IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE …

IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE LA

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS

ADRIÁN ESTEBAN GIRALDO BENÍTEZ 20121005071

DIEGO FERNANDO ESPINEL GÓMEZ 20121005097


FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

BOGOTÁ D.C.

2018

ii

IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE LA


ADRIÁN ESTEBAN GIRALDO BENÍTEZ 20121005071

DIEGO FERNANDO ESPINEL GÓMEZ 20121005097

TRABAJO DE GRADO PARA OPTAR POR EL TÍTULO DE INGENIERO

ELECTRÓNICO

DIRECTOR:

Ph.D Lilia Edith Aparicio Pico


FACULTAD DE INGENIERÍA

INGENIERÍA ELECTRÓNICA

BOGOTÁ

2018

iii

Nota de aceptación

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________

______________________________

Firma del Director

______________________________

Firma del Jurado

______________________________

Firma del Jurado

Bogotá, 2018

iv

DEDICATORIAS

A Leyla Yolima y Luis Hernando, mis padres

Por el apoyo incondicional que me han brindado para llegar a esta etapa de mi vida y por

el esfuerzo que han realizado para hacer de mi un buen hombre.

A Daniela, mi hermana

Por ser mí apoyo desde el primer día.

A la memoria de Lizeth Vanessa Jaramillo, mi gran amiga

Por haber hecho de estos años los mejores que pude pasar en la Universidad.

- Adrián Esteban Giraldo Benítez

A Sandra Patricia y Néstor Armando, mis padres

Por el apoyo incondicional y sus constantes de voces de aliento y ánimo a lo largo no solo

de este proceso sino de mi vida en general, por enseñarme a amar lo que hago y a alcanzar

mis metas con esfuerzo.

- Diego Fernando Espinel Gómez

v

AGRADECIMIENTOS

A toda nuestra familia por apoyarnos en cada instante.

A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas, por ser el alma mater que nos llevó a ser

quienes somos ahora.

A todos los profesores que hicieron parte de nuestro proceso de formación, por su tiempo,

dedicación y conocimiento que nos ayudó a ser mejores ingenieros cada día.

Al grupo de investigación GITEM++ y sus integrantes, por toda su colaboración para poder

culminar este paso tan importante en nuestras vidas.

A nuestra directora Lilia Edith Aparicio, por su colaboración en la finalización de este

proyecto.

vi

TABLA DE CONTENIDO

ÍNDICE DE FIGURAS ....................................................................................................... ix

ÍNDICE DE TABLAS ......................................................................................................... xi

1. INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................... 3

3. JUSTIFICACIONES .................................................................................................... 4

3.1. CIENCIA Y TECNOLOGÍA ............................................................................... 4

3.1.1 A largo plazo .................................................................................................... 4

3.1.2 A mediano plazo ............................................................................................... 4

3.1.3 A corto plazo .................................................................................................... 5

3.2. PRODUCTIVIDAD ............................................................................................. 5

4. ALCANCES Y LIMITACIONES ............................................................................... 6

4.1. ALCANCES ......................................................................................................... 6

4.2. LIMITACIONES ................................................................................................. 6

5. OBJETIVOS .................................................................................................................. 7

5.1. OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 7

5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................... 7

6. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................... 8

6.1 ¿Qué es un satélite? .............................................................................................. 8

6.2 CubeSat ................................................................................................................ 8

6.3 ¿Qué es un picosatélite y de qué consta? ............................................................. 8

6.4 Laboratorio de Picosatélites ................................................................................. 9

6.5 Tecnología aeroespacial ....................................................................................... 9

6.6 Actitud del satélite ................................................................................................ 9

6.7 Sistema de control de actitud pasivo .................................................................. 10

6.8 Sistema de control de actitud activo ................................................................... 10

7. ESTADO DEL ARTE ................................................................................................. 11

7.1 A NIVEL GLOBAL ........................................................................................... 11

7.1.1 Estados Unidos ............................................................................................... 11

7.1.2 Japón ............................................................................................................... 12

7.1.3 Dinamarca ....................................................................................................... 12

7.1.4 Alemania ......................................................................................................... 13

7.2 A NIVEL LATINOAMERICANO .................................................................... 13

7.2.1 Ecuador ........................................................................................................... 13

7.2.2 Argentina ........................................................................................................ 13

7.2.3 Perú ................................................................................................................. 14

7.2.4 Brasil ............................................................................................................... 14

7.2.5 Uruguay .......................................................................................................... 14

7.3 A NIVEL NACIONAL ...................................................................................... 14

vii

8. CAPITULO I – FUNDAMENTACIÓN LEGAL Y NORMATIVA DEL

LABORATORIO ........................................................................................................ 15

8.1 CERTIFICACIÓN UNE EN 9100 ..................................................................... 15

8.2 NORMAS PECAL-AQAP ................................................................................. 15

8.3 ACREDITACIÓN Y CERTIFICACIÓN ONAC – Organismo Nacional de

Acreditación de Colombia .................................................................................. 16

8.4 NORMA NTC-ISO/IEC 17025:2005 ................................................................ 17

8.4.1 REQUISITOS RELATIVOS A LA GESTIÓN ............................................. 18

8.4.2 REQUSITOS TÉCNICOS .............................................................................. 26

9. CAPÍTULO II – FUNDAMENTACIÓN Y ESTRUCTURA DEL

LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN DE PICOSATÉLITES ........................ 36

9.1 PROYECTO CUBESAT ................................................................................... 38

9.2 PROYECTO CUBESAT – UD .......................................................................... 38

9.3 ESTRUCTURA GENERAL DEL PROYECTO ESPACIAL ..............................

CUBESAT – UD ................................................................................................ 39

9.3.1 Estructura del equipo de trabajo o TEAM, estructura orgánica del ..................

laboratorio ....................................................................................................... 40

9.3.2 Laboratorio de Diseño de Satélites. ................................................................ 40

9.4 SALA LIMPIA ................................................................................................... 45

9.4.1 ¿QUÉ ES UNA SALA LIMPIA? ................................................................... 45

9.4.2 CONDICIONES FÍSICAS DE UNA SALA LIMPIA ................................... 46

9.4.3 RECOMENDACIONES PARA USO DE SALA LIMPIA ........................... 46

9.4.4 RIESGOS ESPECÍFICOS EN SALA LIMPIA ............................................. 48

9.4.5 NORMATIVIDAD SALA LIMPIA .............................................................. 48

9.4.6 ALGUNAS CLASIFICACIONES DE SALAS LIMPIAS ............................ 50

9.4.7 ALGUNAS SALAS LIMPIAS ...................................................................... 51

9.5 CONFORMACIÓN DE LOS BANCOS DE TRABAJO DE UN

LABORATORIO DE PICOSATÉLITES .......................................................... 51

9.5.1 Estación Terrena ............................................................................................. 52

9.5.2 Módulo de Comunicaciones ........................................................................... 57

9.5.3 Módulo de Potencia ........................................................................................ 60

10. CAPÍTULO III – DISEÑO Y PROPUESTA DE PRÁCTICAS DE

LABORATORIO ........................................................................................................ 64

10.1 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE SALA LIMPIA ................................ 64

10.2 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE OBC ................................................. 66

10.3 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE ESTRUCTURAS Y ............................

MECANISMOS ................................................................................................. 72

10.4 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE LA ESTACIÓN TERRENA ............ 75

10.5 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DEL BANCO DE ......................................

COMUNICACIONES ........................................................................................ 79

10.6 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DEL BANCO DE CONTROL DE

ACTITUD .......................................................................................................... 82

10.7 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DEL BANCO DE POTENCIA .............. 85

viii

11. CAPÍTULO IV – ANÁLISIS Y RESULTADOS .................................................. 89

11.1 ANÁLISIS Y RESULTADOS PRUEBAS SALA LIMPIA ............................. 89

11.2 ANÁLISIS Y RESULTADOS PRUEBAS OBC .............................................. 89

11.3 ANÁLISIS Y RESULTADOS PRUEBAS ESTRUCTURAS Y

MECANISMOS ................................................................................................. 89

11.4 ANÁLISIS Y RESULTADOS ESTACIÓN TERRENA: ................................. 90

11.5 ANÁLISIS Y RESULTADOS BANCO DE COMUNICACIONES: ............... 93

11.6 ANÁLISIS BANCO DE CONTROL DE ACTITUD........................................ 94

11.7 ANÁLISIS Y RESULTADOS BANCO DE POTENCIA: ............................... 95

12. CONCLUSIONES ................................................................................................... 98

13. TRABAJOS FUTUROS ........................................................................................ 100

14. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................... 101

ix

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Estructura de la documentación del Sistema de Gestión de la Calidad ................ 18

Figura 2. Mapa de procesos del Laboratorio de Picosatélites. ............................................. 21

Figura 3. REF. LABSAT 5. Formato de acuerdo de solicitud del servicio. ......................... 23

Figura 4. REF. LABSAT 6. Formato de quejas, reclamos y sugerencias. ........................... 24

Figura 5. REF. PROC 14. Formato Plan Anual de Auditorías Internas. .............................. 25

Figura 6. Organigrama del Laboratorio de Picosatélites. ..................................................... 26

Figura 7. REF. LABSAT 20. Formato de resultado de las calibraciones............................. 35

Figura 8. Estructura Organizacional de un proyecto de satélite. .......................................... 36

Figura 9. Asignación del equipo de laboratorio. .................................................................. 37

Figura 10. Plano del Laboratorio de Picosatélites LASATUD. ........................................... 41

Figura 11. Estructura básica de una estación terrena. ........................................................... 43

Figura 12. Estructura general de un módulo de comunicaciones. ........................................ 44

Figura 13. Estructura general de un módulo de potencia. .................................................... 45

Figura 14. Principios fundamentales de una sala limpia [Fuente propia]. ........................... 64

Figura 15. Interacción con los subsistemas del picosatélite ................................................. 67

Figura 16. Partes del CubeSat Kit Revisión B...................................................................... 68

Figura 17. Partes de CubeSat Kit Revisión C. ...................................................................... 68

Figura 18. Acople tarjeta de cabecera a CubeSat Kit Revisión C. ....................................... 68

Figura 19. License Manager ................................................................................................. 70

Figura 20. Evaluate CrossWorks .......................................................................................... 70

Figura 21. Envío de solicitud de activación ......................................................................... 71

Figura 22. Activate CrossWorks .......................................................................................... 71

Figura 23. Instalación de paquetes ....................................................................................... 72

Figura 24. Red de estaciones terrenas en Colombia ............................................................. 75

Figura 25. Antena de VHF a 2,2 metros de altura. ............................................................... 78

Figura 26. Conexión cable de extensión al Anritsu .............................................................. 78

Figura 27. Cable de extensión con conector N - N ............................................................... 78

Figura 28. Cable de extensión con conector N - UHF.......................................................... 78

Figura 29. Esquema de los subsistemas que componen al módulo de comunicaciones. ..... 79

Figura 30. Medición de señal beacon. .................................................................................. 81

Figura 31. Pasos para alcanzar la adquisición de la actitud.................................................. 83

Figura 32. Configuración EPS v3 – Regulador Individual con Variaciones de carga ......... 87

Figura 33. Conexión EPS v3 - Regulador Individual con Variaciones de carga.................. 87

Figura 34. Software instalado por período de prueba ........................................................... 89

Figura 35. Pérdidas de retorno antena de VHF en tierra. ..................................................... 91

Figura 36. VSWR antena de VHF en tierra. ......................................................................... 91

Figura 37. Impedancia antena de VHF en tierra. .................................................................. 91

Figura 38. Pérdidas de retorno antena de VHF en torre. ...................................................... 92

Figura 39. VSWR antena de VHF en torre. .......................................................................... 92

Figura 40. Impedancia antena de VHF en torre.................................................................... 92

Figura 41. Inicio de trama beacon ........................................................................................ 93

x

Figura 42. Ajuste de la trama a 100ms ................................................................................. 93

Figura 43. Ajuste de la trama a 200 ms. ............................................................................... 94

Figura 44. Variación de carga regulador X .......................................................................... 95

Figura 45. Variación de carga regulador Y .......................................................................... 96

Figura 46. Variación de carga regulador Z ........................................................................... 97

Figura 47. Comparación variaciones de carga individual. ................................................... 97

xi

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Descripción cargo del Director del Proyecto.......................................................... 27

Tabla 2. Descripción del cargo de Coordinador de Laboratorio. ......................................... 27

Tabla 3. Descripción del cargo de Director Científico. ........................................................ 28

Tabla 4. Descripción del cargo de Líder de Grupo............................................................... 29

Tabla 5. Descripción del Grupo de Trabajo. ........................................................................ 29

Tabla 6. Descripción del Monitor de Laboratorio. ............................................................... 30

Tabla 7. Descripción del cargo de Almacenista. .................................................................. 31

Tabla 8. Descripción del cargo de Responsable de Calidad. ................................................ 31

Tabla 9. Límites de las clases del Estándar Federal 209D. .................................................. 49

Tabla 10. Límites de las clases del Estándar Federal 209E. ................................................. 49

Tabla 11. Límites de las clases del Estándar ISO 14644-1. ................................................. 49

Tabla 12. Comparación entre las clases equivalentes del Estándar Federal 209 y de la ISO

14644-1. ................................................................................................................................ 49

Tabla 13. Clasificación del aire en la Unión Europea, guía para buenas prácticas de

fabricación. ........................................................................................................................... 49

Tabla 14. Partículas en el aire exterior. ................................................................................ 50

Tabla 15. Calendario de tests obligatorios para demostrar el cumplimiento continuo de salas

limpias. ................................................................................................................................. 50

Tabla 16. Monitoreo ambiental de Salas Limpias. ............................................................... 50

Tabla 17. Checklist Estación Terrena. .................................................................................. 52

Tabla 18. Checklist Banco de Comunicaciones. .................................................................. 57

Tabla 19. Checklist Banco de Potencia. ............................................................................... 60

Tabla 20. Regulador X con Variaciones de carga ................................................................ 88

Tabla 21. Regulador Y con Variaciones de carga ................................................................ 88

Tabla 22. Regulador Z con Variaciones de carga ................................................................. 88

Tabla 23. Resultados regulador X con Variaciones de carga ............................................... 95

Tabla 24. Resultados regulador Y con Variaciones de carga ............................................... 96

Tabla 25. Resultados regulador Z con Variaciones de carga ............................................... 96

1

1. INTRODUCCIÓN

Implementación de Picosatélites.

En el año de 1999, la Universidad de Stanford decidió emprender un programa que permitiera

el desarrollo de picosatélites de órbita baja de bajo costo con fines educativos, con

características particulares, como lo eran su peso límite de 1 kilogramo y arista de 10

centímetros. A mediados del mismo año, decide unirse a este proyecto la Universidad de

California (CalPoly), la cual posee grandes reconocimientos por sus trabajos en ingeniería.

Este tipo de tecnología fue divulgado por todas las entidades educativas con el fin de que los

interesados en desarrollar satélites de bajo costo, se unieran, y de esta manera se ha alcanzado

un nivel de popularidad sin precedentes alrededor del mundo.1

La universidad Sergio Arboleda trabajó en el año del 2006 en un proyecto denominado

Libertad I”, nombre que se le dio al primer picosatélite elaborado en el país y que tuvo como

objetivo acercar a Colombia al campo de las ciencias aeroespaciales. El Observatorio

Astronómico de la Universidad Sergio Arboleda dispuso sus instalaciones, equipos y

personal para la realización de este proyecto. En este observatorio se construyó el Laboratorio

espacial “José María González Benito” el cual estuvo dotado de los implementos necesarios

para el montaje de los componentes electrónicos del satélite Libertad I. Asimismo fue

necesario tener una sala aséptica o sala limpia para el ensamble final, dado que se debía

garantizar que el satélite estuviera libre de agentes contaminantes.2

En el año 2007 la Universidad Distrital Francisco José de Caldas inició un proyecto titulado

CUBESAT – UD Telemedicina y Telemetría, cuyo objetivo principal fue diseñar y

desarrollar un seminario de capacitación y formación en desarrollo de pequeños satélites. A

lo largo de los 9 años en el grupo GITEM, se desarrolló un proyecto de investigación, cuyo

alcance fue el diseño crítico para el ensamble de un picosatélite con una misión de

telecardiología, a partir de este proyecto macro (CUBESAT – UD) se han venido

desarrollando proyectos donde se tomó como base de experimentación el diseño y la

construcción de un picosatélite, y como resultado se obtienen varios trabajos de grado de

cada uno de los respectivos módulos, siendo importante tener en cuenta, como uno de ellos,

el laboratorio. El primer trabajo de grado que se formuló fue el de laboratorio de picosatélites,

desarrollado por los ingenieros Jaime Vitola Oyaga y Leonel Giraldo Peñaranda, dirigidos

por la profesora Lilia Edith Aparicio Pico, 9 años después se ve la necesidad de implementar

el laboratorio, por cuanto a lo largo de esta experimentación se han venido obteniendo

recursos de infraestructura de estación terrena, infraestructura de sala limpia, e infraestructura

de cada uno de los módulos que compone un sistema o laboratorio de montaje para desarrollo

de picosatélites, adicionalmente, en la actualidad se tiene un diseño crítico del satélite, lo que

1 García Ramos, D., & Rivera Pérez, H. (2007). Diseño del sistema de comunicaciones de la estación terrena sede Neiva Cubesat UD (tesis de pregrado). Universidad Surcolombiana, Neiva, Colombia. 2 Acuña, J., (2011). Picosatélites. Picosatelitesblog.blogspot.com.co. Recuperado el 23 de octubre de 2016, de http://picosatelitesblog.blogspot.com.co/

http://picosatelitesblog.blogspot.com.co/

2

hace ver la imperiosa necesidad de montar e implementar el laboratorio con la

instrumentación que se ha adquirido a lo largo de todos los proyectos que han sido en esencia,

proyectos de pregrado en ingeniería Electrónica y varios proyectos de maestría en ciencias

de la información y las telecomunicaciones, en los cuales se desarrolló el diseño de cada uno

de los módulos, lo que dio lugar al montaje y a la especificación de cada una de las estructuras

de laboratorio para poder entrar en la etapa de ensamble.

En la actualidad se ha cumplido con el objetivo general del proyecto CUBESAT – UD

Telemedicina y Telemetría, se encuentra en proceso la documentación de toda la experiencia,

y se ve adicionalmente la necesidad de poder ofertarle a la comunidad nacional e

internacional el seminario de capacitación y formación, razón por la cual es imprescindible

el montaje del laboratorio con cada uno de sus puestos de trabajo, con el objeto de entrar en

la etapa de ensamble del satélite, y por consiguiente en la etapa de oferta de capacitación por

módulo y poder hacer las respectivas visitas técnicas y demostración, utilizando todos los

experimentos que se desarrollaron a lo largo del proyecto y que llevaron al diseño crítico del

satélite, en consecuencia y resumiendo, se necesita suplir la necesidad para dos aspectos: el

primero, para desarrollar y poder ofertar la capacitación a través del seminario y segundo

para poder entrar en la etapa de ensamble del laboratorio para las pruebas finales y el ensayo

final para prepararlo para su lanzamiento, dando cumplimiento en gran parte al proyecto

macro que es el proyecto CUBESAT UD.

3

2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Teniendo en cuenta los antecedentes presentados, se analiza la necesidad de implementar el

desarrollo de Laboratorio de Picosatélites a partir de la infraestructura y la línea base de

proyección que debe darse para culminar el proyecto CUBESAT-UD telemedicina y

Telemetría, de igual forma al cumplir con este objetivo se consolida la infraestructura para

la oferta del seminario de formación en desarrollo de pequeños satélites.

En consecuencia, es importante resolver el siguiente problema de investigación:

Dadas las condiciones de desarrollo del proyecto de investigación CUBESAT-UD

Telemedicina Y telemetría, se debe contar con una infraestructura que de soporte a la

ejecución de pruebas para montaje del picosatélite, y además dar soporte al seminario de

capacitación. Por consiguiente, hay que responder a la pregunta: ¿Una infraestructura de

laboratorio para montaje de un picosatélite diseñado en la Universidad Distrital, facilita la

evaluación de condiciones de diseño para la preparación y puesta a punto del picosatélite

para su posterior lanzamiento? Además, ¿esta infraestructura permite el desarrollo de un

seminario de capacitación y formación en desarrollo de pequeños satélites?

4

3. JUSTIFICACIONES

3.1.CIENCIA Y TECNOLOGÍA

3.1.1 A largo plazo

En el marco de la ley de ciencia y tecnología, cumplimiento de aspectos

misionales.

Apropiación social de soluciones en el marco de competencia internacional,

inserción de nuevas tecnologías de competencia internacional en Colombia.

Formación de talento científico y profesional en tecnología espacial para

desarrollo del país.

Proyectos estratégicos con visibilidad internacional de reconocimiento global.

Colombia miembro de los países productores de satélite con soluciones a la

medida.

Visibilidad estratégica en la región latinoamericana con soluciones a la medida

competitivas.

Oferta nacional de desarrollo tecnológico.

