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LUSEX – Satélite cubesat de Amsat Argentina

Derechos reservados Amsat Argentina 1

Amsat Argentina

LUSEX LU Satellite Experiment


Lusex - Proyecto de satélite Experimental de 1Kg y 10cm de lado

Pedro Converso - Amsat Argentina [email protected] Satélite LUSEX - Diseño LUSEX es el acronismo de LU (Prefijo internacional de Argentina) y de Satélite EXperimental. Es un satélite tipo cubesat (cubo de 10cm de lado y 1Kg de peso). El mínimo tamaño y peso facilita y abarata el realizar lanzamientos múltiples, permitiendo compartir costos de lanzamiento. El standard cubesat fue propuesto por el Instituto Politécnico de California, y al 2008 se han realizado 9 lanzamientos, poniendo en orbita a 38 satélites exitosos de diferentes países y universidades. Amsat Argentina es una asociación amateur sin fines de lucro que tiene como una de sus misiones la de desarrollo de satélites. Como tal lanzo el 1er satélite Argentino en 1990, el LUSAT, activo luego de 19 años, también colaboro en el desarrollo del Pehuensat lanzado en Enero del 2006 . El LUSEX tendrá como misiones la de comunicaciones, educación y experimentación, utilizando métodos y tecnología de última generación para su control, operación y supervivencia. Como novedad dentro del panorama actual de cubesats, el LUSEX utilizara paneles desplegables, con el objetivo de maximizar la captura de energía para transmisión (facilitando emisiones de mayor potencia) y permitiendo un control autónomo de su actitud y control. Otra característica especial prevista en el LUSEX es su detección y control magnético de actitud lograda con magnetómetros, magnetorques y sensores ópticos.

El LUSEX tiene previsto operar con un BUS de energía de solo 3.7 volts, con la utilización de baterías de litio polímetro, seleccionadas por su elevada relación peso/energía, durabilidad, y capacidad de operación en amplio rango de temperaturas, además de carecer de memoria de carga. Será un satélite de fácil uso, que operará desde un simple repetidor UHF a VHF habilitado por subtonos y DTMF, hasta la inclusión del protocolo completo de localización geográfica APRS, con comandos remotos e interacción con estaciones terrestres e Internet. Incluirá también la emisión de imágenes en televisión de barrido lento (SSTV) y mensajes de voz incluyendo telemetría en diferentes idiomas, orientado a su misión educativa y de apoyo a emergencias. El desarrollo lo realiza en un tiempo previsto de dos años el grupo LUSEX, compuesto por 15 profesionales en diferentes áreas miembros de Amsat Argentina, incluyendo consultores del exterior. La fecha prevista de lanzamiento es mediados del 2010, dependiendo de alternativas de lanzamiento y soporte que puedan obtenerse.


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Lusex - Auto localización geográfica y envío de imágenes Juan Carlos Luciani - Amsat Argentina [email protected] Modulo de posicionamiento. Durante las reuniones, surgió la idea de poder conocer la posición aproximada del satélite en cada instante, como no podemos incluirle un GPS, se planteo determinar la posición del mismo partiendo de los elementos keplerianos y del reloj interno. Los cálculos matemáticos realizados imponen una carga importante al microcontrolador. No se explicara cada uno de los elementos keplerianos pero si como se emplean. Se estima que durante los primeros días de la orbita, los valores calculados tendrán una dispersión importante que se ira reduciendo al ir actualizando los elementos keplerianos con valores mas estables. Los datos serán actualizados periódicamente por la estación de control. Uno de los objetivos de conocer la posición es poder cambiar los mensajes y otros tipos de información según el área iluminada por el satélite (o reducir la potencia sobre los océanos)

Modulo de envío de imágenes. Otra iniciativa fue poder emitir una imagen en modo "Martin 1" (analógico) previamente cargada en memoria (breve descripción del modo y los tiempos de los pixels, sincronismo vertical y horizontal). O sea que se sube una imagen comprimida, su tamaño será de 25 a 30 KB, se la descomprime y se guarda. Luego por comando o por la posición del satélite se la puede bajar en un lugar definido. Actualmente los módulos de memoria tipo flash disponible son de bajo costo, lo que nos permitiría guardar varias imágenes sin tener que borrarlas. El algoritmo desarrollado, toma la imagen descomprimida en formato RGB y envía cada una de las líneas. Fue necesario realizar ciertos movimientos de datos para poder cumplir con los tiempos. La salida analógica modula la etapa de salida. Estamos trabajando para cambiar el modo de operación a "Robot 36" y de esa manera reducir el tiempo de transmisión de casi 2 minutos a 40 segundos. No tenemos previsto en este proyecto implementar imagen digital.




