en esa zona.
La anomalía cubre un área muy basta de
Sudamérica y el Atlántico, llegando a extenderse hasta la costa de Sudáfrica.
El máximo actual está en los alrededores de Uruguay y Argentina.
“La mayoría de los satélites de física espacial utiliza la
anomalía para probar que sus sensores operan correctamente. Nuestro sensor
detectó la anomalía, lo que indica que nuestra tecnología es funcional y
podemos reutilizarla, con mejoras, en las futuras misiones para monitorearla
bajo un concepto multipunto. Monitorear la anomalía es importante porque los
cinturones de radiación (capas de partículas atrapadas en nuestro campo
magnético) cambian su forma y geometría dependiendo de la dinámica del campo
magnético y la actividad del Sol. El lugar donde se ubica el máximo de
detección de partículas ha ido cambiando y en 50 años se proyecta que
llegará a Chile”, dice el académico.
La permanencia de SUCHAI 1 en el espacio
permitió determinar que el ambiente en la órbita terrestre, a 505
kilómetros de altura, no es tan hostil como los investigadores suponían.
“Antes de tener el SUCHAI 1 la información que teníamos era
que las temperaturas eran muy extremas en el espacio, pero vimos que dentro del
satélite los máximos llegaban a 20 grados Celcius y los mínimos están en cerca
de 7 grados. Aunque el vacío impone fuertes complicaciones para disipar el
calor que puede genera un componente”, dice.
La información respecto al comportamiento
térmico es crítica para el diseño de los nuevos satélites y es una de las
variables que deberán tomarse en cuenta para rediseñar experimentos, como el de
electrónica fuera del equilibrio, que en este caso había sido diseñado para un
ambiente más hostil.
Entre otros resultados se realizaron avances en varios
algoritmos para estudiar el estado de salud de la batería en tiempo real,
lo que permitiría predecir y optimizar los ciclos de operación/producción de
satélites. También se puso a prueba el software de vuelo, fundamental para
garantizar que funcione bien el sistema como un todo.
Se evaluó una cámara fotográfica de baja calidad en
pixeles como parte del sistema de determinación de la orientación del
satélite, sumado al uso de un sensor giroscopio. El uso de esta cámara, así
como los algoritmos de orientación son la base de sistemas de orientación más
sofisticados que serán implementados en las siguientes misiones. Los nuevos
sistemas se basarán en fotografías la posición de las estrellas (startracker).
En la actualidad, el equipo de investigadores detrás del SUCHAI
1 continúa trabajando para sacar la mayor cantidad de resultados con los datos
recogidos de cada experimento para aplicarlos en los próximos SUCHAI II y III,
y eventualmente en nuevos nanosatélites, de ser aprobada la propuesta de
Programa Espacial que ha liderado la Universidad de Chile y que es apoyada
por la Comisión Desafíos del Futuro Ciencia, Tecnología e Innovación del
Senado.
“Hemos
podido contribuir a la ciencia espacial a un costo razonable para el país,
mostrando que estos avances no son solo de interés para Chile, sino que también
para la región y el mundo”, concluye Díaz.
Ruta "SUCHAI-1" (Google imágenes)
Próxima frontera: Programa Espacial para Chile
Este proyecto universitario, que
ha crecido con fondos concursables Conicyt y se ha realizado en asociación
con otras universidades, despertó el interés de la Comisión Desafíos del Futuro
del Senado, que convocó a la FCFM a presentar un Programa Espacial para Chile,
a mediados de 2018, al que luego se unieron 12 universidades nacionales y la
Comisión Chilena de Energía Nuclear (CCHEN).
El pasado 27 de diciembre, el senador
Guido Girardi entregó al Presidente Sebastián Piñera esta propuesta de política
espacial y satelital para Chile, que plantea la inversión para desarrollar una
constelación de 9 a 12 nanosatélites en los próximos tres años, con el objetivo
de monitorear y entregar información relativa a contaminación lumínica e
incendios forestales entre otros posibles estudios.
Resumen de resultados
Baterías: Uno de los elementos que suelen fallar en
este tipo de experimentos son las baterías, por lo que es necesario analizar
cómo se degradan.
Con los resultados recogidos, el
equipo del académico Marcos Orchard, del Departamento de Ingeniería Eléctrica
de la FCFM, ha desarrollado varios algoritmos para estudiar el estado de salud
de la batería en tiempo real, lo que es complejo cuando el satélite está en
funcionamiento. Estos avances permitirán predecir y optimizar los ciclos de
producción de satélites (cuándo comenzar el reemplazo del vehículo en tierra).