Flujo y control de los recursos del estado en cuanto a la asignación para

cubrimiento a servicios de salud y desarrollo tecnológico en telecomunicaciones.

Indicadores de alta productividad en función del costo beneficio para las empresas

sociales del estado, en el marco de la producción de tecnología para misiones de

estado.

Programas de capacitación e investigación consolidados en el marco de maestrías

y programas de pregrado, con futuro impacto hacia doctorados.

3.1.2 A mediano plazo

Desarrollo de protocolos de telemedicina sobre redes existentes y nueva

tecnología desarrollada por personal colombiano.

Indicadores de desarrollo de nuevas en tecnologías con evaluación de los primeros

cinco años.

En el mercado Colombiano no existen desarrollos de satélites, tampoco existe

software desarrollado sobre plataformas colombianas.

El sector público continúa su inserción en tecnologías para la sociedad de la

Información, en el marco de solución de problemas de impacto social con apoyo

de nuevas tecnologías y con desarrollo de tecnología colombiana.

Participación de entidades estatales y privadas hacia la producción tecnológica de

competencia internacional.

Personal con alto desempeño científico y profesional en perfiles novedosos de

tecnología de telecomunicaciones.

5

Prospectiva de desarrollo de industria aeronáutica.

En Colombia, no existe un programa consolidado para preparar personal en el

ámbito científico para apropiarse de los problemas de desarrollo del país, en este

sentido el proyecto proporciona el camino hacia el desarrollo tecnológico.

La gestión del conocimiento que se podrá integrar al proyecto con el desarrollo

de este sistema y en adición, a partir de él, iniciar proyectos de gran alcance y

cubrimiento para servicios de telemedicina y facilitar los medios para

investigación y desarrollo en otros temas que puedan ser soportados con satélite,

como por ejemplo, percepción remota, etc.

3.1.3 A corto plazo

Modernización de los sistemas de comunicaciones y los laboratorios de las

universidades que participan, ofreciendo plataforma de desarrollo científico para

el país, responsabilidad de las universidades.

Sistema funcionando.

Prueba piloto de Tele-radiología vía satélite, por primera vez se hace una prueba

piloto con tecnología colombiana en el tema de satélite.

Apropiación de saberes y aplicación de ellos para desarrollo tecnológico como

modelo de implantación en la región y el país.

Visibilidad internacional.

Validación de estándares internacionales en entornos colombianos para mejorar

los servicios de salud y prueba de sistemas en entorno colombiano.

3.2.PRODUCTIVIDAD

El estudio realizado, unido al sistema de satélite desarrollado permite la

implementación de proyectos estratégicos de estado y permite la toma de decisiones

en el ámbito de investigación y formación de talento científico, este impacto además

permite la visibilidad científica en un marco de calidad.

En otra instancia el laboratorio permitirá a futuro, la fabricación de otros satélites y

desarrollo de procesos investigativos académicos en el campo aeroespacial dando el

paso a su vez hacia el nacimiento de la industria colombiana en este ramo.

6

4. ALCANCES Y LIMITACIONES

4.1. ALCANCES

Se realizará la propuesta de una hoja de ruta para cada uno de los módulos basándose en

la documentación y desarrollos físicos existentes hasta el momento.

A cada uno de los módulos se le realizará un diagnóstico con el fin de conocer el estado

actual de cada uno de estos.

El hecho de llevar a cabo las prácticas dependerá directamente del nivel de desarrollo

tanto en software como en hardware que se haya alcanzado hasta el momento con cada

uno de los módulos, sin embargo, se realizará la debida propuesta y documentación con

el fin de que en el momento que se requiera puedan llegar a ser aplicadas.

4.2. LIMITACIONES

El acceso a diferentes zonas de la universidad no siempre es permitido para los

estudiantes, por lo tanto será necesaria la intervención y acompañamiento de un docente

para la gestión de permisos de acceso.

La falta de manuales y protocolos para el uso y conexión de los diferentes módulos del

picosatélite dificulta la correcta manipulación y puesta en funcionamiento de estos.

La propuesta de prácticas para los diferentes bancos estará sujeto a los desarrollos

realizados hasta el momento en el grupo de investigación referente a cada uno de los

submódulos que componen el picosatélite.

El desarrollo de las prácticas estará sujeto a la cantidad y a la disponibilidad de los

recursos con los que cuente el grupo de investigación y en general la Universidad

Distrital.

7

5. OBJETIVOS

5.1. OBJETIVO GENERAL

Desarrollar la implementación y montaje del laboratorio de Picosatélites de la Universidad

Distrital Francisco José de Caldas

5.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

5.2.1. Analizar el documento oficial de integración del satélite y proponer la ruta a

seguir para las pruebas de cada módulo.

5.2.2. Desarrollar un documento oficial de especificación y composición del banco de

montaje para los módulos de potencia, comunicaciones, datos, control de actitud

y sala limpia.

5.2.3. Desarrollar una prueba piloto con cada uno de los módulos desarrollados en el

proyecto CUBESAT – UD.

5.2.4. Desarrollar el documento de lineamientos técnicos que debe cumplir el

laboratorio de acuerdo con la norma NTC-ISO-IEC2017025 correspondiente a

laboratorios de ensayo.

8

6. MARCO TEÓRICO

6.1 ¿Qué es un satélite?

Se designa como satélite a un cuerpo menor que orbita en torno a otro de mayor

proporción.3 El concepto de satélite, que procede del latín satelles, puede utilizarse para

nombrar a dos objetos astronómicos de características muy diferentes. Por un lado están

los satélites naturales, los cuales son cuerpos celestes que orbitan alrededor de un planeta.

En contraposición están los satélites artificiales, que son dispositivos que trazan orbitas

alrededor de nuestro planeta o de otro cuerpo en el espacio.4

6.2 CubeSat

Satélite miniaturizado, destinado a la investigación espacial, con volumen de

exactamente un litro, ya que consiste en un cubo de 10cm de lado, el cual tiene un peso

del orden de 1Kg y que por regla general incorpora componentes electrónicos y se pueden

adquirir comercialmente. Permiten un acceso fácil y a bajo costo al espacio, con fines

científicos, educativo, innovación y desarrollo tecnológico.5

6.3 ¿Qué es un picosatélite y de qué consta?

Para definir el término de picosatélite es necesario conocer el concepto de satélite

artificial. Tomando como referente a Prochnow, Cupertino Durão y Schuch6 los cuales

lo definen de la siguiente manera, “Un satélite artificial es un sistema que gira en torno a

nuestro planeta”. Estos satélites se clasifican según su tamaño en grandes, medianos y

pequeños. Los últimos mencionados se subdividen en 5 categorías, una de ellas

corresponde a la gama de picosatélites, caracterizados porque su masa oscila entre los 0.1

Kg y 1 Kg y su tamaño no supera al cubo de 10 cm de arista.

El Picosatélite es una nave espacial con fines académicos y de investigación, destinada a

iniciar e impulsar el desarrollo de tecnología espacial, inicialmente está diseñado para

establecer un enlace de comunicación confiable con una estación terrena, transmitiendo

datos de operación del sistema, algunas variables ambientales, fotografías y señales en

“tiempo real” (latencia reducida) con un ancho de banda pequeño. Este tipo de satélites

operan en una órbita baja tipo LEO (800km promedio), empleando portadoras para

radioaficionados en las bandas de VHF y UHF.

3 Satélite, S. (2016). Significado de Satélite. Significados. Recuperado el 23 de octubre de 2016, de http://www.significados.com/satelite/ 4 Definición de satélite – Definicion.de. (2006). Definición.de. Recuperado el 23 de octubre de 2016, de http://definicion.de/satelite/ 5 GERGELY, Tomas. CLEGG, Andrew. Nano y picosatélites. National Science Foundation. 6 Durão O. S. C. P.S.L.y.S.N.J., Miniaturização De Satélites, ed. C.R.S.d.P. Espaciais. 2010 Learning, Editor. p. 125.

9

Los picosatélites CubeSat están integrados por subsistemas como son: sistema de

estructuras y mecanismo, sistema de potencia, sistema de comunicaciones, sistema de

comando y manejo de datos, sistema de determinación y control de actitud y sistema de

cargas útiles de la misión.

6.4 Laboratorio de Picosatélites

En esta área se desarrollan las pruebas y protocolos de aquellos aspectos que incidirán en

el éxito de la misión, el laboratorio se debe encontrar dotado con los implementos

necesarios para el montaje de los componentes electrónicos que constituirán el

picosatélite.7

6.5 Tecnología aeroespacial

Consiste en poder llegar al espacio, para conseguir esto el hombre utiliza maquinas en

forma de cohetes, aunque el fin de esta tecnología básicamente es llegar al espacio, con

el desarrollo tecnológico el viaje espacial posibilita otras acciones tecnológicas

ventajosas para el desarrollo de la humanidad, como lo son las telecomunicaciones, la

observación de la tierra y la investigación espacial.8

6.6 Actitud del satélite

Un vehículo espacial en órbita está sujeto a las acciones gravitacionales ocasionadas por

la Tierra y las perturbaciones debidas al entorno espacial, es así como este término de la

ingeniería aeroespacial hace referencia a la orientación angular de un sistema de

coordenadas fijo en el satélite respecto al sistema de coordenadas externo al mismo. Esto

quiere decir que el movimiento del satélite en el espacio se pude describir con un conjunto

de ecuaciones que son del tipo diferencial ordinaria no lineal, cuya solución permite el

conocimiento del torque externo, momento angular y por supuesto su actitud respecto a

un sistema de coordenadas de referencia, lo que permite el uso de ecuaciones de traslación

y rotaciones entre los sistemas.

Por lo tanto, la actitud del vehículo espacial se puede entender como el proceso de medir

la orientación angular del satélite por medio de sensores a partir de un sistema de

coordenadas utilizadas como referencia.9

7 Acuña, J. (2018). Definición de Picosatelite: Picosatelitesblog.blogspot.com.co. Recuperado el 4 Enero de 2018, de http://picosatelitesblog.blogspot.com.co/2011/05/definicion-de-pico-satelite.html 8 CONCEPTO DE TECNOLOGÍA AEROESPACIAL. (2018). Scribd. Recuperado el 4 Enero de 2018, de https://es.scribd.com/doc/98556114/CONCEPTO-DE-TECNOLOGIA-AEROESPACIAL 9 Aparicio, L. E., & Ávila, M. A. (2008). Implementación de un sistema de control de actitud para el picosatélite Cubesat-UD.

10

6.7 Sistema de control de actitud pasivo

Un sistema de control de actitud pasivo utiliza principios de fuerzas o torques ejercidos

en el ambiente espacial, presentan una ventaja importante y es la de favorecer un ahorro

de recursos a bordo como es el ahorro de energía dispuesta en las baterías, aunque

también presenta una desventaja y es la de proveer un control pobre y de poca precisión.10

6.8 Sistema de control de actitud activo

Su fundamentación básica es que la actitud del satélite se mide y compara con el valor

deseado constantemente, generando una señal de error a partir de la resta del valor real o

actitud del satélite menos el valor deseado, la señal de error obtenida en esta forma se usa

para determinar una maniobra de torque corrector, que debe ser implementada por el

actuador abordo una vez haya recibido la orden desde la estación terrena. Este ciclo

siempre se tendrá de forma indefinida debido a que las perturbaciones externas siempre

estarán presentes.11 Esto implica una mayor complejidad dado que se requieren mayores

recursos como lo son el uso de energía de las baterías o la constante comunicación con la

estación terrena, entre otras.

10 L. Mendoza, Torcas ejercidas sobre un satélite y evolución de su orientación, México, 2007. Pp 20 - 32 11 Wie, B., Space Vehicle Dynamics and Control, AIAA Educational Series, Tempe, Arizona 1998

11

7. ESTADO DEL ARTE

7.1 A NIVEL GLOBAL

A nivel global ya son varios los países que han hecho lanzamientos al espacio de diversos

picosatélites, estos lanzamientos generalmente son apadrinados por agencias dedicas a

este tipo de proyectos. A continuación se nombran los países con mayor experiencia, las

agencias que llevaron a cabo dichos lanzamientos y algunos de sus proyectos más

representativos12:

7.1.1 Estados Unidos

I) USAF

Aerocube 3: Lanzado en Mayo 18 del 2009 y con 1 Kg de masa alcanzó un

apogeo de 464 Km.

Pharmasat: Lanzado en Mayo 18 del 2009 y con 3 Kg de masa alcanzó un

apogeo de 465 Km.

Hawksat 1: Lanzado en Mayo 18 del 2009 y con 1 Kg de masa alcanzó un

apogeo de 464 Km.

CP6: Lazado en Mayo 18 del 2009 y con 1 Kg de masa alcanzó un apogeo de

463 Km.

II) NASA

GeneSat-1: Lanzado en Diciembre 16 del 2006 y con una masa de 7 Kg

alcanzó un apogeo de 426 Km. 3U CubeSat lanzado como carga secundaria,

fue una colaboración de la NASA, la industria y las universidades locales que

dio lugar a este sistema de vuelo espacial totalmente automatizado,

miniaturizado que proporciona apoyo a la vida, la entrega de nutrientes, y

lleva a cabo ensayos para monitorear los cambios genéticos de la bacteria E.

coli en condiciones de espacio.

Nanosail-D: Lanzado en Agosto 3 del 2008 y con una masa de 4 Kg fue una

colaboración de la NASA con la agencia SpaceX.

PreSat: Lanzado en Agosto 3 del 2008 y con una masa de 4 Kg fue una

colaboración de la NASA con la agencia SpaceX.

Bell: Lanzado en Abril 21 del 2013 y con una masa de 1 Kg alcanzó un apogeo

de 152 Km teniendo una colaboración por parte de la NASA.

12 Cubesat. (2016). Astronautix.com. Recuperado el 23 de octubre de 2016, de

http://www.astronautix.com/c/cubesat.html

12

III) QuakeFinder

Quakesat: Lanzado en Junio 30 del 2003 y con una masa de 3 Kg alcanzó un

apogeo de 834 Km.

IV) DARPA

MEPSI Picosat: Lanzado en Marzo 9 del 2007 y con una masa de 1 Kg alcanzó

un apogeo de 563 Km.

7.1.2 Japón

I) Tokyo

CubeSat XI-IV: Lanzado en Junio 30 del 2003 y con una masa de 1 Kg

alcanzó un apogeo de 833 Km.

CubeSat XI-V: Lanzado en Octubre 27 del 2005 y con una masa de 1 Kg


II) Mitsubishi

Hayato: Lanzado en Mayo 20 del 2010 y con una masa de 1 Kg alcanzó un

apogeo de 172 Km.

Waseda-SAT2: Lanzado en Mayo 20 del 2010 y con una masa de 1 Kg

alcanzó un apogeo de 183 Km

Negai: Lanzado en Mayo 20 del 2010 y con una masa de 1 Kg alcanzó un

apogeo de 190 Km.

III) ISRO

Cute-1.7-APD-II: Lanzado en Abril 28 del 2008 y con una masa de 4 Kg


SEEDS 2: Lanzado en Abril 28 del 2008 y con una masa de 4 Kg alcanzó un

apogeo de 637 Km.

7.1.3 Dinamarca

I) Aalborg

AAU Cubesat: Lanzado en Junio 30 del 2003 y con una masa de 1 Kg alcanzó


13

II) Danish Technical University

DTUSAT: Lanzado en Junio 30 del 2003 y con una masa de 1 Kg alcanzó un

apogeo de 831 Km.

III) ISRO

AAUSat-II: Lanzado en Abril 28 del 2008 y con una masa de 1 Kg alcanzó


7.1.4 Alemania

I) BJMU

UWE-1: Lanzado en Octubre 27 del 2005 y con una masa de 1 Kg alcanzó un

apogeo de 708 Km.

II) ISRO

Compass-1: Lanzado en Abril 28 del 2008 y con una masa de 1 Kg alcanzó


7.2 A NIVEL LATINOAMERICANO

A nivel latinoamericano hasta el momento los proyectos no han contado con el

acompañamiento de agencias que faciliten el lanzamiento de los picosatélites. A

continuación se nombran los países y los respectivos proyectos que realizaron:

7.2.1 Ecuador

NEE-01 Pegaso: Lanzado en Abril 26 del 2013 y con una masa de 1 Kg alcanzó


Krysaor: Lanzado en Noviembre 21 del 2013 y con una masa de 1 Kg alcanzó un

apogeo de 711 Km.

7.2.2 Argentina

CubeBug-1: Lanzado en Abril 26 del 2013 y con una masa de 2 Kg alcanzó un

apogeo de 654 Km.

Manolito: Lanzado en Noviembre 21 del 2013 y con una masa de 2 Kg alcanzó


14

7.2.3 Perú

PUCPSat-1: Lanzado en Noviembre 21 del 2013 y con una masa de 1 Kg alcanzó


UAP-SAT: Lanzado en Febrero 28 del 2014 y con una masa de 2 Kg alcanzó un

apogeo de 196 Km.

7.2.4 Brasil

Nanosat C BR1: Lanzado en Junio 19 del 2014 y con una masa de 1 Kg alcanzó


AESP-14: Lanzado en Febrero 5 del 2015 y con una masa de 1 Kg alcanzó un

apogeo de 405 Km.

SERPENS: Lanzado en Julio 13 del 2015 y con una masa de 4 Kg alcanzó un

apogeo de 384 Km.

7.2.5 Uruguay

Antelsat: Lanzado en Junio 19 del 2014 y con una masa de 3 Kg alcanzó un

apogeo de 700 Km.

7.3 A NIVEL NACIONAL

Luego de dos años de arduo trabajo un grupo de investigadores de la Escuela de

Ingeniería y del Observatorio Astronómico de la Sergio Arboleda lograron con éxito

colocar en el espacio el único satélite colombiano, Libertad 1. La iniciativa hizo parte de

un proyecto especial llamado “Colombia en Órbita”.

Este fue lanzado en Abril 17 del 2007 en Kazajstán con una masa de 1 Kg y alcanzando

un apogeo de 793 Km.13

13 Seis años en órbita con el Libertad 1 - Universidad Sergio Arboleda Bogotá. (2015). Universidad Sergio

Arboleda Bogotá. Recuperado el 23 de octubre de 2016, de http://www.usergioarboleda.edu.co/seis-anos-en-

orbita-con-el-libertad-1/

15

8. CAPITULO I – FUNDAMENTACIÓN LEGAL Y NORMATIVA DEL

LABORATORIO

El macro-proyecto CUBESAT-UD TELEMEDICINA Y TELEMETRÍA incluye en su

desarrollo una participación multidisciplinar enfocada a la ciencia aeroespacial, la cual tiene

como objetivo ofertar una capacitación a la comunidad académica y científica acerca de

pequeños satélites mediante un seminario que será llevado a cabo en las instalaciones del

grupo de investigación GITEM++ de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas.

Para llevar a cabo este seminario es necesario que el laboratorio cuente no solamente con los

equipos y personal calificado, sino también con una infraestructura adecuada para el

desarrollo de pruebas de experimentación, así como de una normatividad que lo acredite

como un laboratorio (bajo requisitos de calidad establecidos), para diseño, ensamble, etapa

de pruebas en tierra y preparación para pruebas externas en la meta hacia el lanzamiento.

El presente capítulo contiene los lineamientos normativos y estándares básicos necesarios

para el uso y puesta en marcha de un laboratorio de pruebas y ensayos, para este caso en

particular, el del Laboratorio de Picosatélites de la Universidad Distrital Francisco José de

Caldas.

8.1 CERTIFICACIÓN UNE EN 9100

EN 9100 es una norma de sistema de gestión de la calidad desarrollada por el Grupo

Internacional de Calidad Aeroespacial, y está basada en la norma ISO 9001 con

requisitos, adiciones e interpretaciones específicas para la industria aeroespacial y de

defensa.14

Una de las principales ventajas que otorga el tener esta certificación es que proporciona

una evidencia de que los servicios que se prestan al interior del laboratorio cumplen con

los requisitos y expectativas a nivel internacional en cuanto a temas aeroespaciales.

Además, tener esta certificación le da un reconocimiento al grupo de investigación y le

brinda confianza tanto a la comunidad académica, como científica, y a los clientes

externos que quieran ser partícipes de temáticas aeroespaciales.

8.2 NORMAS PECAL-AQAP

Aunque el objetivo de este macro-proyecto es puramente científico, académico y social,

un picosatélite (y los satélites en general) se consideran como un arma, por lo tanto la

OTAN maneja una serie de normas para la gestión de la calidad de los suministradores

de defensa. Estas son las normas PECAL-AQAP (Allied Quality Assurance

14 EN 9100 Certificación de la norma de sistema de gestión aeroespacial | ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001, ISO/FSSC 22000. (2018). Lrqa.es. Recuperado el 1 Enero de 2018, de http://www.lrqa.es/certificaciones/en-9100-norma-aerospacial/

16

Publications), las cuales rigen este tipo de elementos. Por lo tanto es necesario tenerlas

en cuenta si se quiere certificar el laboratorio de picosatélites.

Las principales normas PECAL son:

PECAL 2110 - AQAP-2110: Requisitos OTAN de Aseguramiento de la Calidad

para el Diseño, Desarrollo y Producción.

