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IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE LA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
ADRIÁN ESTEBAN GIRALDO BENÍTEZ 20121005071
DIEGO FERNANDO ESPINEL GÓMEZ 20121005097
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C.
2018
ii
IMPLEMENTACIÓN DEL LABORATORIO DE PICOSATÉLITES DE LA
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
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
UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSÉ DE CALDAS
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/
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
alcanzó un apogeo de 708 Km.
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
alcanzó un apogeo de 635 Km.
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
un apogeo de 831 Km.
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
un apogeo de 636 Km.
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
un apogeo de 636 Km.
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
un apogeo de 627 Km.
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
un apogeo de 710 Km.
14
7.2.3 Perú
PUCPSat-1: Lanzado en Noviembre 21 del 2013 y con una masa de 1 Kg alcanzó
un apogeo de 633 Km.
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
un apogeo de 623 Km.
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.
PECAL 2131 - AQAP 2131: Requisitos OTAN de Aseguramiento de la Calidad
para la Inspección Final.
PECAL 2105 - AQAP 2105: Requisitos OTAN para Planes de Calidad
Entregables.
PECAL 2210 - AQAP 2210: Requisitos OTAN de Aseguramiento de la Calidad
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.
19 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. 64
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.
22 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. 135
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
23 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. 138
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:
26 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
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
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.
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]
32 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. 153
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
39 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. 90
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.
Este banco de trabajo apunta a resolver problemáticas relacionadas con toda la
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.
Este banco de trabajo apunta a resolver problemáticas relacionadas con toda la
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.
CANTIDAD MARCA REFERENCIA DESCRIPCIÓN FOTO
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.
CANTIDAD MARCA REFERENCIA DESCRIPCIÓN FOTO
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:
Práctica 1: Instalación Software CrossWorks for MSP430.
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
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 license@crossworks.com. 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.
II) Proporcionar al estudiante los fundamentos teórico-prácticos sobre lo que
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).
II) Proporcionar al estudiante los fundamentos teórico-prácticos sobre lo que
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).
II) Proporcionar al estudiante los fundamentos teórico-prácticos sobre lo que
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
Práctica 1: Instalación Software CrossWorks for MSP430.
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
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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.
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