Contador de partículas: Uno de los experimentos
que llevó SUCHAI-1 era una sonda de Lagmuir, para medir la densidad de
electrones del plasma ionosférico en la alta atmósfera de la Tierra.
Este sensor también contaba con un contador de partículas. Con
este instrumento fue posible monitorear la Anomalía del Atlántico Sur,
demostrando que es posible hacerlo con un satélite de bajo costo.
El procesamiento y análisis de los datos, cuenta con la colaboración
de académicos de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Chile y del
Departamento de Física de la Universidad de Santiago de Chile.
Modelamiento térmico: Se descubrió que el
ambiente a 505 kilómetros de la Tierra no es tan hostil como se especulaba.
Se observó que la variación de temperatura adentro del SUCHAI 1 era entre 7 y
20 grados, información crítica para el diseño de satélites. Sin embargo,
la disipación de calor es aún un tema a considerar.
De hecho, las pruebas de aumento de temperatura cercanas a la
vecindad del procesador del SUCHAI-1, fue la que finalmente terminó por dañar
el procesador central del sistema.
Electrónica fuera del equilibrio: Este
experimento quiso observar cómo la electrónica cambia sus propiedades
intrínsecas termodinámicas estando en un ambiente considerado hostil, distinto
al que tenemos en Tierra.
Se descubrió que la forma en que se midió el experimento no es
100% apropiada, luego de verificar que el ambiente no era tan hostil como se
pensaba.
En adelante, será necesario sofisticar el sistema para
monitorear la electrónica y generar señales con mayor precisión para lograr ver
los cambios que se desea provocar. Este trabajo se realizó en colaboración con
el académico del Departamento de Física Claudio Falcón.
Software de vuelo: Se puso a prueba en tiempo
real el software que debía garantizar el buen funcionamiento de todos los
elementos y proyectos que contiene el satélite. Se diseñó una arquitectura de
software flexible y reutilizable, con poderosas herramientas de visualización
del programa que permiten minimizar las posibilidades de error, desarrolladas
en colaboración con el académico del DCC Alexandre Bergel.
El software de vuelo, así como las herramientas de visualización
están actualmente siendo utilizados en las siguientes misiones.
Sistemas mecánicos: En la construcción del
satélite, hubo varias piezas que fueron elaboradas por el equipo usando
técnicas de fabricación digital.
El prototipado se realizó con impresoras 3D en materiales en PLA
y ABS, que agilizaron los desarrollos y las pruebas preliminares. Sin embargo,
los sistemas mecánicos fueron finalmente construidos con impresión 3D, pero en
materiales aptos para el espacio.
Finalmente, el material que se usó en el SUCHAI-1 fue el
windform. Este trabajo se realizó en colaboración con el académico del
Departamento de Ingeniería Mecánica Juan Cristóbal Zagal.
Desarrollo y manejo de estación terrena: Se
logró un gran conocimiento en comunicaciones desde y hacia Tierra, tanto en
banda UHF (437 MHz), como en banda S(2,4GHz). Esto se observó tanto en
receptores de radio aficionados, como en radios definidas por software. La
estación terrena del SUCHAI-1 está ubicada en la azotea del Departamento de
Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Chile.
Evaluación de componentes y sistemas: Es
parte del proceso de una expedición espacial probar los componentes y sistemas.
El proyecto no sólo permitió aprender a evaluarlos, sino que hoy
ha invertido en equipamiento para pruebas de termovacío y cuenta con la
colaboración del Departamento de Ingeniería Mecánica para pruebas de vibración
en sus laboratorios.
Al inicio del proyecto se debió viajar a Brasil para estas
pruebas, que hoy se pueden realizar en Chile, en la FCFM. Está área
cuenta con el apoyo de los académicos Viviana Meruane, de Ingeniería Mecánica,
y Marcos Flores, de Física.
Cámara fotográfica: Se observó que sistemas
ópticos comerciales funcionan sin mayores degradaciones, al menos por 1 año, en
el espacio exterior.
Habiendo utilizado una de baja calidad en pixeles (pues no
constituía un proyecto de recolección de imágenes de la Tierra) se pudo
determinar que es una tecnología que permite apoyar la determinación de la
orientación del satélite y obtener imágenes de experimentos.
Determinación de orientación del satélite: Gracias
a un sensor giroscopio (mide velocidad de giro en 3 ejes), sumado a la
información que brindaban las imágenes de la cámara fotográfica, se pudo
determinar la orientación del satélite durante cada órbita. También se
desarrollaron algoritmos de orientación que se esperan mejorar con los
siguientes SUCHAI.
FUENTE: Diario UCHILE 08.enero.2019 – FCFM - Wikipedia