PECAL 2120 - AQAP-2120: Requisitos OTAN de Aseguramiento de la Calidad

para la Producción.

PECAL 2130 - AQAP 2130: Requisitos OTAN de Aseguramiento de la Calidad

para la Inspección y Prueba.


para la Inspección Final.

PECAL 2105 - AQAP 2105: Requisitos OTAN para Planes de Calidad

Entregables.


del Software, suplementaria a PECAL 2110.

PECAL 160 - AQAP 160: Requisitos OTAN de Aseguramiento de la Calidad del

Software durante su Ciclo de Vida.

Las normas AQAP/PECAL 2000 se corresponden y fundamentan en la norma ISO 9001,

y se han desarrollado para mantener el paralelismo con la anterior serie 100 de normas

PECAL, por lo que existen correspondencias entre las anteriores AQAP/PECAL 110,

120, 130 y 131, y las actuales 2210, 2120, 2130 y 2131.15

8.3 ACREDITACIÓN Y CERTIFICACIÓN ONAC – Organismo Nacional de

Acreditación de Colombia

ONAC tiene como objeto principal acreditar la competencia de los Organismos

Evaluadores de la Conformidad. Además ONAC es el Organismo Nacional de

Acreditación de Colombia por designación del gobierno nacional y presta el servicio de

acreditación a los organismos de evaluación de la conformidad, contribuyendo así al

desarrollo de Colombia, a promover la competitividad empresarial, a proteger los

intereses de los consumidores en cuanto a calidad y seguridad de los productos y servicios

que se les ofrece y a facilitar el comercio, mediante la suscripción de los acuerdos

internacionales de reconocimiento a la acreditación.16

15 PECAL Certificación de la norma de Sistema de Gestión de la Calidad para Suministradores de Defensa | ISO 9001, ISO 14001, OHSAS 18001, ISO/FSSC 22000. (2018). Lrqa.es. Recuperado el 1 Enero de 2018, de http://www.lrqa.es/certificaciones/pecal-calidad/ 16 2013ESTATUTOS DEL ORGANISMO NACIONAL DE. (2018). Retrieved 1 January 2018, from http://www.onac.org.co/anexos/documentos/estatutos/estatutos.pdf

17

El objetivo de tener esta certificación es obtener credibilidad ante las demás

organizaciones así como evidenciar el cumplimiento del requisito de los métodos de

ensayo y de calibración impuestos en la Norma ISO/IEC 17025.

8.4 NORMA NTC-ISO/IEC 17025:2005

Esta Norma Internacional establece los requisitos generales para la competencia en la

realización de ensayos (pruebas) o de calibraciones, incluido el muestreo.17 La norma

internacional ISO/IEC 17025:2005 contiene 2 secciones dentro de las cuales se pueden

encontrar 25 requisitos que un laboratorio de ensayo o calibración debe cumplir para

obtener su acreditación, los cuales se enuncian a continuación:

Secciones relativas a la gestión:

Organización

Sistema de gestión

Control de los documentos

Revisión de los pedidos, ofertas y contratos

Subcontratación de ensayos y de calibraciones

Compras de servicios y de suministros

Servicios al cliente

Quejas

Control de trabajos de ensayos o de calibraciones no conformes

Mejora

Acciones correctivas

Acciones preventivas

Control de los registros

Auditorías internas

Revisiones por la dirección

Secciones técnicas:

Generalidades

Personal

Instalaciones y condiciones ambientales

Métodos de ensayo y de calibración y validación de los métodos

Equipos

Trazabilidad de las mediciones

Muestreo

Manipulación de los ítems de ensayo o de calibración

Aseguramiento de la calidad

17 (2018). Iso.org. Recuperado el 1 Enero de 2018, de https://www.iso.org/obp/ui/#iso:std:iso-iec:17025:ed-2:v1:es

18

A continuación se hará una descripción de los requisitos que aplican para el caso

particular que se está tratando en este trabajo, es decir, el Laboratorio de Picosatélites de

la Universidad Distrital Francisco José de Caldas:

8.4.1 REQUISITOS RELATIVOS A LA GESTIÓN

I) Organización

En la organización se deben definir las responsabilidades del personal directivo y

técnico entre los que debe estar el responsable del sistema de calidad y los

respectivos roles que den garantía del cumplimiento de estándares tecnológicos,

políticas de desarrollo, aspectos de confidencialidad y estructura organizacional

coherente con el tipo de proyectos que se desarrollen.

II) Sistema de Gestión

Según los lineamientos de la Norma ISO/IEC 17025 la documentación debe

iniciar con la elaboración de una misión, visión, política y objetivos de calidad

del laboratorio.

Los requisitos previamente definidos hacen parte de la estructura documental

necesaria y son esenciales para el cumplimiento del sistema de gestión de calidad,

estos están conformados por:

Figura 1. Estructura de la documentación del Sistema de Gestión de la Calidad18

a) Manual de calidad

Este debe exponer de forma clara y concisa el uso de las instalaciones así

como del manejo adecuado de los equipos que el laboratorio tiene a

disposición para el desarrollo de pruebas y ensayos con picosatélites. Además,

18 Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. pag. 67

19

el manual debe contener la misión, visión, estructura organizacional

(organigrama), políticas y objetivos de calidad del laboratorio.

Misión: El Laboratorio de Picosatélites de la Universidad Distrital es un

espacio de investigación satelital y aeroespacial destinado a la

formulación de proyectos de desarrollo, capacitación y transferencia de

conocimiento científico, en cuanto a la elaboración de pequeños satélites,

dirigido a la comunidad académica y externa de la universidad, a través

de la infraestructura y los protocolos necesarios para ofrecer servicios de

investigación con calidad y resultados confiables que permitan el

fortalecimiento de la industria aeroespacial en el país.

Visión: El laboratorio de Picosatélites será reconocido como uno de los

espacios más importantes de investigación satelital y aeroespacial en el

país, con trayectoria internacional, garantizando la calidad de los servicios

en investigación y transferencia de conocimiento, los cuales satisfagan las

necesidades de los usuarios y ofrezca confiabilidad en sus resultados, a

través de la mejora continua en sus procesos.

Política de calidad: El equipo directivo y científico del laboratorio se

compromete constantemente con la aplicación de nuevas formas de

aprendizaje para la obtención de resultados académicos e investigativos

en el campo de ciencia aeroespacial, que le permitan a la Universidad

alcanzar un reconocimiento a nivel nacional e internacional, debido al

fortalecimiento de las líneas investigativas, comprometido con la calidad

en sus procesos y los servicios que ofrece a estudiantes, docentes y

comunidad externa.

Objetivos de calidad:

Prestar servicios en el ámbito académico, y apoyar el

aprovechamiento de las investigaciones que se realizan para su

posterior explotación a nivel comercial.

Fortalecer las relaciones Universidad-Empresa, por medio de la

investigación científica realizada en el laboratorio.

Ofrecer un programa de capacitación que permita la adquisición de

conocimientos para la elaboración de pequeños satélites, dirigido a

quienes posean interés por el tema de ciencia aeroespacial.

Asegurar la calidad de los servicios prestados, con el fin de conseguir

la satisfacción de los usuarios del laboratorio.

Garantizar a través de las funciones operativas y técnicas del personal

a cargo del laboratorio, la ejecución adecuada de los procedimientos

requeridos y su participación en el control de la calidad de los ensayos.

20

Mantener actualizado el Sistema de Gestión de la Calidad asociado a

los laboratorios de ensayo, con el fin de documentar y velar porque

todo el personal esté familiarizado con ellos, aplicando las políticas y

procedimientos establecidos en la normatividad.

b) Manual de procedimientos y procesos

En este manual se exponen todos los pasos que son necesarios para el buen

manejo de los equipos, instrumentos, instalaciones, demás equipamientos al

interior del laboratorio, así como de los procesos de gestión necesarios para

garantizar que se está trabajando bajo los estándares de calidad. A grandes

rasgos los procedimientos se dividen en dos: los procedimientos de entrada y

los procedimientos de salida. A continuación se enuncian los diferentes

procedimientos que se llevan a cabo dentro del laboratorio:

Procedimiento de entrada: Apertura del laboratorio

Procedimiento de entrada: Entrega del laboratorio

Procedimiento de entrada: Solicitud de disponibilidad de laboratorio

Procedimiento de entrada: Quejas y reclamos

Procedimiento de entrada: Préstamo de equipos

Procedimiento de entrada: Entrega de materiales

Procedimiento de salida: Solicitud de equipos

Procedimiento de salida: Solicitud de materiales y suministros

Procedimiento de salida: Solicitud de bibliografía

Procedimiento de salida: Solicitud de servicios

Procedimiento de salida: Solicitud de infraestructura

Procedimiento de salida: Solicitud de software

Procedimiento de salida: Solicitud de servicios externos-pruebas

Así mismo, los procesos que se llevan a cabo cumplen con las necesidades

que los usuarios tienen al acceder a los servicios académicos que ofrece el

laboratorio. Los formatos que a continuación se enuncian son elaboración

propia por parte del grupo de investigación, en caso de querer ahondar más en

el cuerpo que presenta cada formato remitirse a [1]

REF. PROC 1. Caracterización de Planeación Estratégica y Operativa

REF. PROC 2. Caracterización de la Gestión Financiera

REF. PROC 3. Caracterización de la Gestión del Talento Humano.

REF. PROC 4. Caracterización de la Gestión de Compras

REF. PROC 5. Caracterización del proceso de Pruebas y Ensayos.

REF. PROC 6. Caracterización de la Gestión de Equipos.

21

REF. PROC 7. Caracterización de la Trazabilidad de medición,

pruebas y ensayos

REF. PROC 8. Caracterización de la Gestión Documental.

REF. PROC 9. Caracterización de la Gestión de Proyectos

REF. PROC 10. Caracterización de la Gestión de la Calidad.

REF. PROC 11. Caracterización de la Divulgación y Transferencia del

Conocimiento

Ref. PROC 12. Listado Maestro de Control de Documentos

Ref. PROC 13. Lista de chequeo Norma NTC-ISO 17025

REF. PROC 14. Formato Plan Anual de Auditorías Internas.

REF. PROC 15. Formato Registro de Evidencias del S.G.C.

REF. PROC 16. Formato Hoja de ruta del proceso a auditar

REF. PROC 17. Formato Programa de auditoría Interna

Figura 2. Mapa de procesos del Laboratorio de Picosatélites.19

c) Manual de funciones

Este manual tiene como objetivo dar soporte al proceso de caracterización de

la gestión del talento humano, esto debido a que es necesario que dentro del

laboratorio estén bien definidos los cargos y las responsabilidades que tiene

cada integrante del equipo de trabajo. Este manual incluye el nombre del

cargo, la descripción del cargo, las responsabilidades y el perfil requerido para

cumplir con las expectativas de dicho cargo.


22

III) Control de los documentos

El objetivo principal de tener un control de los documentos es comunicar a los

encargados de las actividades y a los usuarios del laboratorio los procesos y

procedimientos que se llevan a cabo dentro de este, así como exponer de manera

clara la manipulación que deben tener los equipos y dispositivos, todo esto con el

propósito de hacer una transferencia de información de manera escrita.

El control de la documentación es un requisito por parte de la Norma NTC-

ISO/IEC 17025 que establece las bases para elaborar, mantener y actualizar el

soporte documental de los sistemas de gestión de calidad. Los distintos

documentos del sistema definen y determinan las pautas de trabajo a desarrollar

para el desempeño del sistema de gestión.20

Con el fin de cumplir este requisito al interior del grupo de investigación se realizó

una codificación de los documentos. La forma en que se ha implementado es por

medio de una codificación estándar, la cual permite llevar un registro de las

actividades desarrolladas al interior del laboratorio. Esta codificación viene

formada por la palabra “Ref. LABSAT XX (consecutivo)”, de igual manera, en el

procedimiento se debe explicar de forma clara el objetivo del documento y la

forma de utilizar el mismo en las actividades de pruebas y ensayos. Cabe aclarar

que esta codificación aplica para los procedimientos operativos.

Los procesos, que son la documentación base para el cumplimiento de los

lineamientos del S.G.C., frente al cumplimiento de la norma ISO 17025 se

designa con el código “Ref. PROC XX (consecutivo)”.21

IV) Revisión de los pedidos, ofertas y contratos

En caso de que alguna persona o entidad externa quiera hacer uso de las

instalaciones del Laboratorio de Picosatélites deberá enviar una solicitud directa

al Director del Laboratorio exponiendo las razones por la cuales requiere el

laboratorio, así como el tipo de investigación que quiere realizar, la cantidad de

personas que participarán dentro de la investigación, entre otros. Dependiendo de

estos factores el director estará en la autoridad de aceptar o rechazar la solicitud.

Con el objetivo de que quede claro, a continuación se enuncia el proceso que

tendrá la solicitud:

20 Gómez, N. (2018). Control de documentos según ISO 9001:2008. Hederaconsultores.blogspot.com.co. Retrieved 1 January 2018, from http://hederaconsultores.blogspot.com.co/2011/06/control-de-documentos-segun-iso.html 21 Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. pag. 70

23

Recibir la solicitud del cliente o entidad externa

Analizar si la solicitud tiene definidos los objetivos de la investigación y lo

que se requiere realizar de una manera clara y específica. Además de esto el

Director del Laboratorio debe analizar si el laboratorio cumple con los

requisitos técnicos y de personal para la prestación del servicio.

En el momento en que se determine si se acepta o se rechaza la solicitud, se

debe realizar un acuerdo solicitud del servicio, a través del diligenciamiento

de un formato el cual será entregado al cliente o entidad externa como

comunicación escrita de la decisión tomada respecto a su solicitud.

Se envía el formato de acuerdo de solicitud del servicio Ref. LABSAT 5.

(Figura 3) al cliente externo o entidad solicitante del servicio del laboratorio,

el cual tiene como propósito comunicarle acerca de la aceptación o rechazo

de la solicitud y si este ha sido aceptado, se deben mencionar las condiciones

de uso del laboratorio.

El cliente aprueba o no las condiciones que se han colocado para el uso del

laboratorio, y se establece un acuerdo de prestación de servicio.

Figura 3. REF. LABSAT 5. Formato de acuerdo de solicitud del servicio.22

Cabe aclarar, que este formato debe ser diligenciado por el Director del

Laboratorio.


24

V) Servicios al cliente

Los clientes, tanto internos como externos, constituyen una parte indispensable

para el mejoramiento continuo del Laboratorio de Picosatélites de la Universidad

Distrital, pues al estar en contacto directo con los equipos y las actividades que se

llevan a cabo tienen la capacidad de presentar una opinión más crítica y objetiva

de cómo se están desempeñando las labores al interior de este; por lo tanto, es

necesario prestarles especial atención, atendiendo todas sus solicitudes, reclamos,

quejas y necesidades.

Teniendo en cuenta lo anterior, el personal de laboratorio debe estar capacitado

para prestar una atención al cliente adecuada, asesorándolo en el uso de los

equipos y dispositivos al interior de este, para que así pueda desarrollar de forma

óptima las pruebas y ensayos.

Por otra parte, con el fin de obtener una retroalimentación constante, es necesario

que los clientes manifiesten su percepción sobre el servicio prestado.

VI) Quejas

En caso de que el cliente presente algún inconveniente, queja o reclamo, es

necesario que este lo pueda expresar de manera verbal y escrita, con el fin de que

quede consignada dicha inconformidad. Para esto, el grupo de investigación

desarrolló el siguiente formato:

Figura 4. REF. LABSAT 6. Formato de quejas, reclamos y sugerencias.23


25

VII) Auditoría interna

Según la norma de Calidad ISO 17025 “el laboratorio debe efectuar

periódicamente, de acuerdo con un calendario y procedimientos predeterminados,

auditorías internas de sus actividades para verificar que sus operaciones continúen

cumpliendo con los requisitos del Sistema de Gestión y de esta norma

Internacional. El programa de auditoría interna debe considerar todos los

elementos del Sistema de Gestión incluidas las actividades de ensayo y

calibración. Es el responsable de la Calidad quien debe planificar y organizar las

auditorías según lo establecido en el calendario y lo solicitado por la dirección.

Tales auditorías deben ser efectuadas por personal formado y calificado, quien

será, siempre que los recursos lo permitan, independientemente de la actividad a

ser auditada.”24

Según esto, se entiende que el objetivo de tener una auditoría interna de forma

periódica es que las actividades y los procesos que se lleven a cabo al interior del

laboratorio se mantengan bajo los requisitos que exige la norma. Además, otro de

los beneficios que trae realizar auditorías internas, es verificar que las acciones

correctivas fueron implementadas de manera satisfactoria para un mejoramiento

continuo. Una vez se haya realizado la auditoría, es necesario consignar los

resultados en el siguiente formato:

Figura 5. REF. PROC 14. Formato Plan Anual de Auditorías Internas.25

24 ICONTEC, Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. NTC-ISO 17025:2005 Requisitos Generales para la Competencia de los Laboratorios de Ensayo y Calibración. 26 de Octubre de 2005. 25 Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. pag. 180

26

Asimismo, es necesario poner en conocimiento del director del laboratorio los

resultados de esta, con el fin de que este efectúe las acciones correctivas

necesarias junto con el personal del laboratorio.

Vale mencionar que el formato de la Figura 5 no es el único que se debe

diligenciar para tener una auditoría interna completa y satisfactoria. En caso de

que se quiera ahondar en este tema, remitirse a [1]

8.4.2 REQUSITOS TÉCNICOS

I) Personal

Como se dijo desde un comienzo, con la finalidad de que al interior del laboratorio

se presente un buen desarrollo, es necesario tener bien definida una jerarquía, las

responsabilidades que cada integrante debe tener y el perfil que se requiere para

poder ocupar dicho cargo.

Figura 6. Organigrama del Laboratorio de Picosatélites.26

A continuación se realiza una descripción de cada uno de los cargos, de las

responsabilidades que cada uno tiene así como del perfil que deben cumplir las

personas que aspiren a este:


27

a) Director del Proyecto27

Tabla 1. Descripción cargo del Director del Proyecto

b) Coordinador de laboratorio

Tabla 2. Descripción del cargo de Coordinador de Laboratorio.

27 Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. pag. 80-87

28

c) Director Científico

Tabla 3. Descripción del cargo de Director Científico.

29

d) Líder de Grupo

Tabla 4. Descripción del cargo de Líder de Grupo.

e) Grupo de Trabajo

Tabla 5. Descripción del Grupo de Trabajo.

30

f) Monitor de Laboratorio

Tabla 6. Descripción del Monitor de Laboratorio.

31

g) Almacenista

Tabla 7. Descripción del cargo de Almacenista.

h) Responsable de Calidad

Tabla 8. Descripción del cargo de Responsable de Calidad.

32

II) Instalaciones y condiciones ambientales

a) Condiciones ambientales28

Para los laboratorios de pruebas, ensayos y/o calibraciones las condiciones

ambientales están dadas por los siguientes parámetros:

Ruido acústico: el nivel máximo de ruido es de 45 dB.

Partículas de polvo: la cantidad manejada debe ser la mínima, ya que al

manejar dispositivos delicados al contacto con otras sustancias, es

recomendable mantener los sitios de trabajo completamente limpios.

Presión del aire: bajo los estándares, se debe manejar una presión máxima

de 10 Pa.

28 ANÓNIMO. Condiciones Ambientales para Calibración y Prueba en Laboratorio y Campo. (2018). Metas.com.mx. Retrieved 1 January 2018, from http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-05-06-COND.pdf

33

Iluminación: para las condiciones de trabajo, se debe contar con suficiente

luz y visibilidad para poder realizar las pruebas necesarias. Al contar con

elementos pequeños, se necesitan lámparas dispuestas por todo el

laboratorio. Se requiere un mínimo de 1000 lx (lux).

Humedad relativa: 35-55% HR a 20°C.

b) Condiciones ambientales del Laboratorio de Picosatélites

Para el manejo del CubeSat al interior del laboratorio, la temperatura del

medio ambiente no debe exceder los 26°C, para evitar que el exceso de

sudoración de las personas que están manipulando el kit caiga en los equipos

que se están manejando.29

Por otro lado, se debe revisar la humedad del ambiente, evitando que este muy

alta, ya que no debe presentarse condensación en el aire.

La sala limpia está diseñada exclusivamente para trabajar con niveles bajos

de contaminación, en donde los parámetros ambientales están estrictamente

controlados: partículas de aire mínimas, temperatura adecuada (<26°C),

humedad relativa entre los 35-55% HR, flujo de aire mínimo evitando la

entrada y salida de polvo u otros agentes contaminantes, presión del aire con

las especificaciones requeridas y suficiente iluminación del recinto.

III) Métodos de ensayo y de calibración y validación de los métodos

El constante uso, golpes, mala manipulación y el tiempo, son algunos de los

factores que ocasionan que los equipos se descalibren, es decir, pierdan exactitud

a la hora de realizar una medición.