Lusex - Operación satelital en APRS - Programación dsPIC alta gama Sergio Daniel Otero - Amsat Argentina [email protected] APRS Otra de las funcionalidades del satélite es la de digipeater. Esto se implementara con APRS. De este protocolo se implementan varias instancias como la interpretación de comandos. Periódicamente se enviaran paquetes tipo beacon incluyendo la posición actual del satélite (obtenida de otro modulo). El protocolo APRS se implementara en packet a 1200 baudios. Tanto la generación del AFSK como su decodificacion se realiza con un microcontrolador que se comunica directamente con el transmisor y con el receptor.

dsPIC Al iniciar nuestro proyecto definimos realizarlo con un modulo de Rabbit que disponía de memoria RAM, flash, ports de entrada/salida digital y conversor AD. Pero luego realizamos varios módulos operativos con microcontroladores dsPIC de Microchip de la línea 30F para luego continuar evolucionando a la línea 33F. Los dsPIC incluyen de varias líneas de entrada/salida digitales, conversor AD de 12 bits multiplexado, memoria RAM y flash y salidas PWM.

El entorno de programación y debuging nos permite probar los distintos módulos antes de grabarlos en la flash interna y el desarrollo tanto en assembler como en C (dándonos flexibilidad y velocidad). El consumo es bajo y función de la frecuencia de operación. Al tener un "dsp engine" todas las funciones específicas están optimizadas.




Lusex - Estructura, separación carga útil. Alberto Thomae - Amsat Argentina [email protected] Estructura Partiendo de las dimensiones especificadas para los cubesat, realizamos varios modelos en diferentes materiales para ir tomando real idea del volumen disponible para los diferentes módulos electrónicos, las baterías, las bobinas de los magnetorques, los sensores de temperatura y los de luz. También es importante tener en cuenta los paneles solares desplegables que nos reducen el volumen total. Los "switch" de activación (con sus actuadotes montado sobre un par de arista) no tiene una solución simple y son de vital importancia para habilitar la electrónica después de su lanzamiento. Las últimas pruebas se realizaron con aluminio "aeronáutico".

Separación carga útil El contenedor de los cubesats aloja tres cubesats de 10cm de lado. En el fondo de este contenedor hay un resorte que cuando se abre la tapa del contenedor por comando desde el vector principal, expulsa al espacio los tres cubesats. Cada cubesat en su cara +Z cuenta con dos tetones con resortes que permiten la separación de los cubesats entre ellos en el espacio. También cuenta la cara +Z con microswitches normal cerrado, que desconectan las baterías de la electrónica hasta que el cubesat este fuera del contenedor. En el cubesat hay también un conector de acceso externo que permite carga y control del cubesat antes de su lanzamiento.




Lusex - Estabilización y determinación/control magnético de actitud Raul Bon Foster / Pedro Converso [email protected] [email protected] Argentina Luego de la salida del contenedor de cubesats, el LUSEX tendrá giros y actitud errática causada por su lanzamiento al espacio. La primera función a realizar por sus procesos de control es la de disminuir y detener estos giros, actividad conocida como 'detumbling'. Para esto se valdrá de la detección del campo magnético terrestre en 3 ejes que proveerán magnetómetros a bordo.

Y en función de lo detectado accionara sobre 3 magnetorques a bordo. (bobinas que interactúan con el campo magnético terrestre).

Como ayuda y control semipasivo para lograr el 'detumbling' utilizara un aro inercial de amortiguación de nutación (nutation damper). El objetivo del software es primero estabilizar, luego orientar los paneles solares hacia el sol y finalmente impartir un giro a toda la estructura para mantener los paneles extendidos por fuerza centrifuga.

El amortiguador de nutación mantendrá la actitud de orientación al sol (o a la tierra durante la ocultación del sol), y solo serán requeridos ocasionales ajustes para mantener la posición y el giro.