Al interior del Laboratorio de Picosatélites de la Universidad Distrital es

fundamental la confiabilidad en los resultados que arrojen las pruebas realizadas

con los equipos y dispositivos, pues una mala lectura por parte de estos puede

implicar el daño parcial o permanente de alguno de los módulos lo cual repercute

en implementarlo nuevamente y en los gastos que esto representa.

Por otra parte, la trazabilidad es un factor esencial ya que independientemente de

la cantidad de veces que se realice una prueba, siempre se debe obtener el mismo

resultado, por lo tanto, es necesario que en el laboratorio se realicen procesos de

calibración de forma periódica.

29 Vitola, J; Giraldo, L; Aparicio, L. E. Laboratorio de investigación Aeroespacial de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Universidad Distrital. 2009.

34

Una buena calibración de los equipos permite calidad en los resultados y cumple

con los siguientes requisitos:

Mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos.

Responder a los requisitos establecidos en las normas de calidad

Garantizar la fiabilidad y la trazabilidad de las medidas.

Los requisitos generales para la trazabilidad según la norma NTC ISO/IEC

17025:2005 son:

5.6.1. Todos los equipos utilizados para los ensayos o pruebas en los laboratorios

que tengan un impacto en el resultado del ensayo deben ser calibrados antes de

ser puestos en funcionamiento. Es obligación de los Laboratorios, justificar la

identificación de sus necesidades de calibración.

Para patrones de referencia, los requisitos para la trazabilidad en la norma

ISO/IEC NTC 17025:2005 son:

5.6.3.1. El laboratorio debe tener un programa y un procedimiento para la

calibración de sus equipos. Los patrones de referencia de medida deben ser

calibrados por un organismo que pueda proveer la trazabilidad necesaria.

Dichos patrones de referencia deben ser utilizados únicamente para la

calibración de los equipos. Los patrones de referencia deben ser calibrados antes

y después de cualquier ajuste.30

Es importante mencionar que la norma exige que el proceso de calibración sea

realizado a través de organismos certificados, por lo tanto, el laboratorio debe

hacer una contratación externa de proveedores de servicios de calibración a través

del director. Sin embargo, es conveniente que dentro de los procesos internos del

laboratorio también se realice una calibración de los equipos, la cual será

realizada por parte del almacenista (el cual está debidamente capacitado para estas

labores), con el fin de que la incertidumbre en las mediciones no aumente debido

al tiempo.

Independientemente del tipo de calibración (interna o externa), uno de los

objetivos fundamentales de esta es garantizar el correcto funcionamiento de todos

los equipos del laboratorio, mediante la determinación de valores como la

incertidumbre, el cual indica el grado de dispersión de los datos obtenidos en las

mediciones, indicando el nivel de calidad y confiabilidad de estos, ya que si la

dispersión es pequeña, mejor será el funcionamiento del equipo.31

30 ICONTEC, Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación. NTC-ISO 17025:2005 Requisitos Generales para la Competencia de los Laboratorios de Ensayo y Calibración. 26 de Octubre de 2005. pp. 21. 31 Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. pag. 97

35

Los resultados de las calibraciones, ya sean realizadas por personal interno

perteneciente al laboratorio o personal externo contratado para dicho fin, se deben

documentar en el “Formato de resultados de las Calibraciones” elaborado por el

grupo de investigación y que se muestra a continuación:

Figura 7. REF. LABSAT 20. Formato de resultado de las calibraciones.32

Otro factor a tener en consideración es que cada uno de los equipos requiere un

tipo de calibración diferente, por lo cual el grupo de investigación desarrolló una

hoja de vida, la cual se debe diligenciar de forma completa. En caso de que se

quiera profundizar en este tipo de documentos remitirse a [1]


36

9. CAPÍTULO II – FUNDAMENTACIÓN Y ESTRUCTURA DEL

LABORATORIO DE INVESTIGACIÓN DE PICOSATÉLITES

En los últimos diez años, la industria colombiana así como la academia, han empezado a

introducirse en el estudio de ciencias aeroespaciales con diversos fines como lo pueden ser

el hecho de crecer a nivel científico mediante la implementación de pequeños satélites como

el “Libertad 1” el cual fue ensamblado por la universidad Sergio Arboleda siendo el primer

picosatélite colombiano en órbita, o la misma Universidad Distrital Francisco José de Caldas

con el grupo GITEM++ al establecer el proyecto CUBESAT – UD que se ha venido

trabajando desde hace ya varios años hasta tener hoy en día entidades como la universidad

de Antioquia con el lanzamiento de su carrera de pregrado en “Ingeniería Aeroespacial”.

Basados en estos antecedentes es necesario definir o establecer la estructura principal de un

proyecto satelital con el fin de tener un prototipo y a partir de este determinar cada una de las

partes que componen este tipo de proyectos. La estructura general de un proyecto de

investigación en satélites es la siguiente:

Figura 8. Estructura Organizacional de un proyecto de satélite.33

Basados en la Figura 8 es posible definir que es un proyecto CubeSat, el cual es el corazón

de toda esta investigación e infraestructura necesaria, dado que todo es diseñado bajo

estándares normativos definidos a nivel mundial, pero ajustado al proyecto CUBESAT – UD

desarrollado dentro de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por el grupo de

investigación GITEM ++.

Un proyecto espacial satelital se constituye a partir de dos niveles de ejecución, uno

estratégico y otro operativo. El nivel estratégico está conformado por el director científico y

de ingeniería el cual es el responsable de capacitar y sensibilizar a los representantes

33 APARICIO PICO, Lilia Edith; GÓMEZ VARGAS, Ernesto. (2014). Cubesat – UD Telemedicine and Telemetry (tesis de maestría). Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia.

37

institucionales (directivos) en el rol de políticas y gestión externa que requiere un proyecto

como éste; adicionalmente es el responsable de gestionar y preparar el personal

administrativo del proyecto para los tramites de ejecución financiera, legal y organizacional

así como de consumar las relaciones externas internacionales que se requieren, por ejemplo,

para lanzamiento y legalización de este tipo de proyectos. Finalmente, el director científico

y de ingeniería es el encargado de localizar y trabajar con los consultores y asesores externos

que se requieran.

En el aspecto operativo, tecnológico y científico, el proyecto está conformado por el grupo

de desarrollo (TEAM) que corresponde al diseño, desarrollo de pruebas y puesta a punto para

el lanzamiento del satélite, este está conformado por los diferentes módulos que integran el

satélite, a saber: control de actitud, estructuras y mecanismos, potencia, comunicaciones,

datos, misión y un espacio para lanzamiento. Otra unidad importante en el rol operativo es la

constitución y montaje de una estación terrena, asociados a la conformación de un laboratorio

que soporte todo el desarrollo del trabajo tecnológico y de investigación. Finalmente en este

aspecto operativo hay que incluir el espacio para el centro de operaciones y en consecuencia

desarrollar el aspecto de divulgación y formación, así como el de comercialización, las cuales

son etapas posteriores a la puesta en producción de satélites.

En la Figura 9 se muestran los grupos de trabajo definidos para la conformación del equipo

de trabajo o TEAM, en el cual se forman estudiantes de diferentes niveles educativos para

dar cumplimiento al proyecto del picosatélite experimental CUBESAT – UD. Debido a la

complejidad en su desarrollo se divide en diferentes grupos de trabajo asignando a cada uno

diferentes subsistemas del picosatélite tanto para el segmento terrestre como para el segmento

espacial.

Figura 9. Asignación del equipo de laboratorio.34

34 APARICIO PICO, Lilia Edith; GÓMEZ VARGAS, Ernesto. (2014). Cubesat – UD Telemedicine and Telemetry (tesis de maestría). Universidad Distrital Francisco José de Caldas, Bogotá, Colombia.

38

9.1 PROYECTO CUBESAT

El proyecto CubeSat es un programa educativo que brinda la oportunidad de acceder a la

investigación aeroespacial por medio de una plataforma de bajo costo, la cual cuenta con

unos estándares en lo pertinente al satélite y unos conductos regulares para sus pruebas y

lanzamiento.

Este fue introducido por el Doctor Dr. Robert J. Twiggs de la Universidad de Stanford, y

ha tenido como uno de sus principales desarrolladores al Dr. Jordi Puig-Suari con el

soporte de una empresa comercial que ofrece un kit de desarrollo inicial llamada Pumpkin

Inc. Lo que persigue este programa es solucionar uno de los más grandes inconvenientes

existentes cuando se habla de investigación Aeroespacial y este se resume en uno solo,

“dinero”, dado que este tipo de investigación ha necesitado y sigue necesitando grandes

cantidades del mismo utilizado en la infraestructura necesaria, el equipo humano y

logístico, sin perder de vista los posibles contratiempos que a un proyecto de esta

envergadura acompañan, es así que se ha venido desarrollando un programa con interés

académico denominado CubeSat, este programa provee de las herramientas necesarias y

suficientes para implementar una plataforma de experimentación para la investigación

aeroespacial a un bajo costo.

Por tanto los CubeSat se han venido constituyendo alrededor del mundo como una

herramienta de uso obligatorio cuando de investigación satelital se habla, por lo menos a

nivel académico y ha sido seguido por una gran cantidad de universidades y otras

instituciones con mucho éxito. En otras palabras, el CubeSat se ha provisto de una

herramienta flexible, a un bajo costo que viabiliza misiones de investigación ya sea

académicas o comerciales dado que ofrece la posibilidad de experimentación para una

gran cantidad de propuestas35.

9.2 PROYECTO CUBESAT – UD

En el año 2009 la Universidad Distrital Francisco José de Caldas inició un proyecto

titulado CUBESAT – UD Telemedicina y Telemetría, cuyo objetivo principal fue diseñar

y desarrollar un seminario de capacitación y formación en desarrollo de pequeños

satélites. A lo largo de los 9 años en el grupo GITEM, se desarrolló un proyecto de

investigación, cuyo alcance fue el diseño crítico para el ensamble de un picosatélite con

una misión de telecardiología; a partir de este proyecto macro (CUBESAT – UD) se han

venido desarrollando proyectos donde se tomó como base de experimentación el diseño

y la construcción de un picosatélite, y como resultado se obtienen varios trabajos de grado

de cada uno de los respectivos módulos, siendo de gran importancia el laboratorio como

uno de ellos.

35 APARICIO PICO, Lilia Edith; ANGULO CHAPARRO, Jaime Humberto. Cubesat-UD Telemedicina y Telemetría: Desarrollo de los lineamientos básicos para el laboratorio de picosatélites de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, D.C., Enero-Mayo 2006. pp. 17.

39

Los primeros trabajos de grado que se formularon fueron los del laboratorio de

picosatélites, desarrollados por los ingenieros Jaime Vitola Oyaga36 y Leonel Giraldo

Peñaranda37, dirigidos por la profesora Lilia Edith Aparicio Pico. En consecuencia, se

han venido obteniendo recursos de infraestructura de estación terrena, infraestructura de

sala limpia, e infraestructura de cada uno de los módulos que compone un sistema o

laboratorio de montaje para desarrollo de picosatélites; adicionalmente, en la actualidad

se tiene un diseño crítico del satélite.

En la actualidad se ha cumplido con el objetivo general del proyecto CUBESAT – UD

Telemedicina y Telemetría, además, se encuentra en proceso la documentación de toda

la experiencia adquirida durante este tiempo y la preparación de todo lo necesario para

pasar a una etapa de lanzamiento, para ello, es indispensable la existencia de una

laboratorio capaz de suplir cada una de las necesidades que se presenten al momento de

ensamble y pruebas.

Para el caso de la Universidad Distrital, se ha venido trabajando con la maestría en

Ciencias de la Información y las Comunicaciones junto con los recursos necesarios

iniciando el proyecto CubeSat, con el kit que ofrece Pumpking38, inició estudios

científicos en áreas relacionadas a la Industria Aeroespacial, conformando alianzas

estratégicas con la Aeronáutica Civil, la Fuerza Aérea Colombiana y la Universidad Sur-

Colombiana en Neiva, Universidad Pedagógica y Tecnológica de Colombia (UPTC) en

Tunja, y actualmente con la Universidad de Antioquia con una alianza para la

conformación de un centro de investigación al interior de la Universidad Distrital, que

facilite las pruebas, ensayos y estudios que se requieran para trabajar con picosatélites.

Como ya se ha mencionado, la Universidad cuenta con su propio proyecto aeroespacial

dedicado al estudio, diseño e implementación de un picosatélite denominado CUBESAT

– UD.

9.3 ESTRUCTURA GENERAL DEL PROYECTO ESPACIAL CUBESAT – UD

Para poder definir y detallar cada uno de los componentes de esta estructura general es

necesario remitirse a la Figura 8 la cual indica la estructura de un proyecto espacial. En

ese orden de ideas, esta propuesta apunta a detallar en principio tres de los elementos

presentes en este diagrama, los cuales son: Equipo de trabajo o TEAM del proyecto

CUBESAT – UD (Figura 9), Laboratorio de Diseño de Satélites y Estación Terrena; cabe

mencionar que dentro del Laboratorio de Diseño de Satélites se encuentra inmersa la

36 Vitola, J., (2006). Infraestructura básica para el laboratorio de investigación aeroespacial de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 37 Giraldo, L., (2006). Laboratorio de investigación aeroespacial de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. 38 Kalman, A. (2018). CubeSat Kit Home. Cubesatkit.com. Recuperado el 2 Enero de 2018, de http://www.cubesatkit.com/

40

Estación Terrena, por lo cual se incluirá su explicación detallada dentro de la explicación

del laboratorio.

9.3.1 Estructura del equipo de trabajo o TEAM, estructura orgánica del laboratorio.

Teniendo en cuenta lo expresado en la Figura 8, se puede apreciar la jerarquía

organizacional encontrada dentro del desarrollo de un proyecto espacial, como

principal responsable se encuentra el director del proyecto (Director Científico e

Ingeniero) quien en principio es el encargado de todo lo referente al proyecto espacial,

este tendrá dentro de sus responsabilidades la dirección general del proyecto y de

cada una de las decisiones que se deban tomar durante el desarrollo de este, así como

de determinar la reglamentación o normas a seguir durante el desarrollo del proyecto,

conjuntamente avalará cualquier proceso de solicitud de compras, préstamos o

gestiones que sea necesario hacer y estará encargado de toda la parte legal y

normativa. Las responsabilidades del director se contemplan en la sección 7.4.2.

En segunda instancia encontramos el grupo de trabajo que estará a cargo del director

general del proyecto de satélite, este grupo de trabajo o TEAM lo conforman

diferentes estudiantes en proceso de formación que se encargarán de una tarea

específica dentro del desarrollo del proyecto espacial, dichas tareas están relacionadas

con cada uno de los módulos necesarios para la óptima implementación del

picosatélite, dentro de las tareas a realizar por parte de cada uno de estos estudiantes

se encuentran tareas como realización de diferentes pruebas a cada uno de los

módulos, evaluación de prototipos desarrollados y aporte de críticas y mejoras,

gestión respecto a todo lo necesario para la implementación de diseños críticos

finales, evaluación de diseños de vuelo, entre otras. Dentro de los módulos necesarios

para la implementación final del picosatélite encontramos:

Subsistema de Estructuras y Mecanismos.

Subsistema de Potencia

Subsistema de Comunicaciones.

Subsistema de Comandos y Manejo de Datos.

Subsistema de determinación y Control de Actitud.

Subsistema de Cargas Útiles de la Misión.

9.3.2 Laboratorio de Diseño de Satélites.

Conocidas las definiciones de: laboratorio de picosatélites, de satélite y de tecnología

aeroespacial enunciadas en el marco teórico es evidente que para llevar a cabo un

proyecto satelital de manera exitosa es indispensable la implementación de un

laboratorio especializado para picosatélites, el cual será de vital importancia al

momento de realizar diferentes pruebas, mediciones o ensamble final. Con el fin de

poder desarrollar los diferentes módulos que componen un picosatélite es necesario

41

definir, diseñar, estructurar e implementar bancos de trabajo en los cuales se lleve a

cabo todo el proceso referente a la creación de cada uno de estos módulos. Para este

caso, se piensa en la implementación de una infraestructura que permita el análisis y

exploración de carácter científico e investigativo en el área de la ciencia aeroespacial,

que contenga todos los parámetros necesarios en materia de calidad y regulaciones

normativas, brindando la posibilidad de transferir conocimientos a la comunidad

interesada y llevar a cabo aplicaciones tecnológicas y de innovación en el campo de

satélites con el fin de obtener un reconocimiento de la institución académica y abrir

paso para el desarrollo de trabajos de investigación en otras áreas de la ciencia. Un

aspecto que vale la pena resaltar es el hecho de que el laboratorio consta de dos partes

fundamentales: los bancos de trabajo y la sala limpia. En la Figura 10 se puede

observar la distribución espacial de la sala limpia así como cada uno de los bancos de

trabajo dentro de las instalaciones de la sala GITEM con algunas especificaciones

como medidas a manera de plano.

Figura 10. Plano del Laboratorio de Picosatélites LASATUD.39

A continuación se dará una descripción de cada uno de los bancos de trabajo presentes

en el laboratorio de picosatélites de la Universidad Distrital así como la sala limpia:

1. Sala Limpia: Es todo local, sala, recinto o lugar en el cual la concentración de

partículas es controlada y en su construcción y durante su uso se debe minimizar la


42

introducción, generación y retención de partículas dentro de la sala y en el cual otros

parámetros son controlados como por ejemplo la temperatura, la humedad y la presión

diferencial entre las salas. 40

Dentro de la sala GITEM la sala limpia es un área dispuesta para trabajar en

condiciones ambientales específicas, ya que se cuenta con niveles bajos de

contaminación de partículas en el aire, debido a una atmósfera controlada de

temperatura, humedad y presión. Este sitio de trabajo requerirá el uso de filtros para

la eliminación de partículas en suspensión y microorganismos, evitando la

acumulación de polvo. La presión de aire también se controla, es necesario que exista

una presión positiva, es decir que la presión de aire dentro del recinto sea mayor que

la presión de aire fuera de este para impedir la entrada de aire contaminante a la sala.41

2. Módulo Integración: Es en donde se realiza el montaje pre final y pruebas generales

antes entrar al ensamble final del satélite en la sala limpia, por medio de las

especificaciones técnicas del Calpoly (Politécnico de California) y a través del cual

se establecen los lineamientos para realización de pruebas en tierra, los equipos a

utilizar y el método de ensayo adecuado.

3. Equipo de prueba y calibración: Teniendo en cuenta los estándares de calidad, se

verifican de manera periódica los equipos, dispositivos y elementos del kit CubeSat,

garantizando la confiabilidad de los resultados obtenidos en las pruebas realizadas al

interior del laboratorio.

4. Estación Terrena: Estación situada en la superficie de la tierra, o en la parte principal

de la atmósfera terrestre destinada a establecer comunicación con una o varias

estaciones espaciales; o con una o varias estaciones terrenas, mediante el empleo de

uno o varios satélites reflectores u otros objetos situados en el espacio. La estación

terrena a su vez tiene la capacidad para conectarse con alguna red terrestre de

telecomunicaciones privada o pública. La antena y el equipo asociado a ésta que se

utiliza para transmitir o recibir señales de comunicación vía satélite.42

Para el caso del proyecto CUBESAT – UD, la estación terrena será la encargada de

monitorear el picosatélite a través del uso de redes intercomunicadas por acceso

remoto a nivel mundial, con el fin de adquirir y controlar la información43. Por medio

del personal calificado y la infraestructura del laboratorio, se tendrá la capacidad de

40

Salas limpias y Salas blancas. (2018). Diseño e instalación de Salas Blancas y Limpias Elur. Recuperado el 2 de Enero de 2018, de https://www.elursl.com/salas-blancas.php 41 Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. pag. 89 42 Estación Terrena Satelital - FtaTV. (2018). Ftatv.org. Recuperado el 2 de Enero de 2018, de http://www.ftatv.org/foro/viewtopic.php?t=98 43 LUNA, Iván; APARICIO PICO, Lilia Edith. Seminario Satélites CubeSat. Universidad Distrital. 22 de octubre de 2015.

43

verificar fallas en el sistema y generar una respuesta inmediata, que no permita la

pérdida de datos e información.

Este banco de trabajo apunta a resolver problemáticas relacionadas con toda la

infraestructura necesaria para la detección de diferentes satélites así como la posible

comunicación con otras estaciones terrenas. Dentro de las temáticas comprendidas

por este banco de trabajo se trabajarán o abordarán problemas relacionados con

frecuencias de subida y bajada, pruebas para transmisión y recepción de señales,

estudio de antenas, detección de señal de radio faro o beacon, manejo de software

como CWGet y afines, configuración de diferentes dispositivos que componen la

estación terrena, entre otros. Todas estas problemáticas surgen al momento de la

implementación de una estación terrena, para aclarar un poco más este tema, es

necesario visualizar la estructura básica de una estación terrena, la cual se muestra a

continuación:

Figura 11. Estructura básica de una estación terrena.44

5. Módulo de Comunicaciones: En este lugar se localizarán los equipos de

comunicación que monitorearán de forma constante el picosatélite, manteniendo una

trazabilidad de la actividad que éste realiza. También permite la interconexión con

otros equipos de trabajo y otras estaciones terrenas45.


infraestructura necesaria para la comunicación del satélite con diferentes estaciones

terrenas o incluso con otros satélites, dentro de este banco de trabajo se abordarán

problemas relacionados con los tipos de modulación y demodulación, los diferentes

protocolos aplicables para empaquetamiento de tramas, la detección y generación de

la señal de radio faro o beacon, manejo de protocolo AX.25, uso e implementación

de un TNC, pruebas de interferencia, comportamiento de las señales en los espectros

de tiempo y frecuencia, entre otras. Todas estas problemáticas surgen al momento

de la implementación de un módulo de comunicaciones, para aclarar un poco más

44 Gaona, E. (2007) Estructura de estación terrena CubeSat-UD. Universidad Distrital Francisco José De Caldas 45 Ibíd.

44

este tema, es necesario visualizar la estructura básica del módulo de comunicaciones

desarrollado por el grupo de investigación GITEM, la cual se muestra a continuación:

Figura 12. Estructura general de un módulo de comunicaciones.46

6. Módulo de Control de actitud: Se encarga de controlar la actitud propia del

picosatélite puesto en órbita, además de eso estudia la física propia de la órbita

recorrida por el satélite y define los distintos escenarios a los que se enfrenta el

CubeSat en el espacio47, teniendo en cuenta un punto de referencia y las condiciones

físicas a las cuales se encuentre sometido éste.

7. Módulo de Potencia: Es el lugar donde se diseña el sistema de alimentación del

CubeSat, así como la recarga de baterías por paneles solares48, que permitan su

funcionamiento continuo y con los resultados esperados.


infraestructura necesaria para suplir la necesidad de energizar al picosatélite y por

ende a todos los sub módulos y subsistemas que lo componen, es un módulo

indispensable al momento del ensamble y pruebas dado que sin alimentación no será

posible realizar ninguna de las actividades propuestas. Dentro de este banco de trabajo

se abordarán problemas relacionados con regulación, carga y descarga de baterías,

distribución de energía a usuarios, eficiencia, respuesta del módulo frente a

variaciones de carga, selector de fuente primaria, entre otras. Todas estas

problemáticas surgen al momento de la implementación de un módulo de potencia,

46 González, F. J., & Muñoz, C. L. (2014). Tarjeta de integración módulo de comunicaciones del pico-satélite Colombia-1 proyecto Cubesat-UD. 47 Malaver, F. L., & Amorocho, F. R. (2009). Diseño e implementación del módulo beacon del pico-satélite Cubesat-UD. 48 Aparicio, L; Angulo, J. Cubesat-UD Telemedicina y Telemetría: Desarrollo de los lineamientos básicos para el laboratorio de picosatélites de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas. Bogotá, D.C., Enero-Mayo 2006.

45

para aclarar un poco más este tema, es necesario visualizar la estructura básica del

módulo de potencia desarrollado por el grupo de investigación GITEM, la cual se

muestra a continuación:

Figura 13. Estructura general de un módulo de potencia.49

9.4 SALA LIMPIA

Debido a la importancia y el manejo que tiene la sala limpia es necesario ahondar de

forma detallada en esta parte fundamental del laboratorio, por ello se deben conocer

varios aspectos importantes como lo es la definición de sala limpia, la diferente

normatividad que debe cumplir una sala limpia entre otros, los cuales serán explicados

minuciosamente y al detalle en este apartado.

9.4.1 ¿QUÉ ES UNA SALA LIMPIA?

Una sala limpia también conocida como sala blanca, de ambiente controlado o limpia

de partículas, es una sala especialmente diseñada para obtener bajos niveles de

contaminación utilizada normalmente para desarrollo de diferentes actividades, desde

fabricación de componentes micro y nano electrónicos hasta proyectos espaciales. Su

fundamento está basado en la fabricación e investigación científica, y en ocasiones

resulta siendo un instrumento imprescindible para procesos de producción e

investigación en general; por ejemplo, en la industria microelectrónica es necesaria

una atmósfera en las áreas de producción perfectamente exenta de partículas para la

fabricación de los circuitos VLSI (Very Large Scale Integrated). En la industria

alimentaria la contención de partículas y la contención bacteriológica son requisitos

imprescindibles para la garantía de calidad del producto. En la industria farmacéutica

su función es garantizar la calidad en operaciones de fabricación y control.

49 Castro, J., & Grajales, A. (2016). Diseño e implementación del módulo de potencia para el picosatélite experimental Cubesat-UD Colombia 1.

46

Estas salas deben tener parámetros ambientales estrictamente controlados tales como:

partículas presentes en el aire, temperatura, humedad, flujo de aire, presión interior

del aire, iluminación, entre otros. En todos los sistemas de acondicionamiento de aire,

el sistema de filtración a seleccionar debe prever la retención apropiada de las

partículas procedentes del exterior. Otro aspecto importante al momento de querer

implementar una sala limpia es el hecho de considerar y tener en cuenta que se debe

garantizar a toda costa la protección del producto, la protección del personal y la

protección del medio ambiente.

9.4.2 CONDICIONES FÍSICAS DE UNA SALA LIMPIA

El margen de temperatura idóneo para realizar las tareas propuestas en este tipo de

salas es de 20° a 25ºC. Cuando se requieran prendas especiales, incluidas las

coberturas de la cabeza (verdugo o capuchón) y de los pies (polainas o segundo cubre-

zapatos), la temperatura especificada se reduce frecuentemente a un valor entre 18° y

22ºC.50

El margen de humedad relativa es recomendable que se encuentre entre el 30% y el

55%. Los niveles de baja humedad pueden presentar riesgo de deshidratación del

personal por lo cual se debe respetar este valor mínimo a toda costa, en ese orden de

ideas, para garantizar la salud del personal es necesaria la implementación de un

sistema de control de humedad.

Es importante contar con un sistema de control de contaminación del aire el cual

deberá estar compuesto por filtros de primera etapa con una eficiencia recomendable

de 98%, y unos filtros HEPA (High Efficiency Particulate Air Filter) para la última

etapa con un 99.995% de eficiencia recomendada, además de esto, la sala deberá

contar con un sistema regulador de presión de aire, el cual deberá suministrar a la sala

presión positiva, esto con el fin de evitar que ingresen partículas de aire del exterior,

en caso de que hubiese alguna fuga el aire saldrá de la sala, impidiendo así el ingreso

de aire que no ha pasado por la etapa de filtrado. Por otra parte, hay que considerar

que en una sala limpia pueden reproducirse rápidamente organismos perjudiciales.

Humedad Relativa = Medida porcentual del agua que puede contener el aire

Humedad Absoluta = Medida de la cantidad de agua en peso que contiene el aire

9.4.3 RECOMENDACIONES PARA USO DE SALA LIMPIA

Apertura de las puertas: Minimizar la cantidad de entradas y salidas a la sala.

Utilizar la indumentaria necesaria recomendada.

No almacenar muestras de ningún tipo dentro de la sala.

50 Monitorización de partículas de una sala blanca. (2018). Ugr.es. Recuperado el 5 de Enero de 2018, de http://www.ugr.es/~sej03266/actividad/red_medicamentos/repositorio/I_symposium_internacional_regimen_juridico_del_medicamento_2010/Galvez_Normativa_contaje_particulas.pdf. Pag 17

47

Mantener siempre las puertas cerradas para mantener presiones y flujos de aire

tanto dentro como fuera de la sala.

No entrar comidas ni bebidas.

No ingresar mochilas, maletas o bolsas.

No utilizar ropa de lana o cualquier otro material que desprenda cualquier tipo de

fibras.

Respetar las zonas delimitadas

Tener claro cuál es el trabajo que se va a realizar antes de entrar a la sala, evitar

la improvisación.

Minimizar el uso de libretas de escritura así como de esferos, lápices, entre otros.

Mantener el orden dentro de la sala en todo momento, evitar el hecho de

intercambiar de sitio piezas o equipos, así como sacar cualquier tipo de elemento

perteneciente a la sala o ingresar objetos ajenos a esta.

Evitar al máximo el uso de papel normal u ordinario, procurar el uso de pañuelos.

Sin excepción alguna, se debe realizar el registro de ingreso, así como llevar la

vestimenta adecuada, sin importar si el ingreso es por un instante corto de tiempo

o simplemente es una visita, ya sea un usuario, personal de limpieza, personal de

almacén o personal de mantenimiento, todos deben registrarse y cumplir las

normas de la sala.

Respetar los horarios de funcionamiento de la sala los cuales deben ser

previamente establecidos por el grupo de trabajo. Bajo ningún motivo se debe

trabajar dentro de la sala fuera de dichos horarios.

Se debe establecer un número máximo de personas trabajando simultáneamente

en la sala, por lo tanto el número de batas debe estar contado para dicha cantidad

de personas, en consecuencia, en caso de no haber disponibilidad de batas quiere

decir que está dentro el número límite de personas, por lo cual se deberá esperar

a que salga una para el ingreso de otra.

Procurar no trabajar solo, para prevención de accidentes, y en caso de presentarse

alguno, contar con por lo menos dos personas dentro de la sala para mayor

facilidad de soluciones. No debe acceder a la sala limpia de una persona si en el

interior de esta no hay al menos otra persona.

En el caso de que solo haya dos personas en la sala y una de ellas decida

ausentarse o dar por terminado su trabajo allí, deberá notificarle a la otra persona,

con el fin de que esta abandone la sala por el hecho de no contar con un

“acompañante”. Sin embargo esta norma se puede omitir solo en el caso de que

se encuentre alguien más trabajando en el laboratorio, el cual se encuentra ubicado

contiguo a la sala limpia.

No correr dentro de la sala limpia ni en sus alrededores.

Llevar siempre los guantes puestos y en buen estado.

Sin la debida autorización está terminantemente prohibido manipular cualquier

tipo de equipos dentro de la sala limpia.

Actuar siempre teniendo en cuenta los riesgos que se puedan presentar dentro de

la sala limpia.

48

9.4.4 RIESGOS ESPECÍFICOS EN SALA LIMPIA

Caídas al mismo nivel: por tropiezos con objetos y cables que pudiese haber en el

suelo. Por ello no se debe dejar herramientas ni cables por zonas de paso, cuide

las condiciones de orden y limpieza tanto dentro como fuera de la sala limpia.

Golpes contra objetos: Contra objetos inmóviles que pueda haber en zonas de

paso.

Contactos eléctricos: No manipular los equipos ni las instalaciones eléctricas de

la sala si no se está autorizado, formado y calificado para hacerlo, con el fin de

evitar cualquier tipo de descarga eléctrica o daños físicos tanto a los equipos como

a la integridad física del personal.

9.4.5 NORMATIVIDAD SALA LIMPIA

Como es de esperarse en general las salas limpias y los dispositivos destinados a

control de aire deben cumplir con cierta normatividad y requerimientos mínimos que

están dados por la norma ISO 14644-1, en la cual se encuentran diferentes categorías

de salas limpias clasificadas dependiendo exclusivamente de la concentración de

partículas en suspensión en el ambiente al interior de una de estas, las únicas

poblaciones de partículas que son tenidas en cuenta para la clasificación de las salas

limpias son las de distribución acumulativa con umbrales de medida de 0.1µm a 5µm.

Es importante mencionar que cada operación de fabricación o manipulación exige un

grado adecuado de limpieza y desinfección del entorno o las zonas de trabajo en

estado de “funcionamiento” con el fin de minimizar los riesgos de contaminación

microbiana o de partículas en el producto o materiales que se están manipulando.

Con el fin de cumplir las condiciones “en funcionamiento”, las salas limpias deben

diseñarse de tal forma que alcancen ciertos niveles específicos de limpieza del aire

cuando estén “en reposo”. La situación “en reposo” es aquella en que la instalación

está completa con el equipo de producción instalado y en funcionamiento pero sin

que esté presente el personal. La situación “en funcionamiento” es aquella en que la

instalación está funcionando de la forma definida de trabajo con el número máximo

de personas trabajando. Los estados “en funcionamiento” y “en reposo” deben estar

especificados en cada sala limpia o zona de salas limpias.

Además del estándar ISO existe también el estándar federal 209, el cual tiene sus

equivalencias con el estándar ISO con la diferencia de que maneja el sistema

anglosajón de unidades, mientras que las unidades de referencia en el estándar ISO

están dadas por el sistema internacional de unidades. A continuación se muestran

unas tablas que resumen la información más relevante de cada uno de los estándares,

así como las respectivas comparaciones y equivalencias entre estándares.

49

Tabla 9. Límites de las clases del Estándar Federal 209D.

Tabla 10. Límites de las clases del Estándar Federal 209E.

Tabla 11. Límites de las clases del Estándar ISO 14644-1.

Tabla 12. Comparación entre las clases equivalentes del Estándar Federal 209 y de la ISO 14644-1.

Tabla 13. Clasificación del aire en la Unión Europea, guía para buenas prácticas de fabricación.

50

Tabla 14. Partículas en el aire exterior.

Tabla 15. Calendario de tests obligatorios para demostrar el cumplimiento continuo de salas limpias.

Tabla 16. Monitoreo ambiental de Salas Limpias.51

9.4.6 ALGUNAS CLASIFICACIONES DE SALAS LIMPIAS

Las salas limpias pueden clasificarse por el grado de pureza del aire interior o por el

flujo del aire.

Por el grado de pureza del aire interior: Las salas limpias se clasifican en

función de la limpieza de su aire. Siguiendo las normas que han sido

publicadas y establecidas al respecto por la Organización Internacional de

Normalización (ISO), redactadas por diversos comités de expertos,

designados por los Estados en todo el mundo para dicho fin.

Por el flujo del aire: También es posible clasificar las diferentes salas limpias

por el tipo de flujo de aire, las salas blancas se agrupan en flujo

multidireccional y unidireccional. En el primero el régimen de movimiento

del aire es turbulento mientras que en el segundo es laminar.

Un parámetro importante que tiene su influencia en la clase de limpieza del

aire y, consecuentemente, en la calidad del producto fabricado, es el control

de la presión estática en la sala. Se debe definir un gradiente de presiones en

escala ascendente o descendente, según se defina el proceso a realizar. En el

caso de la fabricación de productos estériles, con el fin de prevenir una posible

51 CLASIFICACIÓN DE LAS SALAS BLANCAS. (2018). Gei-2a.com. Recuperado el 5 de Enero de 2018, de http://www.gei-2a.com/rcs/GEI-2A_clasificacion_salas_blancas.pdf

51

contaminación, la cadena de presiones de cada uno de los compartimentos

será de menor a mayor en intervalos de 10-15 páscales positivos. Si por el

contrario el producto a procesar es vírico y la prevención es que no salga

contaminación el juego de presiones deberá ser a la inversa, negativas y en

forma ascendente.52

Para el caso de la sala limpia de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas

más específicamente la ubicada en las instalaciones del grupo de investigación en

telemedicina GITEM++ es necesario implementar un juego de presiones positiva,

dado que lo que se busca es evitar el ingreso de cualquier tipo de partículas a la sala

con el fin de mantener los equipos, componentes y estructuras a manipular libres de

cualquier tipo de contaminación.

9.4.7 ALGUNAS SALAS LIMPIAS

Instalación Científica y Tecnológica Singular (ICTS) Sala Blanca Dedicada

al desarrollo y fabricación de micro y nanodispositivos. Está gestionada por

el instituto de Microelectrónica de Barcelona del Consejo Superior de

Investigaciones Científicas y ubicada en el campus de Bellaterra de la

Universidad Autónoma de Barcelona.

Sala limpia EUSOC

Universidad de los Andes Bogotá – Colombia.

NASA

Universidad Politécnica de Valencia, Centro de Tecnología Nanofotónica de

Valencia.

9.5 CONFORMACIÓN DE LOS BANCOS DE TRABAJO DE UN LABORATORIO DE

PICOSATÉLITES

En esta sección se muestra la estructura de cada uno de los bancos de trabajo así como

los componentes con los que cuenta hasta el momento el grupo de investigación GITEM

para conformar el laboratorio de picosatélites. Dentro de estos componentes se

encuentran los módulos correspondientes a cada banco realizados al interior del grupo.

52 Monitorización de partículas de una sala blanca. (2018). Ugr.es. Recuperado el 5 de Enero de 2018, de http://www.ugr.es/~sej03266/actividad/red_medicamentos/repositorio/I_symposium_internacional_regimen_juridico_del_medicamento_2010/Galvez_Normativa_contaje_particulas.pdf. Pag 5

52

9.5.1 Estación Terrena

Basados en la estructura general de la estación terrena (Figura 11), podemos definir

un checklist con los componentes necesarios para el desarrollo de diferentes prácticas

de laboratorio fundamentadas en las diferentes temáticas relacionadas con este

módulo indispensable para el desarrollo de un proyecto de picosatélite. El checklist

correspondiente a la estación terrena se muestra a continuación:

Tabla 17. Checklist Estación Terrena.

CANTIDAD MARCA REFERENCIA DESCRIPCIÓN FOTO

2 Kenwood TM-D700 Transceptor

2 Kenwood E30-2111-XX

Cable de

alimentación de

corriente continua

2 Kenwood TM-D700 Panel Frontal

2 Kenwood MC-53DM Micrófono

1 Kenwood E30-3391-XX Cable de enchufe

modular

53

1 Yaesu GS-232B

Interfaz de control

serial con cable de

control

1 Yaesu G-5500

Controlador de

Elevación y

Azimuth

3 Yaesu G-5500 Rotores

3 Yaesu Conector metálico

de 7 pines

1 Diamond

Antenna SX-400

SWR & Power

Meter

1 Diamond

Antenna MX-62M Duplexor

1 Diamond

Antenna GZV4000

Fuente de

alimentación

conmutada

54

2 DAHUA DHB 1270 Batería recargable

de plomo

1 Anritsu MS2036A Vector Network

Analyzer (VNA)

1 Anritsu 15NNF50-1.5C

Cable de extensión

del puerto de

prueba N(macho) –

N(hembra)

1 Anritsu 510-102

Adaptador

N(macho) –

N(macho)

1 HP 8752A

Adaptador

N(macho) –

UHF(hembra)

1 UNI-T UT58C Multímetro

1 PeakTech 6075 Fuente de tensión

regulada

1 Pro’sKit Kit de

Herramientas

55

1 Mactronica

Conversor

USB 2.0 – RS232

DB9

1 Arseg Eslinga

1 Arseg Arnés

1 Cable coaxial

RG-58

Cable coaxial con

conectores UHF

macho

1 Cable coaxial

RG-58

Cable coaxial con

conectores UHF

macho – N macho

1 Cable serial

hembra – hembra

56

1

Cable extensor

USB (hembra) –

(macho)

1 Cable de audio 3.5

a 3.5 mm estéreo

2 Antena Multibanda

Tipo Monomodo

1 Cinta autofundente

1 Cuerda de más de

15 m

1 2MCP22

Antena de VHF.

Trabaja entre 144 a

148 MHz con una

ganancia de 12,25

dBdc

1 436CP30

Antena de UHF.

Trabaja entre 432 a

440 MHz con una

ganancia de 14,15

dBdc

57

9.5.2 Módulo de Comunicaciones

Basados en la estructura general del módulo de comunicaciones (Figura 12),

podemos definir un checklist con los componentes necesarios para el desarrollo de

diferentes prácticas de laboratorio fundamentadas en las diferentes temáticas

relacionadas con este módulo independiente del picosatélite. El checklist

correspondiente al módulo de comunicaciones se muestra a continuación:

Tabla 18. Checklist Banco de Comunicaciones.


1 Versión 1.0 Módulo de

comunicaciones

1 Versión 2.0 Módulo de

comunicaciones

2 Microensamble Versión 3.0 Módulo de

comunicaciones

1 Pumpkin Inc Revisión B CubeSat Kit con

sus componentes

58

1 Pumpkin Inc Revisión C CubeSat Kit con

sus componentes

1 TNC Externo

2

Tarjeta de

expansión con

componentes

(TNC)

2 Texas

Instruments

TMS320VC5505

eZdsp USB Stick

Sistema de

desarrollo para

DSP

2 Yaesu VX-3R Radio

1 UNI-T UTG9010C Generador de

señales con sonda

1 UNI-T UTD2102CEL Osciloscopio con

2 sondas

59

1 Cable USB –

Datos

1 Cable serial

hembra – hembra

1 Cable USB (A/B)

1

Cable de audio

3.5 a 3.5 mm

estéreo

1

Cable extensor

USB (hembra) –

(macho)

60

9.5.3 Módulo de Potencia

Basados en la estructura general del módulo de potencia (Figura 13) podemos definir

un checklist con los componentes necesarios para el desarrollo de diferentes prácticas

de laboratorio fundamentadas en las diferentes temáticas relacionadas con este

módulo independiente del picosatélite. El checklist correspondiente el módulo de

potencia se muestra a continuación:

Tabla 19. Checklist Banco de Potencia.