Lusex - Componentes, baterías, integración y validación espacial Adrián Sinclair - Amsat Argentina [email protected] La electrónica del Lusex estará integrada en dos placas o paneles de impreso. Estos paneles requieren una importante cantidad de interconexión entre ellos. Adicionalmente habrá conexiones externas a los impresos hacia la estructura, en detalle hacia las celdas solares, hacia las baterías, hacia los sensores de temperatura y ópticos en las diferentes áreas del satélite, hacia las antenas integradas estructuralmente a los paneles, etc.

Los circuitos e impresos que se desarrollan se integrarán con su conexionado en forma directa, si bien para las pruebas previas se utilizaran conectores entre los boards que compongan el lusex.

Todo este conexionado es intención de realizarlo sin conectores, para asegurar su funcionamiento y resistencia a los eventos propios del lanzamiento. La interacción de RF entre componentes digitales y las áreas de transmisión, recepción y antenas requieren también un detallado análisis y pruebas. Por lo que se están comprobando a medida que se van integrando cada subconjunto, las medidas correspondientes de compatibilidad electromagnética. Esta previsto realizar en organismos estatales y privados validaciones parciales y finales relativas a vibración, temperatura, vacio y radiación.




Lusex - Celdas solares y paneles desplegables. Ricardo Lemvigh Müller - Amsat Argentina [email protected] El LUSEX por ser un satélite de tamaño mínimo (10cm de lado) dispondría de poca superficie para el montaje de celdas solares solo en su periferia, con la consecuencia de una baja capacidad de recolección de energía solar. Por lo que se decidió la utilización de paneles desplegables, que aumenten la superficie de captación. Estos paneles se ubicaran plegados en la cara inferior (-Z) y en la cara superior (+Z), permaneciendo plegados durante el lanzamiento. Luego de 30 minutos de la suelta del LUSEX, estos paneles sujetos a través de un sistema con cuerdas de nylon a la estructura, serán soltados cortando por fusión las cuerdas que los mantenían. Allí los paneles plegados en forma de acordeón, ya libres comenzaran a extenderse, favorecido su desplegado por la rotación que se imprimirá al lusex para facilitar su extensión. Los paneles previstos constaran de 4 alas, cada una con 9 celdas de 4cm x 8cm, conectadas en serie.

Los paneles solares conformaran tambien con la adaptación requerida las antenas del LUSEX, para ello se adaptaran los largos e impedancias separando las celdas para RF a traves de circuitos trampa resonantes. UHF estará en plano –Z y VHF en plano +Z ortogonales entre si.

Cada ala generara 4.5 volts a 1.5 Amp cuando estén ortogonalmente al sol. Dos de estas alas estarán en la cara +Z y dos en la cara -Z. Las celdas estarán adheridas a films especiales que favorezcan la disipación de exceso de temperatura y protejan a las celdas de la radiación ultravioleta. Estos films son los que Dupont ha desarrollado para el telescopio espacial Spitzer, con quienes estamos en contacto.




Lusex - Radiofrecuencia, Recepción/emisión y antenas. Guillermo Killing - Pablo Alvarez [email protected] [email protected] Argentina El LUSEX operara recibiendo en banda de 70 cm. (435 MHz) y transmitiendo en 2 metros (145 MHz). La elección de frecuencias y bandas esta en función de que sea recibido por la mayor cantidad de gente que es la que posee handies o equipos de 2m. Las frecuencias iniciales establecidas son recepción en 435.950 MHz y transmisión en 145.950 MHz. El receptor y transmisor abordo del LUSEX esta realizado con equipos sintetizados, que tienen la posibilidad de seleccionar vía comandos del procesador hasta 16 diferentes frecuencias en transmisión y otro tanto en recepción. Por lo que se incluirán otras frecuencias entre ellas la que utiliza la ISS para packet y aprs, 145.825 Khz. El receptor tendrá un sensibilidad utilizable desde los -115 dbm, y el modulo excitador con su modulo de transmisión será capaz de transmitir hasta 4W de RF alimentado con 3.7 volts.

Para operación en modo repetidor U-V se prevee la habilitación vía subtono. Se dispondrá también de comandos alternativos para diferentes funciones vía DTMF. La recepción y transmisión operara tanto en analógico (voz/sstv) como en digital (packet 1200 bauds afsk). Las antenas estarán montadas y serán parte de los paneles solares desplegables. La de UHF sobre la cara -Z y la de VHF sobre +Z conformando dos dipolos de 1/2 o 5/8 longitud de onda.





Lusex - Alternativas, costos y gestión de lanzamiento Ignacio Mazzitelli - Amsat Argentina [email protected]



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