1 CIDEI Versión 1.0 EPS

CUBESAT - UD

1 Microensamble Versión 2.0 EPS

CUBESAT - UD

2 Microensamble Versión 3.0 EPS Principal

CUBESAT - UD

2 Microensamble Versión 3.0 EPS Auxiliar

CUBESAT - UD

61

1 SEQUOIA

SPACE Set de Baterías

2

Tarjeta para

mediciones con

cargas que

simulan a los

usuarios

2

Tarjeta

adaptadora para

realizar

mediciones con

baterías de Li-

Ion sueltas

6 Danionics DLP 375388-01 Baterías de Li-

Ion Poly

4 Conector para

alimentar el EPS

1 PeakTech 6075 Fuente de

tensión regulada

62

1 UNI-T UTD2102CEL Osciloscopio con

2 sondas

2 Leybold

Didactics

Reóstato de 10Ω

y 100Ω

6 UNI-T UT58C Multímetro

14 Conectores

1 Programador

2 AXON AWM 2896

80C VW-I

Cinta para

programar

10 Lead Free Rohs

Comp

Conector FPC 4

posiciones

10 Lead Free Rohs

Comp

Conector

FFC/FPC 4

posiciones

10 Lead Free Rohs

Comp

Conector

FFC/FPC 8

posiciones

63

Samtec Terminales

8 Samtec TFM-105-01-S-

D-WT

Conectores para

el EPS

2 Nevera de icopor

1 Lámpara

Halógena

64

10. CAPÍTULO III – DISEÑO Y PROPUESTA DE PRÁCTICAS DE

LABORATORIO

La hoja de ruta corresponde a hacer el montaje de cada uno de los bancos que componen un

laboratorio de picosatélites bajo la estructura que sigue la asignación del equipo de trabajo

presente en la Figura 9. A partir del trabajo realizado a lo largo del desarrollo del proyecto

CUBESAT-UD en el cual se han implementado diferentes diseños de módulos individuales

se diseñan pruebas de laboratorio que permitan validar el funcionamiento de cada uno de los

módulos así como la posibilidad de proponer mejoras y trabajos futuros.

10.1 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE SALA LIMPIA

Se suele identificar como sala limpia aquella en la que los parámetros enumerados a

continuación se mantienen alrededor de los valores establecidos en las normas pertinentes

(las cuales son descritas más adelante) con tolerancias muy bajas, sin importar cuales

sean las condiciones exteriores y el proceso de producción que se realice en su interior:

Número y dimensiones de partículas en el aire.

Temperatura seca y distribución de la misma.

Temperatura húmeda y distribución de la misma.

Flujo de aire: velocidad y dirección, así como su distribución en la sala.

Presión interior del aire y su distribución.

Acabados interiores.

Iluminación.

Protección contra incendios.

Protección electrostática.

Figura 14. Principios fundamentales de una sala limpia [Fuente propia].

Los objetivos a cumplir en la sala limpia del grupo GITEM++ son:

I) Desarrollar pruebas de observación y verificación de cumplimiento de

normatividad en la sala limpia.

II) Realizar comprobación y diagnóstico del estado actual de la sala limpia.

65

III) Proporcionar al estudiante los fundamentos teórico-prácticos sobre lo que

compone una sala limpia y cómo en esta se pueden realizar distintas pruebas

haciendo uso de la instrumentación adecuada.

IV) Proponer diseño y estructuración de una sala limpia mejorada.

Los insumos necesarios para la óptima realización de cada una de las prácticas

desarrolladas para ésta son:

Listado de prendas de vestir para ingreso a sala limpia.

Listado de requerimientos de seguridad

Norma ISO 14644

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA SALA LIMPIA

Las prácticas propuestas para sala limpia son las siguientes:

Práctica 1: Verificación de condiciones físicas de una sala limpia.

Práctica 2: Verificación de los sistemas de seguridad de una sala limpia.

Práctica 3: Estudio y verificación de cumplimiento de la normatividad que rige

una sala limpia.

Un ejemplo del formato en el cual deben ser diseñadas las prácticas para sala limpia se

muestra a continuación:

Práctica 3: Estudio y verificación de cumplimiento de la normatividad que rige

una sala limpia.

Introducción: Para la fabricación de productos microelectrónicos se debe contar

obligatoriamente con una sala limpia que cumpla con todos los requerimientos de

limpieza y calidad del aire, planteados en la norma ISO-14644-1. El acceso debe ser

exclusivo para personal que cumpla con todos los requerimientos de vestimenta, bien sea

personal que trabaje dentro de la sala limpia o personal ajeno a esta. Es indispensable

contar con una etapa de filtrado eficiente y un exhaustivo control de calidad del aire para

la óptima fabricación o ensamble de piezas microelectrónicas.

En términos generales, el comité internacional de la ISO decidió redactar y establecer

una norma internacional sobre salas limpias, cuya misión era establecer los criterios que

debían regir las salas limpias sin hacer referencia específica a un campo particular o tipo

de sala limpia. La relación de las normas ISO es la siguiente:

ISO 14644-1: Clasificación de la limpieza del aire.

NOTA:

No es posible ingresar a la sala limpia sin haber realizado el debido proceso de

vestimenta.

66

ISO 14644-2: Especificaciones de prueba y control para demostrar el continuo

cumplimiento de la Norma ISO 14644-1.

ISO 14644-3: Metrología y método de prueba.

ISO 14644-4: Diseño, construcción y puesta en marcha.

ISO 14644-5: Funcionamiento.

ISO 14644-6: Términos y definiciones.

ISO 14644-7: Dispositivos de limpieza.

ISO 14644-8: Contaminación molecular de aire.

ISO 14644-9: Clasificación de la limpieza de superficies.

ISO 14644-10: Contaminación química (superficies).

ISO 14644-12: Clasificación por concentración de nano partículas.

Materiales.

Normas ISO-14644-1 a ISO-14644-12

Normatividad referente a una sala limpia.

Metodología.

Estudie detalladamente cada una de las partes de la norma 14644 referente a salas

limpias, luego de estudiarlas verifique que requerimientos cumple la sala limpia en

cada uno de los casos y que requerimientos no son cumplidos.

10.2 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE OBC

El OBC (On Board Computer) es el sistema encargado de realizar un tratamiento a los

datos recibidos de la misión así como de los otros módulos y que estos puedan ser

transmitidos a otro punto en tierra.

Este módulo es en gran porcentaje software y en él se analizan los tipos de señales

provenientes de los módulos que componen el picosatélite CubeSat-UD Colombia-1:

Comunicaciones, Potencia, Estructura, Control de Actitud y Misión; con las

características necesarias de las señales estregadas para su control y procesamiento53,

tales como: a). Tipos de señales que entregan y esperan recibir, b). Niveles de Tensión

de las señales que entregan y esperan recibir y c). Para las digitales cuantos bits

conforman la palabra enviada o que esperan recibir.54

La interacción del OBC con los demás subsistemas del picosatélite se presenta a

continuación:

53 Onboard Data Handling, GertCaspersen, Terma A/S, 2005 54 Phd. Lilia Edith Aparicio Pico, Ing. Msc. Leonardo Plazas Nossa. “Módulo de datos – Programación para el Cubesat-UD Colombia-1” Universidad Distrital “Francisco José de Caldas” Octubre 2010.

67

Figura 15. Interacción con los subsistemas del picosatélite55

Para el desarrollo del módulo de procesamiento de datos el grupo de investigación

GITEM adquirió un CubeSat Kit; éste se utilizará como herramienta base para el

desarrollo de las prácticas de OBC.

Los objetivos a cumplir para un buen desempeño con el OBC son:

I) Desarrollar pruebas de instalación y conocimiento del software CrossStudio

for MSP430, necesario no solamente para éste módulo sino también para los

demás módulos que componen el picosatélite.

II) Proporcionar al estudiante los fundamentos teórico-prácticos sobre lo que

compone un módulo de procesamiento de datos y cómo haciendo uso de éste

se pueden realizar distintas pruebas.

III) Manejo de software para tratamiento de datos.

Teniendo en cuenta la descripción realizada anteriormente los insumos mínimos para la

óptima realización de cada una de las prácticas desarrolladas para el OBC son:

CubeSat Kit con todos sus componentes

Computador

En caso de querer ahondar más en el módulo de datos remitirse a [2] y/o [3]

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA OBC

A lo largo del proyecto CUBESAT – UD, específicamente para el desarrollo del sistema

de procesamiento de datos, ha sido indispensable el uso de los CubeSat Kit de los que

dispone el grupo GITEM o también conocidos como tarjetas de desarrollo de Kalman.

Debido a la importancia que han tenido para una constante mejora del proyecto se hace

necesario prestar atención a estos y a sus componentes.

55 Plazas, L. (2016). Diseño e implementación del módulo de procesamiento de datos para el Cubesat-UD

68

Figura 16. Partes del CubeSat Kit Revisión B.56

Figura 17. Partes de CubeSat Kit Revisión C.57

No obstante al CubeSat Kit Revisión C le hace falta la tarjeta de cabecera, por lo tanto,

para poder desarrollar las prácticas es necesario tomar la tarjeta de cabecera del CubeSat

Kit Revisión B y acoplarla a ésta.

Figura 18. Acople tarjeta de cabecera a CubeSat Kit Revisión C.

56 Plazas, L. (2006). Manual de usuario del Cubesat Kit. Pag. 2 57 Plazas, L. (2006). Manual de usuario del Cubesat Kit. Pag. 3

69

Cabe resaltar que esta será la tarjeta que se utilizará en varias de las prácticas no solo de

OBC, sino también de comunicaciones y potencia, por lo tanto, con el fin de abreviar el

nombre de ahora en adelante se le llamara tarjeta de desarrollo.

Las prácticas propuestas para OBC son las siguientes:

Práctica 1: Instalación Software CrossWorks for MSP430.

Práctica 2: Hola mundo MSP430.

Un ejemplo del formato en el cual deben ser diseñadas las prácticas para OBC se muestra

a continuación:


Introducción: En esta práctica se muestra el proceso de instalación del software que

permite la programación del sistema de datos así como de los demás módulos presentes

en el picosatélite.

Materiales.

1 Computadora

Metodología.

a. Instalar en la computadora el software CrossWorks for MSP430 de la empresa

Rowley Associates. El software se puede descargar desde el sitio web

(http://www.rowley.co.uk/msp430/)

b. Del menú superior seleccionar Tools y posteriormente License Manager. Una ventana

como la que se muestra a continuación debe aparecer:

NOTA:

Cada copia de CrossWorks debe estar registrada y activada antes de crear

proyectos o descargar y depurar aplicaciones, para ello es necesario utilizar el

administrador de licencia de CrossWorks con el fin de solicitar y activar el

software. Este procedimiento se muestra en la siguiente práctica

Esta práctica muestra el procedimiento para instalar y activar el software por un

período de prueba de 30 días

http://www.rowley.co.uk/msp430/

70

Figura 19. License Manager

c. Al seleccionar la opción Evaluate CrossWorks se debe mostrar una ventana como la

siguiente:

Figura 20. Evaluate CrossWorks

d. Seleccionar la opción MAC address XX-XX-XX-XX-XX-XX on Realtek PCIe FE

Family Controller y presionar Send e-mail. En caso de que al oprimir Send e-mail no

se envíe el correo, se puede abrir el correo personal (o de su preferencia), copiar el

71

texto de solicitud de activación que aparece en la Figura 20 y pegarlo en un nuevo e-

mail dirigido a [email protected]. En cualquiera de los casos debe aparecer

una ventana similar a la siguiente:

Figura 21. Envío de solicitud de activación

e. Después de que se envíe la solicitud, se le responderá con una clave para activar

CrossWorks. En caso de que no llegue una respuesta inmediata a la solicitud enviada

se debe tener en cuenta que el horario que manejan en Rowley Associates es: 9 a.m.

– 5 p.m. de lunes a viernes (GMT), por lo tanto es necesario tener paciencia.

f. Al momento de haber obtenido la clave de activación, dirigirse a Tools, License

Manager y seleccionar la opción Activate CrossWorks.

Figura 22. Activate CrossWorks

72

g. Al oprimir Install License aparecerá una ventana que muestra el estado en el que están

las licencias de las que se puede disponer. Cerrar esta ventana.

h. Del menú superior seleccionar Tools y posteriormente Package Manager. Hacer

doble click en el paquete MSP430 CPU Support Package. Presionar en el botón Next.

Presionar el botón Next nuevamente y comenzará la instalación de dicho paquete.

Una vez terminada la instalación emergerá la siguiente ventana:

Figura 23. Instalación de paquetes

i. Luego de oprimir Finish se habrá instalado correctamente el software

10.3 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE ESTRUCTURAS Y MECANISMOS

A continuación se abordarán los temas referentes a las pruebas necesarias para la

preparación previa al lanzamiento de un picosatélite, pruebas inherentes a estructuras y

mecanismos y características físicas propias de un Cubesat, para esto se tienen en cuenta

normas internacionales sobre la masa, centro de gravedad, momento de inercia y demás

especificaciones que hay que validar, además contiene una revisión de las pruebas de

vacío, de vibración, termobáricas, pruebas mecánicas, pruebas de choque y

electromagnéticas que deben hacerse para cumplir con estándares internacionales. Para

el análisis de las pruebas necesarias se trabaja con el estándar internacional “GSFC-STD-

7000A”58 y la norma de “Cubesat Design Specification”59 que corresponde al

documento principal.

58 GSFC-STD-7000 | NASA Technical Standards System (NTSS). (2018). Standards.nasa.gov. Recuperado el 4 de Enero de 2018, de https://standards.nasa.gov/standard/gsfc/gsfc-std-7000 59 A CubeSat Design Specification. (2018). Static1.squarespace.com. Recuperado el 4 Enero de 2018, de https://static1.squarespace.com/static/5418c831e4b0fa4ecac1bacd/t/56e9b62337013b6c063a655a/1458157095454/cds_rev13_final2.pdf

73

Existen requerimientos para las diferentes pruebas que deben hacerse a un picosatélite,

los ensayos deberán realizarse para cumplir con todos los requisitos del proveedor de

lanzamiento, así como cualquier requisito adicional de las evaluaciones que se consideren

necesarias para garantizar la seguridad del CubeSat y el P-POD el cual es el contenedor

en el que son transportados los picosatélites al espacio.

En caso de querer ahondar más tanto en la normatividad como en los valores específicos

a la hora de realizar las pruebas remitirse a [4]

PRUEBAS SEGÚN ESTÁNDAR GSFC-STD-7000A

Este estándar proporciona los requisitos y lineamientos para los programas de

verificación ambiental para las cargas útiles, subsistemas y componentes y describe

métodos para la aplicación de esos requisitos. Contiene una base de referencia para la

verificación de las pruebas o los análisis de desempeño satisfactorios del hardware en los

entornos de misión esperados y el cumplimiento de las normas mínimas de mano de obra.

Documentación referente a pruebas de pre lanzamiento

Los documentos son una guía y no son de obligatoria aplicabilidad ya que la aplicación

depende del alcance del proyecto. Como mínimo debe tener los siguientes documentos:

a) NASA-STD 7002A, Requisitos de prueba de carga útil.

b) NASA-STD-7001A, Criterios de Prueba Vibroacústica de Carga Útil.

c) NASA-STD-7003A, Criterios de prueba de choque pirotécnico.

d) NASA-HDBK-7004, Prueba de vibración de fuerza limitada.

e) NASA-HDBK-7005, Criterios Ambientales Dinámicos.

f) NASA-STD-5001B, Diseño estructural y factores de prueba de seguridad para el

hardware de vuelo espacial.

g) NASA-STD-5002, Análisis de carga de naves espaciales y cargas útiles.

h) NASA-STD-5009, Requisitos de evaluación no destructivos para fractura crítica

en componentes metálicos.

i) NASA-STD-5019, Requisitos de control de fractura para el equipo de vuelo

espacial.

j) MIL-STD-461F, Requisitos para el control de las características de interferencia

electromagnética de los subsistemas y equipos.

k) MIL-HDBK-6870, Requisitos del programa de inspección, ensayos no

destructivos para aeronaves y materiales y piezas de misiles.

En los documentos listados anteriormente se encuentra al detalle cada una de las pruebas

a realizar para la preparación de un picosatélite para su lanzamiento, más adelante se

realizará una breve descripción de algunas de ellas, sin embargo hay que resaltar que la

realización de las pruebas dependerá en principio del tamaño del satélite y de la misión a

74

desempeñar puesto que algunas pruebas pueden ser o no indispensables dependiendo de

estos dos factores. Por ejemplo, las naves pequeñas no necesitan pruebas tan estrictas

como lo requerirá un satélite de gran tamaño que tiene una larga vida útil, aun así, es

necesario evaluar cada uno de los subsistemas que la componen para garantizar que se

cumple con los requisitos mínimos para poder ser lanzado al espacio.

Las prácticas propuestas para estructuras y mecanismos son las siguientes:

Práctica 1: Pruebas de respaldo de hardware.

Práctica 2: Pruebas exhaustivas de rendimiento.

Práctica 3: Desempeño en tiempos de funcionamiento y pruebas de

funcionamiento libres de fallos.

Práctica 4: Clasificación de las cargas estructurales.

Práctica 5: Calificación vibroacústica.

Práctica 6: Clasificación del barrido de vibración sinusoidal.

Práctica 7: Calificación de las pruebas de choque.

Práctica 8: Requerimientos de compatibilidad electromagnética.

Práctica 9: Requerimientos de presión.

Práctica 10: Requerimientos de vacío, térmicos y humedad.

Práctica 11: Calificación del balance térmico.

Práctica 12: Verificación de temperatura-humedad: espacios con dotación.

Un ejemplo del formato en el cual deben ser diseñadas las prácticas para estructuras y

mecanismos se muestra a continuación:

Práctica 10: Requerimientos de vacío, térmicos y humedad

La carga deberá desempeñarse de manera satisfactoria dentro de los límites de vacío

y térmicos durante la misión.

El diseño y el sistema de control térmicos deberán mantener el hardware dentro de

los límites establecidos para la misión durante todas las fases.

El hardware debe soportar, en caso necesario, la temperatura y/o humedad, las

condiciones de transporte, almacenamiento, puesta en marcha, el vuelo, y los espacios

habitados.

La calidad de la mano de obra y los materiales de hardware debe ser adecuada para

superar las pruebas de detección de ciclo térmico en el vacío, insensibilidad a los

efectos de vacío con respecto a los niveles de temperatura y a los gradientes de

temperatura.

75

10.4 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DE LA ESTACIÓN TERRENA

La estación terrena diseñada y montada en la Universidad Distrital se compone por

radios, antenas, computadores y hardware necesario para su funcionamiento, fue

necesario diseñar el software requerido para codificación, transmisión recepción,

decodificación y almacenamiento de datos de misión, un ejemplo pueden ser los datos de

telemetría. Para el proyecto en general se plantea una red de estaciones terrenas en

Colombia

Figura 24. Red de estaciones terrenas en Colombia

El enlace que soporta el sistema de comunicaciones es half-duplex (bidireccional) donde

la estación terrena está en capacidad de transmitir y recibir información.60

Los objetivos a cumplir en el banco de la Estación Terrena son:

I) Desarrollar pruebas de observación y calibración de los equipos que

componen una estación terrena.


compone una estación terrena y cómo haciendo uso de ésta se pueden realizar

distintas pruebas.

III) Realizar pruebas de transmisión y recepción en las frecuencias establecidas

para uplink y downlink.

IV) Realizar comprobación y diagnóstico del estado actual de la estación terrena.

V) Manejo de software para tratamiento de datos.

60 Moreno, A. J., & Sánchez, C. A. (2013). Diseño del sistema de integración de subsistemas, análisis y pruebas del picosatélite Cubesat-UD Colombia-1. Pag. 53

76

Teniendo en cuenta la arquitectura general de la estación terrena (Figura 11) los insumos

necesarios para la óptima realización de cada una de las prácticas desarrolladas para este

módulo son:

Transceptor Kenwood TM-D700

Panel Frontal Kenwood TM-D700

Micrófono Kenwood TM-D700

Cable de alimentación de corriente continua

Cable de enchufe modular

Interfaz de control serial GS-232B

Controlador de rotores de Elevación y Azimut G5500

Rotores de Elevación y Azimut

Conector metálico de 7 pines

Medidor de potencia y SWR Diamond Antenna SX-400

Fuente de voltaje Diamond Antenna GZV4000

VNA Anritsu

Cable de extensión del puerto de prueba N (macho) – N (hembra)

Adaptador N (macho) – N (macho)

Adaptador N (macho) – UHF (hembra)

Kit de herramientas

Cable serial macho – hembra

Conversor USB – RS232

Cable extensor USB (hembra) – USB (macho)

Cable coaxial RG-58 con conectores UHF (macho) – UHF (macho)

Cable coaxial RG-58 con conectores UHF (macho) – N (macho)

Cable de audio de 3.5 a 3.5 mm estéreo

Multímetro

Fuente D.C

Cinta autofundente

Interfaz de comunicación serial para computador (Hyperterminal, Putty, Tera

Term)

Antena Yagi de VHF

Antena Yagi de UHF

Equipo de alturas

En caso de querer ahondar más en conceptos relativos a la estación terrena remitirse a [3]

77

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA LA ESTACIÓN TERRENA

Las prácticas propuestas para la estación terrena son las siguientes:

Práctica 1: Protocolo para bajar las antenas y los rotores.

Práctica 2: Pruebas de continuidad para las antenas de VHF y UHF.

Práctica 3: Pruebas de impedancia para la antena de VHF.

Práctica 4: Pruebas de impedancia para la antena de UHF.

Práctica 5: Pruebas de potencia y SWR para las antenas de VHF y UHF.

Práctica 6: Valoración física de los rotores.

Práctica 7: Establecimiento de comunicación serial.

Práctica 8: Calibración y puesta a punto de rotores.

Práctica 9: Pruebas de cableado y reinstalación de rotores.

Práctica 10: Pruebas de transmisión.

Práctica 11: Pruebas de recepción de beacon.

Un ejemplo del formato en el cual deben ser diseñadas las prácticas para la estación

terrena se muestra a continuación:

Práctica 3: Pruebas de impedancia para la antena de VHF

Introducción: En esta práctica se realizaran pruebas para verificar la impedancia,

pérdidas de retorno y relación de onda estacionaria de voltaje (VSWR) de la antena de

VHF. Para realizar esta prueba de forma óptima se debe instalar el Anritsu Software Tool

Box.

Materiales.

1 Antena Yagi de VHF

1 VNA Anritsu

1 Cable de extensión del puerto de prueba N (macho) – N (hembra)

1 Adaptador N (macho) – N (macho)

1 Adaptador N (macho) – UHF (hembra)

1 USB

1 Computador

Metodología.

a. En caso de que la antena se encuentre en tierra colocarla sobre una estructura que la

mantenga lo más alejada posible del suelo como se muestra en la Figura 25. En caso

de que se encuentre sobre la torre hacer uso del cable de bajada que se encuentra en

la sala GITEM.

78

Figura 25. Antena de VHF a 2,2 metros de altura.

b. Encender el VNA Anritsu y ajustar una ventana de frecuencias (span) para realizar

las mediciones. Para esto se aconseja utilizar como frecuencia central 150 MHz y por

último, se recomienda no usar un span por encima de 100 MHz.

c. Calibrar el VNA Anritsu.

d. Conectar el cable de extensión del puerto de prueba al Anritsu como se muestra a

continuación:

Figura 26. Conexión cable de extensión al Anritsu

e. En caso de que la antena se encuentre en tierra conectar el Adaptador N (macho) – N

(macho) al cable de extensión del puerto de prueba. En caso de que la antena se

encuentre en la torre conectar el Adaptador N (macho) – UHF (hembra).

Figura 27. Cable de extensión con conector N - N

Figura 28. Cable de extensión con conector N - UHF

79

f. En caso de que la antena esté en tierra conectarla directamente al Anritsu. En caso de

que la antena esté en la torre conectarla al Anritsu a través del cable de bajada.

g. Utilizando el VNA Anritsu medir las pérdidas de retorno en la frecuencia que

presente el mejor resultado y guardar el resultado en el dispositivo USB.

h. Utilizando el VNA Anritsu medir el VSWR en la frecuencia que presente el mejor

resultado y guardar el resultado en el dispositivo USB.

i. Utilizando el VNA Anritsu medir la impedancia de la antena mediante la carta de

Smith en la frecuencia que presente el mejor resultado y guardar los resultados en el

dispositivo USB.

j. Conectar el dispositivo USB a un computador en el que esté instalado el Anritsu

Software Tool Box y abrir los archivos.

k. Concluir a partir de los resultados obtenidos.

10.5 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DEL BANCO DE COMUNICACIONES

El módulo o subsistema de comunicaciones es la interfaz entre el satélite y la estación

terrena que permite al CubeSat recibir, descargar o guardar datos para el centro de

operaciones. Este módulo permite transmitir información del estado del satélite tomados

por los diversos sensores, también permite envío de información de la misión de una

estación terrena a otra, así mismo es el encargado de mandar la señal beacon, la cual hace

que el satélite sea detectado y utilizado por diversas estaciones terrenas compatibles.61

Una de las arquitecturas que generalmente se usa en el módulo de comunicaciones se

basa en tres subsistemas, sistema de telemetría, sistema Transceiver que trabaja con

sistema de datos y protocolo de comunicación.

Figura 29. Esquema de los subsistemas que componen al módulo de comunicaciones.62

61 Buitrago, D. C., & Valverde, N. A. (2011). Diseño e implementación del módulo de comunicaciones para el picosatélite Colombia-1 del proyecto Cubesat-UD. 62 Moreno, A. J., & Sánchez, C. A. (2013). Diseño del sistema de integración de subsistemas, análisis y pruebas del picosatélite Cubesat-UD Colombia-1. Pag. 34

80

Los objetivos a cumplir en el banco del módulo de comunicaciones son:

I) Desarrollar pruebas de observación y medición sobre la última versión del

prototipo desarrollado (Versión 3.0).


compone un módulo de comunicaciones y cómo en base a este se pueden realizar

distintas pruebas haciendo uso de un banco de comunicaciones.

III) Realizar comprobación y diagnóstico del estado actual del módulo de

comunicaciones.

IV) Proponer diseño y desarrollo de módulos adicionales y/o mejorados.

Teniendo en cuenta la arquitectura general del módulo de comunicaciones (Figura 12)

los insumos necesarios para la óptima realización de cada una de las prácticas

desarrolladas para este módulo son:

Módulo de comunicaciones versión 3.0

CubeSat Kit Revisión C

Tarjeta de expansión con componentes

Sistema de desarrollo para DSP

Cable USB – Datos

Cable serial hembra – hembra

Cable USB (A/B)

Cable de audio de 3.5 a 3.5 mm estéreo

Cable extensor USB hembra – macho

En caso de querer ahondar más en la última versión de este módulo remitirse a [3] y [5].

Por otra parte, en caso de querer ahondar más en el TNC en DSP remitirse a [6]

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA BANCO DE COMUNICACIONES

Las prácticas propuestas para el banco de comunicaciones son las siguientes:

Práctica 1: Programación módulo de comunicaciones.

Práctica 2: Energizar módulo de comunicaciones.

Práctica 3: Verificación de la señal beacon.

Práctica 4: Uso del transceptor para Tx y Rx de señal beacon.

Práctica 5: Detección de beacon con TNC.

81

Un ejemplo del formato en el cual deben ser diseñadas las prácticas para el banco de

comunicaciones se muestra a continuación:

Práctica 3: Verificación de la señal beacon.

Introducción: La realización de esta práctica tiene como fin la verificación de la

frecuencia a la que se encuentra la portadora presente en la señal beacon así como la

visualización de la trama en código Morse.

Materiales.

1 Versión 3 del módulo de comunicaciones

1 Tarjeta de desarrollo con sus componentes

1 Osciloscopio

1 Sonda

Metodología.

a. Energizar el módulo de comunicaciones

b. Conectar el osciloscopio y una sonda

c. Haciendo uso de la sonda medir sobre el módulo de comunicaciones entre el pin GND

(basarse en la distribución de pines del bus de comunicaciones) y la resistencia

superficial marcada como R19.

Figura 30. Medición de señal beacon.

d. Para la correcta visualización de la trama beacon en el osciloscopio ajuste las ventanas

de tiempo y amplitud.

e. Haciendo uso del alfabeto Morse decodificar la trama obtenida. Tenga en cuenta que

un punto equivale a 30 ms en alto, un espacio equivale a 30 ms en bajo y una línea

equivale a 90 ms en alto. La separación entre letras es de 3 espacios y entre palabras

de 7 espacios

82

10.6 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DEL BANCO DE CONTROL DE ACTITUD

La necesidad de implementación y uso de un sistema de control de actitud nace desde la

segunda guerra mundial cuando se requería conocer la posición de los misiles y aeronaves

no tripuladas además de querer modificar su orientación o desviación de forma remota a

partir de tele comandos, para el caso del proyecto CUBESAT UD se requiere de un

sistema de estabilización y orientación del vehículo espacial en órbita para obtener la

orientación adecuada que permita la comunicación con la estación terrena para que

cumpla la función de suministrar información de la actitud del picosatélite y esté en la

capacidad de realizar correcciones en cualquier momento que sea necesario. Este

requerimiento se logra mediante la implementación de un sistema conjunto de actuador

y sensor para una adquisición, readquisición y reorientación del satélite.

Cuando un satélite artificial se encuentra en órbita este debe poder ser orientado

correctamente para obtener el mejor funcionamiento de los actuadores con el fin de

cumplir de forma eficiente los objetivos de su misión sin importar cuál sea esta o qué tipo

de satélite se considere. Componentes como antenas y cámaras deben ser apuntadas hacia

una determinada localización en la superficie terrestre con un rango de aproximación y

tolerancia adecuadas. En este orden de ideas es necesaria la implementación de un

sistema de control y determinación de actitud (ADACS) el cual es diseñado y construido

principalmente para determinar la orientación espacial en su trayectoria orbital de

cualquier satélite artificial, para lo cual se requiere de las relaciones entre los diversos

sistemas rectangulares de coordenadas ubicados tanto en el cuerpo primario o estructura

propia del satélite como también los sistemas coordenados en el vehículo espacial en el

que se haya lanzado el satélite bien sea un cohete, transbordador entre otros.

Dependiendo de los objetivos de la misión y el tipo de carga útil , el diseño de los sistemas

de estabilización, la determinación y el control de la orientación pueden ser complejos,

por lo que es necesaria una evaluación cuidadosa de los demás subsistemas

implementados en el vehículo espacial que se dispone a dejar en órbita terrestre. Una vez

el satélite se encuentre en órbita, se debe determinar la posición y la orientación del

satélite sin realizar ningún cambio, esto con el fin de proseguir con el sistema de

estabilización y control que permitan calcular las correcciones o cambios a realizar para

alcanzar la orientación deseada. Es importante entonces que al momento de dejar el

satélite en órbita inicialmente solo se realice una consulta de posición y orientación para

luego a partir de los valores obtenidos empezar a realizar las correcciones pertinentes.

PASOS PARA LA ADQUISICIÓN DE LA ACTITUD

Desde un punto de vista teórico estos son los pasos adquirir la actitud del satélite:

Separación del Cubesat del cohete que lo deja en órbita

Alcanzar una actitud cercana a la actitud nominal de diseño

83

Inicio de operación normal de la misión

Figura 31. Pasos para alcanzar la adquisición de la actitud.63

Desde el punto de vista dinámico se estudian los pares de fuerzas externas actuantes sobre

el sistema como son las perturbaciones del ambiente espacial (gravitacionales,

rozamiento, radiación solar y pares magnéticos), y las del sistema de control necesarias

para el diseño de un óptimo sistema capaz de controlar y ajustar la actitud del satélite

permanentemente. Para ello existen dos tipos de sistemas de control como lo son los

pasivos y los activos (dichos sistemas se explicaron de forma general en el marco teórico).

Para los propósitos del proyecto académico Cubesat – UD Colombia 1, el sistema de

control pasivo es el que mejor se ajusta a las disposiciones de espacio y ahorro de

memoria en el computador a bordo (OBC). Los principales actuadores pasivos son:

El gradiente gravitacional: empleado para satélites en órbitas terrestres bajas

denominadas LEO, su acción es la de alinear un mástil en la dirección de la

vertical local (hlvl).

Estabilización aerodinámica y presión solar: con historial de uso reciente, los

resultados sobre satélites en órbitas bajas hasta ahora se están evaluando.

Estabilización por rotación: utiliza una rigidez giroscópica intrínseca de un

cuerpo en rotación, lo que conlleva a mantener su orientación en el espacio

inercial.

El actuador pasivo seleccionado para el diseño en el proyecto CUBESAT – UD es de tipo

estabilización por rotación, haciendo uso de un giroscopio como actuador pasivo y varios

sensores solares.

El proyecto debido a su tamaño y limitación en masa (1Kg) permite únicamente la

implementación de un actuador pasivo (que para nuestro caso es un magnetómetro que

hace las veces de actuador) y la utilización de sensores solares para obtener una medida

del ángulo de orientación, lo que permitirá tomar las decisiones adecuadas para enviarlas

al satélite y que el actuador realice la acción de actitud pertinente; de esta forma se puede

63 Ávila, M. A. (2008). Grupo de control de actitud y mecánica orbital (ADACS).

84

obtener la orientación adecuada y se puede garantizar la realización del enlace con la

estación terrena para que pase al estado de misión.

La propuesta de implementación del sistema de actitud es un giroscopio triaxial, el cual

siempre estará en la disposición de alinearse con el campo magnético terrestre, para lo

cual se dispondrá de una medida del sensor que debe ser igual a la actitud del satélite

menos la actitud nominal de los cálculos de simulación.

Dicho lo anterior, es importante sintetizar que para el proyecto académico CUBESAT-

UD la propuesta es la utilización de un giróscopo triaxial como actuador así como

también la implementación de sensores solares ubicados en cada una de las caras del

picosatélite. Permitiendo la toma de decisiones y acciones rápidas y la utilización de poca

memoria en el programa principal lo cual representa una ventaja a nivel de uso de

hardware puesto que la poca utilización de memoria implica mayores recursos

disponibles para los demás submódulos que son un poco más relevantes. A partir de la

toma de decisiones es posible realizar un ajuste rápido de las acciones a realizar en cada

uno de los pasos visibles sobre la estación terrena, para lograr este objetivo los cálculos

de simulación se realizaron sobre la base de SPG4 y el software de AGI permitiendo

además la generación de datos sobre las perturbaciones y variaciones temporales de los

elementos Keplerianos del vehículo durante su vida útil.64

Dado que en la actualidad el grupo de investigación GITEM++ solo cuenta con trabajos

de simulación para el estudio de un control de actitud, no es posible proponer prácticas

para la implementación y desarrollo de este módulo. No obstante, algunos softwares que

se pueden utilizar para ahondar en el estudio y posterior implementación de un sistema

de control de orientación pasivo para el picosatélite Cubesat – UD Colombia-1 son:

JAT32 Attitude space-craft Simulator

Software SPG4/SDP4

Software Geodesia Física (realizado por el grupo GITEM++)

Software Función perturbadora (realizado por el grupo GITEM++)

Software Orbitron

Software STK-NAVTK

En caso de querer ahondar más en las simulaciones y diseños relativos a este módulo

remitirse a [7]

64 Ávila, M. A. (2011). Modelamiento del sistema control de orientación para un picosatélite (Cubesat-UD).

85

10.7 HOJA DE RUTA PARA PRUEBAS DEL BANCO DE POTENCIA

El banco de potencia pretende desarrollar prácticas de regulación, transferencia de

energía y almacenamiento, generación de buses de usuario y de sistema. Estas pruebas

fueron realizadas y comprobadas a lo largo de la trayectoria del proyecto CUBESAT –

UD con las diferentes versiones anteriores y a partir de un proceso de prueba y error se

logra llegar a la versión 3.0 desarrollada por los estudiantes Javier Castro Avellaneda y

Alfredo Grajales Henríquez bajo la dirección del docente Enrique Salamanca Céspedes.

Para llegar a una versión estable del subsistema de potencia se requirió hacer 3 versiones

de la PCB, actualmente la EPS se compone por 2 PCB’s, los cuales se interconectan por

tres puertos, el tipo de conector es TFM-105-01-S-D-WT, el modulo principal tiene las

etapas de regular y administrar la potencia entregada, y la auxiliar donde están los

cargadores de baterías.

Es importante resaltar que para efectuar todas las pruebas de la EPS es indispensable que

el acople mecánico de las PCB (Principal y auxiliar) sea ajustado debidamente para evitar

errores en la transmisión de datos por perdida de contacto.65

Los objetivos a cumplir en el banco del módulo de Potencia son:

I) Desarrollar pruebas de observación y medición sobre la última versión del

prototipo desarrollado (Versión 3.0).


compone un módulo de potencia y cómo en base a este se pueden realizar

distintas pruebas haciendo uso de un banco de potencia.

III) Realizar comprobación y diagnóstico del estado actual del módulo de

potencia.

IV) Proponer diseño y desarrollo de módulos adicionales y/o mejorados.

Teniendo en cuenta la arquitectura general del módulo de potencia (Figura 13) los

insumos necesarios para la óptima realización de cada una de las prácticas desarrolladas

para este módulo son:

EPS V3.0

Osciloscopio

Multímetros

Cronómetro

Fuente de tensión regulada

Reóstatos de 10, 100 y 1000 Ω

65 Moreno, A. J., & Sánchez, C. A. (2013). Diseño del sistema de integración de subsistemas, análisis y pruebas del picosatélite Cubesat-UD Colombia-1. Pag. 90

86

Set de Baterías de Li-Ion Poly

Conectores

Tarjeta adaptadora para realizar mediciones con baterías de Li-Ion sueltas

Tarjeta para mediciones con cargas que simulan a los usuarios

En caso de querer ahondar más en la última versión de este módulo remitirse a [3] y [8]

PRÁCTICAS DE LABORATORIO PARA BANCO DE POTENCIA

La etapa de regulación con la que cuenta el módulo de potencia, abreviado como EPS

debido a su nombre en inglés “Electrical Power System”, es una etapa en la cual se toma

la energía proporcionada por las celdas solares y se transfiere la máxima potencia al resto

del sistema. Adicionalmente cuenta con un amplio rango de voltaje de entrada (desde

0.3V hasta 5.5V) y está en la capacidad de proporcionar 5 voltios constantes regulados a

la salida. A continuación se proponen diferentes prácticas de laboratorio con el fin de

evidenciar estas características de una manera experimental.

Las prácticas propuestas para el banco de potencia son las siguientes:

Práctica 1: Verificación de curvas de histéresis de etapa de regulación sin carga

de manera individual.

Práctica 2: Verificación de curvas de histéresis de etapa de regulación sin carga

con combinación de reguladores.

Práctica 3: Eficiencia individual de cada regulador de la etapa de entrada con

carga a la salida.

Práctica 4: Eficiencia de la combinación de reguladores de la etapa de entrada con

carga a la salida.

Práctica 5: Eficiencia individual de cada regulador de la etapa de entrada variando

la carga.

Práctica 6: Eficiencia de la combinación de los reguladores de la etapa de entrada

variando la carga.

Práctica 7: Carga de baterías de forma individual.

Práctica 8: Descarga de baterías de forma individual.

Práctica 9: Carga de baterías de forma combinada.

Práctica 10: Descarga de baterías de forma combinada.

Práctica 11: Programación módulo de potencia.

87

Un ejemplo del formato en el cual deben ser diseñadas las prácticas para el banco de

potencia se muestra a continuación:

Práctica 5: Eficiencia individual de cada regulador de la etapa de entrada

variando la carga.

Introducción: En esta práctica se obtendrá la eficiencia de cada uno de los reguladores

cuando se presentan variaciones de carga en la versión 3 del diseño crítico del módulo de

potencia. Para la realización de esta prueba se requiere un reóstato de 100 Ω el cual será

tomado como valor máximo de carga y a partir del cual se empiezan a realizar las

variaciones de carga.

Materiales.

1 Versión 3 del EPS

1 Tarjeta para mediciones con cargas que simulan a los usuarios

4 Multímetros

1 Fuente de tensión regulada

1 Reóstato de 100 Ω

Conectores de potencia

Jumpers

Metodología.

Figura 32. Configuración EPS v3 – Regulador Individual con Variaciones de carga

Figura 33. Conexión EPS v3 - Regulador Individual con Variaciones de carga.

88

a. Haciendo uso de la fuente regulada de corriente directa, de dos voltímetros, dos

amperímetros y un reóstato implemente el esquema mostrado en la Figura 32.

b. Utilice un valor de 100 Ω como carga inicial, a partir del cual se empezaran a realizar

las variaciones de carga. Adicionalmente establezca un voltaje de entrada de 5V el

cual se mantendrá fijo durante el resto de la práctica.

c. Haciendo uso del reóstato realice variaciones de carga uniformes entre 100Ω y 10Ω

en la cantidad de saltos que considere adecuados y complete la Tabla 20 con los

valores de tensión y corriente de entrada y de salida obtenidos (agregue la cantidad

de filas que considere necesario).

d. A partir de los valores obtenidos en el inciso c. calcular la potencia de entrada y de

salida para cada uno de los casos.

e. Conocidos los valores de potencia de entrada y salida calcule la eficiencia para cada

uno de los casos.

f. Elabore una gráfica de Corriente de salida vs Eficiencia.

g. Realice el mismo procedimiento de los incisos a., b., c., d., e. y f. para los otros 2

reguladores.

h. Elabore una gráfica general en la cual se comparen los resultados obtenidos de forma

individual en el inciso g.

i. De acuerdo a las gráficas obtenidas concluya.

Tabla 20. Regulador X con Variaciones de carga

R (Ω)

Vin (V)

Ix-x’ (mA)

Vout (V)

Iout (mA)

Pin (mW)

Pout (mW)

Eficiencia (%)

Tabla 21. Regulador Y con Variaciones de carga

R (Ω)

Vin (V)

Iy-y’ (mA)

Vout (V)

Iout (mA)

Pin (mW)

Pout (mW)

Eficiencia (%)

Tabla 22. Regulador Z con Variaciones de carga

R (Ω)

Vin (V)

Iz-z’ (mA)

Vout (V)

Iout (mA)

Pin (mW)

Pout (mW)

Eficiencia (%)

NOTA:

El voltímetro a la salida del regulador se debe colocar abarcando el amperímetro

y la carga, NO sobre la carga únicamente, puesto que se estaría midiendo un

voltaje que tiene una caída de tensión debida a la resistencia interna del

amperímetro.

El procedimiento descrito a continuación debe ser realizado para cada uno de los

reguladores presentes en el EPS V3 de manera individual.

89

11. CAPÍTULO IV – ANÁLISIS Y RESULTADOS

11.1 ANÁLISIS Y RESULTADOS PRUEBAS SALA LIMPIA

Las prácticas propuestas en el capítulo 3 para sala limpia están estructuradas de tal

manera que puedan ser realizadas satisfactoriamente en una sala limpia convencional, sin

embargo para el caso específico del proyecto CUBESAT-UD no es posible llevarlas a

cabo dado que la sala limpia presente en el grupo de investigación GITEM++ no se

encuentra dotada de la totalidad de los implementos necesarios. Es importante mencionar

que para la orientación y enfoque de las necesidades de una sala limpia se realizó una

exhaustiva investigación a nivel general, además se reforzó lo ya consultado realizando

una visita técnica a una sala limpia real que se encuentra implementada en las

instalaciones de la universidad de los Andes en la ciudad de Bogotá, allí además de

adquirir el conocimiento necesario para ello se recibió una capacitación referente a esta

sala limpia en específico por parte del encargado, conociendo características específicas

de una sala limpia y familiarizándose con el proceso de vestimenta necesario para ingreso

a una sala limpia.

11.2 ANÁLISIS Y RESULTADOS PRUEBAS OBC


Siguiendo los pasos y las recomendaciones que se dan en la práctica, fue posible instalar

el software de forma satisfactoria por un periodo de prueba de 30 días

Figura 34. Software instalado por período de prueba

11.3 ANÁLISIS Y RESULTADOS PRUEBAS ESTRUCTURAS Y MECANISMOS

Luego de realizar el estudio de la documentación existente referente a estructuras y

mecanismos del proyecto académico CUBESAT-UD es posible mencionar que teniendo

en cuenta los documentos elaborados por la NASA y por el Cubesat Design Specification

(CDS Rev.13) respecto a pruebas necesarias previas al lanzamiento de un satélite se

pueden proponer diferentes pruebas a realizar para el caso concreto de los submódulos y

estructuras del picosatélite que se encuentra en desarrollo en el grupo de investigación

GITEM++, sin embargo, no se cuenta con la infraestructura necesaria para la óptima

realización de dichas pruebas, como por ejemplo una mesa de vibración o una cámara de

vacío entre otros. En resumen, las posibles pruebas o prácticas a realizar aún cuando se

contara con la indumentaria necesaria serían:

90

Pruebas de vibración

Pruebas de interferencias electromagnéticas (campo magnético y campo

eléctrico)

Pruebas de vacío

Pruebas de temperatura

Pruebas de choque

Pruebas de presión

Pruebas de humedad relativa

Luego de contemplar en su gran mayoría las pruebas necesarias para diagnosticar el

estado de un satélite artificial para lanzamiento, se realiza una recopilación de

recomendaciones a tener en cuenta al momento de la realización de estas pruebas:

Es recomendable realizar las pruebas mecánicas antes que las pruebas térmicas.

Se recomienda que la prueba de equilibrio térmico se realice después de la de

vacío térmico.

Para los componentes que se encuentren en compartimentos presurizados no será

necesaria una prueba en vacío pero si pruebas a nivel térmico.

Todo el hardware de vuelo deberá ser sometido a pruebas de vacío térmico con el

fin de demostrar que funciona satisfactoriamente a las temperaturas de

funcionamiento nominal, a temperaturas por encima de los extremos previstos

para la misión, y durante las transiciones de temperatura.

Para los componentes de repuesto, los niveles de duración y temperatura de las

pruebas deberán ser los mismos que los de los componentes de vuelo.

Los elementos de un componente de prueba pueden ser sensibles a la posible

contaminación generada por las pruebas o por el elemento de prueba, por ello se

debe asegurarse que la cámara de pruebas no genere ninguna contaminación.

El margen de mano de obra, los ciclos de temperatura, duración de la prueba,

condiciones de la cámara de prueba, las tasas de transición, la temperatura y

regímenes de presión, son algunos de los parámetros que definen las condiciones

medioambientales de cada una de las pruebas.

La duración total de cada una de las pruebas deberá ser suficiente para demostrar

el rendimiento y descubrir fallos prematuros.

11.4 ANÁLISIS Y RESULTADOS ESTACIÓN TERRENA:

Práctica 3: Pruebas de impedancia para la antena de VHF

Estas pruebas se realizaron 2 veces, la primera teniendo la antena en tierra y la segunda

después de que se volvió a colocar la antena en la cima de la torre.

Para la realización de las pruebas en tierra se colocó la antena sobre una superficie a 2.2

metros de altura como se puede observar en la Figura 25. Luego utilizando el VNA

91

Anritsu se realizaron las mediciones propuestas en la práctica donde se obtuvieron los

siguientes resultados:

Figura 35. Pérdidas de retorno antena de VHF en tierra.

Figura 36. VSWR antena de VHF en tierra.

Figura 37. Impedancia antena de VHF en tierra.

92

Una vez ubicada la antena en la cima de la torre se obtuvieron los siguientes resultados:

Figura 38. Pérdidas de retorno antena de VHF en torre.

Figura 39. VSWR antena de VHF en torre.

Figura 40. Impedancia antena de VHF en torre.

93

Cuando la antena de VHF está en tierra y las mediciones se hacen de forma directa se

puede evidenciar que los resultados son aceptables, teniendo como resultado que la

frecuencia de trabajo óptima es aproximadamente 145 MHz.

Una vez la antena se ubica en la cima de la torre hay un corrimiento en frecuencia bastante

considerable, se produce atenuación y ruido, estos se atribuyen al cable de bajada, pues

su longitud y su grosor se terminan representando en pérdidas para la antena. Sin embargo

la antena funciona de forma correcta en el rango de frecuencias para la cual está diseñada.

11.5 ANÁLISIS Y RESULTADOS BANCO DE COMUNICACIONES:

Práctica 3: Verificación de la señal beacon

Ajustando las ventanas de tiempo y amplitud se obtuvo el inicio de la trama beacon como

se muestra a continuación:

Figura 41. Inicio de trama beacon

Haciendo uso del alfabeto Morse se puede decodificar la letra ‘C’ y el inicio de la

siguiente letra. Con el fin de visualizar una longitud mayor de la trama se ajusta la ventana

de tiempo obteniendo la siguiente señal:

Figura 42. Ajuste de la trama a 100ms

94

Decodificando la trama se obtiene el conjunto de letras ‘CO’. Se ajusta la ventana de

tiempo para poder visualizar más letras obteniendo la siguiente señal:

Figura 43. Ajuste de la trama a 200 ms.

Al decodificar esta trama se obtiene el conjunto de letras ‘COLNA’, donde COL hace

referencia al campo de identificación del satélite, en este caso el satélite Colombia I. Por

otra parte NA hace referencia al primer campo de temperatura, este indica que el valor

medido no aplica y por lo tanto no se puede traducir su valor a grados centígrados.

Posteriormente se decodifico toda la trama obteniendo el mensaje

COLNANANANAEEEBNL

11.6 ANÁLISIS BANCO DE CONTROL DE ACTITUD

A continuación se presentan las funciones que cumplen los diferentes softwares

propuestos para el desarrollo y posterior implementación de un control de actitud para el

picosatélite Cubesat –UD Colombia-1:

JAT32 Attitude space-craft Simulator: Este software es un simulador de sistemas

de control de actitud. El inconveniente que presenta este software es que en la

versión académica solamente se pueden simular sistemas de control pasivo,

mientras que en la versión completa si es posible simular sistemas de control

activo.

Software SPG4/SDP4: Este software permite similar perturbaciones

gravitacionales satelitales.

Software Geodesia Física: Este software desarrollado al interior del grupo de

investigación GITEM++ permite realizar los cálculos del potencial en órbita

Software Función perturbadora: Al igual que Geodesia Física, este software fue

desarrollado al interior del grupo de investigación. Este software permite obtener

las funciones de perturbación seculares las cuales incluyen algunos elementos

orbitales aproximados para este proyecto académico.

Software Orbitron: Programa para rastreo y seguimiento de satélites desde el

computador.

Software STK-NAVTK: Programa para determinar la orientación del satélite.

95

11.7 ANÁLISIS Y RESULTADOS BANCO DE POTENCIA:

Práctica 5: Eficiencia individual de cada regulador de la etapa de entrada

variando la carga.

Las pruebas de variaciones de carga consisten en fijar un voltaje de entrada y a la salida

de los reguladores conectar un reóstato que hará las veces de carga variable, empezando

en un valor máximo de 100 Ohmios hasta llegar a un mínimo de 10 Ohmios con lo cual

se busca exigir la etapa de regulación del módulo de potencia, pues al establecer un valor

de carga tan pequeño como lo son 10 Ohmios este se fuerza a generar corrientes de

valores elevados. En las tablas generadas con los resultados obtenidos se puede apreciar

que la eficiencia obtenida por cada uno de los reguladores es bastante elevada y que

presenta una respuesta estable obteniendo eficiencias de alrededor de 88% en la mayoría

de los casos. La variación de carga se realiza con el fin de evaluar el comportamiento del

módulo de potencia en circunstancias en las cuales puede haber cambios bruscos en el

valor de la carga.

Tabla 23. Resultados regulador X con Variaciones de carga

R (Ω) Vin (V) Ix-x' (mA) Vout (V) Iout (mA) P (mW) Pout (mW) Eficiencia (%)

100 4,979 58 5,018 51 288,782 255,918 88,620

90 4,978 65 5,015 58 323,570 290,870 89,894

80 4,978 73 5,019 64 363,394 321,216 88,393

70 4,977 84 5,016 74 418,068 371,184 88,786

60 4,977 97 5,004 86 482,769 430,344 89,141

50 4,976 117 5,011 103 582,192 516,133 88,653

40 4,976 149 5,010 130 741,424 651,300 87,844

30 4,974 198 5,002 173 984,852 865,346 87,866

20 4,973 305 4,999 264 1516,765 1319,736 87,010

10 4,965 546 4,882 509 2710,890 2484,938 91,665

Figura 44. Variación de carga regulador X

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600

EFIC

IEN

CIA

(%

)

IOUT (mA)

96

Tabla 24. Resultados regulador Y con Variaciones de carga

R (Ω) Vin (V) Iy-y' (mA) Vout (V) Iout (mA) P (mW) Pout (mW) Eficiencia (%)

100 4,979 59 5,060 51 293,761 258,060 87,847

90 4,979 66 5,061 57 328,614 288,477 87,786

80 4,979 73 5,055 64 363,467 323,520 89,009

70 4,978 84 5,055 73 418,152 369,015 88,249

60 4,978 99 5,062 86 492,822 435,332 88,335

50 4,977 121 5,060 104 602,217 526,240 87,384

40 4,976 151 5,057 130 751,376 657,410 87,494

30 4,975 200 5,047 174 995,000 878,178 88,259

20 4,974 300 4,980 262 1492,200 1304,760 87,439

10 4,966 566 4,893 527 2810,756 2578,611 91,741

Figura 45. Variación de carga regulador Y

Tabla 25. Resultados regulador Z con Variaciones de carga

R (Ω) Vin (V) Iz-z' (mA) Vout (V) Iout (mA) P (mW) Pout (mW) Eficiencia (%)

100 4,979 59 5,035 50 293,761 251,750 85,699

90 4,978 66 5,023 57 328,548 286,311 87,144

80 4,978 73 5,026 63 363,394 316,638 87,134

70 4,978 83 5,018 73 413,174 366,314 88,659

60 4,977 97 5,017 84 482,769 421,428 87,294

50 4,976 120 5,026 103 597,120 517,678 86,696

40 4,976 149 5,020 128 741,424 642,560 86,666

30 4,975 198 5,012 173 985,050 867,076 88,024

20 4,973 311 5,003 269 1546,603 1345,807 87,017

10 4,966 574 4,885 533 2850,484 2603,705 91,343

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600

EFIC

IEN

CIA

(%

)

IOUT (mA)

97

Figura 46. Variación de carga regulador Z

Luego de realizar la comparación entre las tres curvas de eficiencia obtenidas se puede

evidenciar que la etapa de regulación del módulo de potencia presenta una muy buena

respuesta al realizar variaciones de carga dado que en todos los casos la eficiencia se

mantiene por encima del 85% incluso cuando se exige al máximo con una carga de tan

solo 10 Ohmios generando corrientes del orden de los 500 miliamperios los cuales en

teoría son los que entregarían los paneles con los que fue diseñada la versión 3 del módulo

de potencia del proyecto CUBESAT – UD.

Figura 47. Comparación variaciones de carga individual.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 100 200 300 400 500 600

EFIC

IEN

CIA

(%

)

IOUT (mA)

0102030405060708090

100

0 100 200 300 400 500 600

EFIC

IEN

CIA

(%

)

IOUT(mA)

X Y Z

98

12. CONCLUSIONES

Es indispensable que el Laboratorio de Picosatélites de la Universidad Distrital Francisco

José de Caldas cuente con esta normatividad estructural y legal de los procesos que se llevan

al interior de este.

El cumplimiento de la norma NTC-ISO/IEC 17025:2005 es un factor del que no se puede

prescindir. El debido acatamiento de este implica de manera directa en el buen desarrollo de

las actividades dentro del laboratorio, así como de la reputación que un Laboratorio de

Picosatélites merece.

Para el desarrollo de un proyecto espacial y en general para cualquier proyecto que se

pretenda llevar a cabo es de vital importancia la estructuración de un equipo de trabajo así

como la asignación de tareas específicas, además se debe establecer una jerarquía con el fin

de asignar niveles de responsabilidad, para el caso específico del proyecto CUBESAT-UD y

de la implementación del laboratorio de picosatélites fue de gran ayuda el hecho de haber

desarrollado trabajo por módulos pues al considerarse una estructura modular se da por

sentado que existe la posibilidad de realizar pruebas de manera individual a cada uno de

estos, lo cual implica que no se depende directamente de alguien más, sin embargo hay que

tener en cuenta que debe existir siempre un trabajo en equipo pues detalles importantes como

el uso de determinados conectores o distribución de pines debe ser acatada por todos los

integrantes del equipo con el fin de que al momento de unificar los módulo no existan

problemas de compatibilidad.

Se realizó la propuesta de prácticas para cada uno de los bancos de trabajo que componen el

laboratorio de picosatélites independientemente de la funcionalidad y alcance que presentaba

cada uno de ellos, cabe resaltar que fue de vital importancia contactar a algunas personas que

realizaron determinados trabajos puesto que en ningún momento se realizó una especie de

manual de usuario o guía práctica para uso de ciertos dispositivos desarrollados dentro del

grupo GITEM++.

A partir de la realización de las pruebas propuestas para cada uno de los módulos que

componen un picosatélite es posible lograr que quien realice estas pruebas tenga un

aprendizaje significativo llevando a la práctica la teoría que debió ser tenida en cuenta como

preparación.

Para la realización de la prueba piloto de cada uno de los módulos se vio la necesidad de

implementar varias prácticas que validen el funcionamiento y alcance de cada uno de estos

contemplando la mayor cantidad de variables y detalles que se puedan presentar cuando se

pretenda preparar el picosatélite para vuelo, todo esto fue tenido en cuenta basado en la

documentación existente para cada módulo.

99

Para la composición de cada uno de los bancos de trabajo propuestos para la implementación

del laboratorio se realizó una lista de chequeo o checklist, con el fin de conocer los

implementos y materiales necesarios para la realización de las prácticas.

Con el fin de comprobar la factibilidad de las prácticas propuestas se realizó una sección de

resultados obtenidos luego de desarrollar cada una de estas, en este apartado se muestran

tanto los resultados satisfactorios como no satisfactorios generando tablas, gráficas y

conclusiones.

Uno de los mayores logros alcanzados con el desarrollo de este trabajo fue el hecho de poner

a punto la estación terrena y realizar pruebas de transmisión y recepción obteniendo

resultados satisfactorios. Este es un aspecto importante al momento de querer realizar pruebas

de seguimiento o captación de satélites dado que al revisar la documentación existente

relacionada a la estación terrena se encontró que todas las pruebas habían sido simulando la

estación con las tarjetas de desarrollo de pumpkin.

100

13. TRABAJOS FUTUROS

El módulo de comunicaciones debe tener integrado el filtro antialiasing y el transceptor en

una sola tarjeta de desarrollo, dado que en la versión final la implementación del filtro y la

conexión del transceptor se deben realizar de manera externa, lo cual no es un diseño crítico

para vuelo.

El módulo de potencia debe contar con una sola tarjeta para su implementación dado que a

la actualidad es necesario el acople de 2 tarjetas y esto compromete la distribución geométrica

y de masa de todo el sistema.

Es necesaria la implementación de un sistema de control de actitud y determinación que sea

compatible con los demás subsistemas desarrollados hasta el momento, esto con el fin de

presentar a la comunidad académica un acercamiento a sistemas de control de actitud reales.

La implementación de banda S para la estación terrena es necesaria si se quiere tener

comunicación con el sistema de estaciones terrenas que se pretende implementar en

Colombia.

101

14. BIBLIOGRAFÍA

[1] Parga, L. P., & Villada, I. M. (2016). Estructura normativa para el desarrollo del

laboratorio de picosatélites Cubesat-UD de la Universidad Distrital Francisco José de

Caldas.

[2] Plazas, L. (2007). Diseño e implementación del módulo de procesamiento de datos para

el Cubesat-UD.

[3] Moreno, A. J., & Sánchez, C. A. (2013). Diseño del sistema de integración de

subsistemas, análisis y pruebas del picosatélite Cubesat-UD Colombia-1.

[4] Rodríguez, H. (2016). Guía de pruebas y protocolos para el lanzamiento del satélite

Colombia I.

[5] González, F. J., & Muñoz, C. L. (2014). Tarjeta de integración módulo de

comunicaciones del pico-satélite Colombia-1 proyecto Cubesat-UD.

[6] Penagos, J. D. (2015). Desarrollo de la tarjeta TNC en DSP para el picosatélite Cubesat-

UD Colombia-1

[7] Ávila, M. A. (2011). Modelamiento del sistema control de orientación para un

picosatélite (Cubesat-UD).

[8] Castro, J., & Grajales, A. (2016). Diseño e implementación del módulo de potencia para

el picosatélite experimental Cubesat-UD Colombia 1.

102

ANEXO 1

Lista de comandos controlador serial Yaesu GS-232B

A continuación, encontrará una lista de comandos con su respectiva descripción. Sobra decir

que en esta lista se encuentran los comandos más relevantes y necesarios para la óptima

configuración de cada uno de los rotores:

A: Detiene la rotación de azimut.

E: Detiene la rotación de elevación.

R: Empieza rotación en azimut en el sentido de las agujas del reloj.

L: Empieza rotación en azimut en el sentido contrario a las agujas del reloj.

U: Empieza rotación en elevación hacia arriba.

D: Empieza rotación en elevación hacia abajo.

S: Cancela el comando actual antes de la finalización.

C: Devuelve el ángulo actual de azimut en la forma "AZ=aaa" grados.

B: Devuelve el ángulo actual de elevación en la forma "EL=eee" grados.

C2: Retorna azimut y elevación ("AZ = aaa EL = eee", donde "aaa" = azimut, "eee"

= elevación).

O: Empieza la rutina de calibración de offset de Azimut.

O2: Empieza la rutina de calibración de offset de Elevación.

F: Empieza la rutina de calibración a escala completa de Azimut.

F2: Empieza la rutina de calibración a escala completa de Elevación.

P36: Cambia el ángulo de azimut al modo de 360 grados.

P45: Cambia el ángulo de azimut al modo de 450 grados.

Xn: Selecciona la velocidad de giro del rotor de azimut, donde n=1 (más lento) a n=4

(más rápido). La consecuencia generada por este comando se evidenciará durante la

rotación en azimut, no hay equivalente para elevación.

Maaa: Gira hasta aaa grados el valor de azimut, donde aaa es un número de tres dígitos

comprendido entre 000 y 360 o 450 (según el modo de rotor que se tenga). El

movimiento empieza con la ejecución del comando.

Waaa eee: Gira hasta aaa grados el valor de azimut y eee grados el valor de elevación,

donde aaa es un número de tres dígitos comprendido entre 000 y 360 o 450 (según el

modo de rotor que se tenga), y eee es un número de tres dígitos comprendido entre

000 y 180. Es importante mencionar que se debe completar con cero a la izquierda

con el fin de garantizar que siempre sea un número de tres dígitos. El movimiento en

ambos rotores empezará con la ejecución del comando.

P36: Establece el modo 360 grados.

P45: Establece el modo 450 grados.

IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE …

Documents

Transcript of IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE …