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Estación de radioaficionados
Como herramienta de aprendizaje
José Alberto Ramírez Aguilar
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Estación de radioaficionados como herramienta de aprendizaje
Prohibida la reproducción o transmisión total o parcial de esta
obra por cualquier medio o sistema electrónico o mecánico
(incluyendo el fotocopiado, la grabación o cualquier sistema de
recuperación y almacenamiento de información), sin
consentimiento por escrito del compilador.
Derechos reservados
2011. Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma de
México
Ciudad Universitaria, 04510, México, D.F.
Primera edición, octubre 2011
RAMÍREZ Aguilar José Alberto Fonía en HF y VHF
Universidad Nacional Autónoma de México.
Facultad de Ingeniería, 2011.
2
Agradecimientos
Este material es producto de los apoyos otorgados por la Dirección General de Asuntos de Personal Académico (DGAPA) a través del proyecto “Estación de Radioaficionados de la UNAM” PAPIME 104111. Al Mtro. José Gonzalo Guerrero Zepeda, Director de la Facultad de Ingeniería, quien ha apoyado incondicionalmente el proyecto, al igual que el Dr. Francisco García Ugalde, Jefe de la División de Ingeniería Eléctrica.
A Roberto Zavala XE1RZ quien ha compartido los éxitos y sin sabores del proyecto.
A Ricardo Solano Vázquez XE1GQP por ser uno de los principales impulsores del proyecto y por el entusiasmo y pasión que tiene por la Radioafición.
A Juan Téllez Amezcua XE2SI, Luis Chartarifsky XE1L, Nelly Lassard XE1CI (+) y a Eduardo Corona XE1RA por sus importantísimas aportaciones, materiales e intelectuales.
Y a los compañeros en el proyecto quienes se encargaron de la revisión vital de los contenidos y fungieron como facilitadores en las actividades organizadas. Una mención especial a Yéssika Guzmán López y a Alfonso Salazar por su apoyo en la edición de los documentos.
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Prologo
Con estos cuadernos de divulgación se concreta una idea que surgió
hace varios años: que la UNAM contara con una Estación de
Radioaficionados.
La Radioafición es un medio para que las personas se desarrollen en el
ámbito científico y tecnológico. Por este motivo, muchas universidades de
prestigio tienen una estación.
En el caso de la UNAM, su estructura no se presta para ello. Inicialmente, el
marco legal de la UNAM impide la formación de asociaciones civiles a su
interior, requisito indispensable para formar un radio club reconocido por la
autoridad federal mexicana.
Un principio de este proyecto es que se sea totalmente institucional y que
permanezca en el tiempo independientemente de las personas que se
encuentren al frente de él.
Por este motivo ha sido necesaria una estrecha colaboración entre
diversas entidades: la Dirección de la Facultad de Ingeniería (sede del
proyecto), su Unidad Jurídica, la División de Ingeniería Eléctrica y los
participantes en el proyecto.
No ha sido sencillo, pero en breve se estarán haciendo comunicados
desde la UNAM, en Ciudad Universitaria D.F.
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
ESTACION DE RADIOAFICIONADOS COMO HERRAMIENTA DE APRENDIZAJE
Los estudiantes de licenciatura de la facultad de ingeniería de la UNAM están integrándose
a las actividades que se han generado dentro de la Facultad de Ingeniería en el marco de
actividades relacionadas con la radio. Por ejemplo, se ha integrado a los estudiantes en una
primera etapa en el manejo de términos relacionados con las comunicaciones vía radio
terrestres para después pasar a las radiocomunicaciones por satélite.
Parte del material que se trabaja con los estudiantes relacionados a la estación de
Radioaficionados de la UNAM se presenta a continuación:
Historia de los satélites de Radioaficionados:
Un grupo de entusiastas radioaficionados agrupados en una organización llamada OSCAR
ASSOCIATION con Sede en el estado de California, EE.UU inició el diseño y
construcción del primer satélite no gubernamental, llamado OSCAR-1 (OSCAR por
Orbiting Satellite Carryng Amateur Radio), el que fue lanzado al espacio por NASA el 12
de Diciembre de 1961.
De ahí en adelante y hasta el 23 de Enero de 1970, los radioaficionados construyeron 4
satélites más, siendo el quinto el Australis OSCAR-5, lanzado en la fecha antes indicada.
Estos satélites fueron de corta vida, experimentales y de órbita baja.
En 1969 se funda en Washington DC., EE.UU. la Corporación AMSAT (Que significa
Amateur by Satellite), entidad que agrupó con más formalidad a los radioaficionados del
mundo interesados en las comunicaciones espaciales. AMSAT tuvo originalmente la
responsabilidad de construir y operar los satélites OSCAR-6, 7 y 8 (los años 72, 74 y 78
respectivamente).En el intertanto nacía en Inglaterra la Corporación AMSAT-UK, la que a
través de NASA, lanzó al espacio el 6 de Octubre de 1981, el UOSAT OSCAR-9, el
primero en llevar una cámara CCD para enviar imágenes de la tierra, formateadas de
manera tal, que era posible observarlas en una pantalla de televisión, después de un
mínimo procesamiento.
Luego vino el AMSAT OSCAR-10 lanzado por un cohete Ariane el 16 de Junio de 1983 el
que aún está operando ocasionalmente.
El satélite UOSAT-OSCAR-11 es el primero de la serie de satélites educacionales y de
investigación, construido y controlado por estudiantes y docentes de la Universidad de
Surrey de Inglaterra.
Más adelante fue puesto en órbita el satélite FO-12 (FUJI OSCAR-12) el primer satélite
diseñado y construido por JAMSAT (AMSAT-JAPON).
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
La serie antes enunciada de satélites de radioaficionados corresponde a aquellos llamados
Fase 1 y Fase 2. Básicamente estos términos significan Satélites de baja altura con tiempos
de vuelo escaso o prolongado y netamente experimental (Fase 1) o de operación
esencialmente en comunicaciones digitales (Fase 2).
El satélite AO-13 operativo desde el 15 de Junio de 1988 hasta Diciembre de 1996, fue un
satélite que voló en órbita elíptica (Molniya) operando en comunicaciones análogas (de
voz en SSB y CW).
En un lanzamiento simultáneo a bordo de un cohete Ariane, el 12 de Enero de 1990, fueron
puestos en órbita 6 satélites de radioaficionados. Dos de ellos el UO-14 y el UO-15 usaron
la tecnología desarrollada por AMSAT-UK (Reino Unido) y los otros cuatro la tecnología
llamada Microsat implementada por los voluntarios de AMSAT-NA. Estos últimos se
denominaron AO-16, DO-17, WO-18 y LO-19.
El UO-14 fue destinado a ser usado por la Organización VITA (Volunteers for
International Technical Assistance) para cursar tráficos de diagnósticos médicos desde
Africa a Europa. Desde principios de febrero de 2000, este satélite ha vuelto al servicio de
aficionados por satélite, operando como un repetidor de voz.
El satélite UO-15 aún cuando fue lanzado con éxito tuvo fallas en sus equipos, por lo que
nunca funcionó.
El AO-16 llamado PACSAT, es un satélite destinado al tráfico digital de radioaficionados.
En la actualidad opera solo como digirepetidora.
El DO-17 fue construido en EE.UU. por encargo de BRAMSAT (AMSAT-BRASIL) y su
misión fué transmitir en voz sintetizada mensajes de paz grabados por un centenar de
jóvenes de diversos colegios del mundo. Aunque funcionó al principio, lamentablemente
no pudo cumplir su misión
La Universidad de Weber, Utah, EE.UU. tuvo la responsabilidad de construir el satélite
WO-18. Se trata de un ingenio espacial destinado tanto a recibir imágenes enviadas desde
la tierra para posteriormente retransmitirlas a ella, como a enviar imágenes de la tierra que
filma con sus cámaras CCD (Charged Coupled Device).
AMSAT-ARGENTINA encargó a AMSAT-NA la construcción del satélite LO-19, una
réplica del AO-16, es decir su objeto es la transferencia de información en forma digital.
Operó hasta 1999. En la actualidad transmite su identificación y datos de telemetría en
CW.
El próximo satélite lanzado al espacio para el Servicio de Radioaficionados fue el FO 20
construido por JAMSAT. Se trata de un aparato destinado tanto a las comunicaciones
análogas (Voz y CW) como digitales (protocolo AX.25). Fue lanzado el 7 de Febrero de
1990. Desde hace ya un tiempo opera solo como un transpondedor de voz
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
El satélite AO-21 fué un esfuerzo en común de AMSAT-DL (ALEMANIA) y AMSAT-
RUSIA. Consiste en estaciones de radioaficionados, instaladas a bordo del satélite ruso de
investigación geológica GEOS. Aún cuando éstas contenían una serie de experimentos,
sólo algunos de ellos funcionaron. Este satélite (GEOS) fue apagado por las autoridades
rusas en 1994 por falta de presupuesto para mantenerlo en operación, lo que significó, por
ende, que los experimentos de radioaficionados dejaran de funcionar. También se le llamó
RS-14 (Radio Sputnik)como una de la unidades satelitales desarrolladas por los
radioaficionados rusos.
Otro satélite de la serie UOSAT fue el UO-22, lanzado el 17 de Julio de 1991 y destinado,
en la actualidad a tráfico digital de radioaficionados siendo usado principalmente por los
Gateway satelitales.
Un grupo de ingenieros del Instituto de Tecnología Avanzada de Corea, tuvo la
responsabilidad de desarrollar en la Universidad de Surrey el satélite KO-23. Contiene a
bordo además de operación digital a 9600 baudios, una cámara CCD. Esta última graba
imágenes de la tierra de un área de 1600 x 1800 km., proveyendo una resolución terrestre
menor a 2 km. Fue lanzado al espacio el 10 de Agosto de1992 y actualmente opera en
forma esporádica (por fallas en el banco de baterías) como BBS para comunicaciones
digitales.
El próximo satélite fue el KO-25 (El número 24 no se ha usado hasta la fecha). Fue
construido por el Instituto de Tecnología Avanzada de Corea (KIST). Lleva a bordo, los
mismos sistemas del KO-23 más 3 experimentos adicionales: un sensor de rayos infrarojos,
un experimento de detección de electrones de baja energía y un nuevo procesador
diseñado para probar modems de alta velocidad. Fue lanzado el 26 de Septiembre de 1993.
En la misma fecha del lanzamiento antes enunciado, se pusieron en órbita los satélites IO-
26, AO-27 y PO 28.
El IO-26 fue construido por AMSAT-I (Italia); es muy similar al AO-16 y LO-19, emplea
la estructura Microsat y está destinado a transmisiones digitales.
El AO-27 es un satélite comercial de construcción similar a los microsats, que lleva
además un repetidor de voz de radioaficionados.
El AO-28, llamado POSAT, fue construido para un Consorcio Comercial Portugués por
SSTL (Surrey Satellite Technology Limited), subsidiaria de la Universidad de Surrey, y
lleva a bordo al igual que el AO-27, equipos para transmisión digital de radioaficionados.
El FO-29, llamado JAS-2, es un satélite japonés lanzado desde el Centro Espacial de
Tenagashima el 17 de agosto de 1996. Opera tanto en modo análogo como digital de
acuerdo a una programación mensual que publica su estación control
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
El TMSAT1 llamado TO-31, lanzado desde Baikonur el 10 de julio de 1998, opera en la
actualidad enviando fotografías de la tierra de muy buena resolución.
En cuanto al GO-32 (TECHSAT-2) lanzado el 10 de julio de 1998 desde el Cosmódromo
de Baikonur en Rusia, aún no entra en operación pese a los esfuerzos realizados por su
estación de Comando y Control
Otro satélite es el SO-33, lanzado el 24 de octubre de 1998. Debido a fallas en su sistema
de baterías ha sido usado para enviar telemetría lo que ha sido de gran utilidad para NASA
También el 29 de octubre de 1998, a borde del Shuttle Discovery, se envió al espacio el
PO-34, Pansat, satélite desarrollado por la Escuela de Postgrado de la Armada de EE.UU.
Contiene un transpondedor de banda ancha el que hasta la fecha no entra en
funcionamiento.
Luego el SO-35, llamado SUNSAT construido en Sudáfrica, fue lanzado el 23 de febrero
de 1999 desde la Base Aérea de Vandenberg en California a bordo de un cohete Delta II.
Opera como BBS digital, como transpondedor y como Parrot.
A continuación el UO-36, satélite de SSTL, fue lanzado desde Baikonur el 21 de abril de
1999. Está destinado a tomar y transmitir imágenes a alta velocidad y está operando un
transpondedor digital en modo J. Transmite a 38K4 Baud. FM.
El AO-37, ASUSAT-1 de la Universidad Estatal de Arizona, el OO-38 de la Universidad
de Stanford California y el WO-39, un esfuerzo combinado de la Fuerza Aérea de EE.UU.
y la Universidad de Weber, fueron lanzados por un cohete de Orbital Sciences Minotaur
desde la Base Aérea de Vandenberg el 26 de Enero de 2000. Hasta la fecha no hay
antecedentes de que alguno de ellos esté en funcionamiento.
Dentro de los esfuerzos de comunicaciones y experimentos espaciales de radioaficionados,
los radioaficionados rusos han colocado 17 estaciones de radioaficionado a bordo de
satélites mayores (RS-1 al RS-17). Estas estaciones han permitido a los radioaficionados,
experimentar con comunicaciones de voz a largas distancias, usando básicamente la misma
tecnología que las repetidoras de VHF FM terrestres aunque la operación se efectúa tanto
en HF como en VHF.
También se ha obtenido que tanto en la estación espacial MIR, como en los
transbordadores espaciales, se haya implementado estaciones de radioaficionados en los
más variados modos, es decir operaciones en audio, digitales, televisión de barrido lento,
etc. Lo anterior ha permitido tanto a los cosmonautas como a los astronautas, tener un
medio de recreación en sus horas de descanso al poder contactarse con diferentes
radioaficionados de todo el mundo, como también con sus familias y amigos a través de
estaciones de radioaficionados.
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
Se han presentado fallas de operación de los satélites o de los cohetes lanzadores. De los
más recientes, puede mencionarse en el primer caso el UO-15, el satélite Francés Arsene y
el Unamsat-2 (MO-30) y en el segundo, la falla (28 de Marzo de 1995) de un cohete ruso
que significó la pérdida del UNAMSAT-1 (AMSAT MÉXICO) y del TECHSAT-1
(AMSAT ISRAEL).
Algunas imágenes de satélites de radioaficionados se muestran a continuación:
Los estudiantes deben conocer la clasificación de los satélites por su aplicación:
CLASIFICACION DE SATELITES:
1) COMERCIALES: meteorología, comunicaciones, recursos naturales, navegación. 2)
CIENTIFICOS: estudio de la Tierra y su entorno, astronomía, sistema solar. 3)
MILITARES: reconocimiento, alerta temprana, inteligencia electrónica, sistema anti
satélites.
Conocer el entorno espacial en donde operan los satélites
EL ENTORNO ESPACIAL:
El medio espacial modifica el movimiento kepleriano, en el vacio se subliman los metales y
semiconductores, la radiación ultravioleta aumenta la conductividad de los aislantes y
modifica los coeficientes de absortividad y de emisividad de los revestimientos termo-
ópticos.
Las partículas de alta energía (atrapadas en cinturones de radiación o rayos cósmicos),
riesgo por impacto en sistemas electrónicos. Existe una necesidad de apantallamiento de
aparatos electrónicos ya que fallarían por las altas dosis de radiación electromagnética
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
EFECTOS SOBRE EL HOMBRE: todos los problemas derivados del medio hostil se
resuelven por medio del subsistema "soporte de vida" o por los trajes espaciales
(composición soporte de vida: atmosfera, temperatura y humedad, alimentos y agua,
instalación sanitario-higiénica, ejercicios físicos, control y ayuda médica). Problemas
derivados condiciones de ingravidez: síndrome de adaptación, alteraciones
cardiovasculares, descalcificación osea, atrofia muscular.
El estudiante debe de conocer lo que son las leyes de Kepler y los elementos orbitales, pues
son la herramienta que nos ayudara a conocer la posición de un satélite de Radioaficionado
el cual puede ser operado con la infraestructura mínima (Radios, antenas tipo Yagi, rotor,
etc.) de nuestra estación.
LEYES DE KEPLER: 1ª) las orbitas de los planetas son elipses, uno de cuyos focos está
ocupado por el sol 2ª) la velocidad areolar de los planetas es cte. 3ª) los cuadrados de los
periodos de los planetas son proporcionales al cubo de sus semiejes mayores.
ELEMENTOS ORBITALES: sirven para definir la cónica cuando se dan Vo y ro. 1)
i=inclinación: 0º<i<180º, i=0 o 180º: orbitas ecuatoriales, i=90º: orbitas polares, i<90º:
orbitas directas, i>90º: orbitas retrogradas. 2) OMEGA=ascensión recta del nodo
ascendente. Entre 0º y 360º. Indefinido para orbitas ecuatoriales. Junto a i define el plano
de la órbita 3) omega=argumento del perigeo. Entre 0 y 360º. Define la orientación de la
órbita en su propio plano 4) e=excentricidad, 5) p=parámetro de la órbita dimensiones de
longitud, da idea del tamaño de la órbita. p=h^2/mu 6)tau = tiempo de paso por el perigeo
posiciona al vehículo dentro de su órbita en el instante inicial.
PERTURBACIONES: de mayor a menor perturbación: abultamiento ecuatorial (J2), resistencia
atmosférica, armónicos del potencial (Jnm distinto de J2), atracción lunar, atracción del sol,
presión de radiación solar.
SISTEMAS DE PROTECCION TERMICA COMUNMENTE USADOS EN
REENTRADA DE SATELITES A LA ATMOSFERA
1) Absorción de calor disponer una pared protectora de un material de gran capacidad
calorífica y alta Tª de fusión (berilio o molibdeno) que actúe como sumidero de calor e
impida la transmisión de calor al interior. Inconvenientes: grandes espesores de pared y
pesos adicionales muy elevados = uso restringido a reentradas muy rápidas donde el calor
total absorbido no es muy grande. Como en vuelo suborbital de misiles balísticos 2)
Refrigeración por radiación la cara exterior del revestimiento (capa fina metálica) se pone
al rojo vivo con objeto de mantener equilibrio entre la radiación emitida por la pared al aire
circundante y el flujo de calor por convección recibido del mismo. Entre ambas caras se ha
de disponer de un material aislante refractario para que en cara interior la Tª sea
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
relativamente baja. Uso: cuando la densidad de flujo de calor no es muy elevado como en
trayectorias de planeo (shuttle) 3) Refrigeración por ablación (***) el material del
revestimiento (de muy alto calor latente y baja conductividad térmica como el teflón o
resinas fenolicas) se sublima o se carboniza con la consiguiente absorción de calor por
cambio de estado. Inconveniente: este sistema implica consumo de material (pérdida de
masa y cambio de configuración del cuerpo = el vehículo no es reutilizable)
Los estudiantes deben de conocer los elementos de a bordo de los satélites que serán
empleados para posicionar y estabilizar al satélite:
SENSORES DE ACTITUD: sensores solares, sensores de horizonte, sensor de estrellas,
magnetómetros, sensores inerciales.
MOMENTOS DE PERTURBACION EN ACTITUD EN SATELITES: el par gravitatorio, el par
atmosférico, el par de la presión de radiación, el par magnético, los momentos interiores
provocados por el movimiento de algún elemento
SUBSISTEMAS DE VEH ESP: estructura, control térmico, energía o potencia, propulsión, control
de orbita y actitud, telemetría y telemando, otros: gestión de datos, integración mecánica e
integración eléctrica
SISTEMAS PASIVOS DE ESTABILIZACION: estabilización por rotación (espín), estabilización
por gradiente de gravedad, otros: estabilización magnética pasiva, estabilizadores
aerodinámicos y de presión solar.
SISTEMAS ACTIVOS DE ESTABILIZACION O CONTROL a partir de la comparación entre la
actitud medida y la deseada se genera una señal de error que es utilizada para determinar el
par correctivo que deben proporcionar los actuadores de abordo. Componentes: sensores de
actitud(dan actitud medida), ley de control, y los actuadores, o mecanismos de control que
suministran los momentos adecuados. Por otra parte los sistemas activos pueden ser de
ciclo abierto o de ciclo cerrado, según se necesite o no la intervención humana. 1) Ruedas
de reacción constituida por un disco móvil alrededor de su eje, tanto en un sentido como en
otro, por lo que su velocidad nominal de rotación es nula. Ante un momento de
perturbación dirigido según su eje, la rueda adquiere un movimiento de rotación (motor
eléctrico) en sentido contrario, con lo que el momento perturbador es absorbido. Cuando se
llega a Wmax habrá que hacer una de saturación (volver a Wmin. Se usan para la
estabilización en 3 ejes del satélite. Es necesario al menos un conjunto de 3 ruedas dirigidas
según 3 ejes ortogonales.
Es usual la incorporación de una cuarta redundante formando todas ellas una configuración
piramidal) 2) ruedas de momento ambos necesitan sistemas de saturación ya que son
capaces de controlar la actitud del satélite, pero no de cambiar su momento cinético
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
total. RdeM: diseñadas para operar a alta w(del orden de miles rpm) = además de absorber
momentos perturbadores son capaces de proporcionar una estabilidad giroscópica alrededor
de un eje paralelo al del volante.
Pueden usarse para estabilizar 1,2 o 3 ejes del satélite CMG: cuando las ruedas de momento
se convierten en rotores de giróscopos de 1 o 2 grados de libertad se convierten en
Giróscopos de Control de Momento (CMG) que actúan como volantes de inercia de ejes
orientables. Se usan para provocar pares de maniobra: puesto que el momento cinético total
del sistema debe permanecer cte, al orientarse el momento cinético del conjunto de ellos en
cq dirección, el satélite puede adquirir la actitud deseada 3)CHORROS DE GAS:
impulsores de gas frio o impulsores de propulsante liquido(dentro de estos últimos hay
mono propulsantes y bipropulsantes).
Entonces, los estudiantes que participan en la operación de la estación que cuenta con
antenas y transmisores que operan en la banda de aficionados deben de conocer también
los métodos básicos de control de satélites:
CONTROL DE ACTITUD PASIVO
Las técnicas pasivas de estabilización se aprovechan de principios físicos básicos y de
fuerzas que se producen espontáneamente para diseñar el vehículo espacial reforzando el
efecto de una fuerza mientras se reducen otras. En efecto, se usarán los momentos
perturbadores analizados anteriormente para controlar el vehículo espacial, eligiendo un
diseño tal que enfatice un momento y mitigue los otros.
Una ventaja del control pasivo es la capacidad para lograr una muy larga vida del satélite,
no limitada por consumibles de a bordo o, posiblemente, incluso por el desgaste y rotura de
piezas móviles. Las desventajas típicas del control pasivo son la exactitud total
relativamente pobre y la respuesta algo inflexible a condiciones cambiantes. Donde estas
limitaciones no sean de interés, las técnicas pasivas funcionarán muy bien.
Estabilización por rotación: Una técnica pasiva básica es la estabilización por
rotación, en donde la "rigidez" giroscópica intrínseca de un cuerpo rotatorio se usa
para mantener su orientación en el espacio inercial. Si no se manifiesta ningún
torque perturbador externo, el vector momento angular permanece fijo en el
espacio, constante en módulo, dirección y sentido. La estabilización por rotación es
útil en un número de casos especiales donde la fiabilidad y la simplicidad son más
importantes que la flexibilidad operacional. Los satélites destinados a órbitas
geoestacionarias, por ejemplo, son comúnmente estabilizados por rotación para las
dos igniciones requeridas para la órbita de transferencia.
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
Estabilización por gradiente gravitatorio: De la discusión previa, está claro que
un vehículo espacial, en una órbita razonablemente baja, tenderá a estabilizarse con
su eje de momento de inercia mínimo en orientación vertical. Esta propiedad puede,
obviamente, usarse como una ventaja por el diseñador cuando se desea una
orientación de cenit o nádir para instrumentos particulares. La manera usual de
obtener las propiedades de inercia del vehículo espacial requeridas (es decir, largo y
delgado) es desplegar un brazo movido por motor con una relativamente pesada
masa en la punta (varios kilogramos). El control de actitud por gradiente
gravitatorio puro no proporciona estabilidad de guiñada; el vehículo espacial es
completamente libre para rotar sobre su eje vertical.
Estabilización aerodinámica y por presión solar: Como con el caso del gradiente
gravitatorio, la existencia de momentos aerodinámicos y por presión de radiación
solar induce a pensar en la posibilidad de su uso en el control del vehículo espacial.
De hecho, esto ya se ha realizado, aunque su historial de vuelos sea
considerablemente pequeño comparado con el caso del gradiente gravitatorio.
CONTROL DE ACTITUD ACTIVO
Conceptos de control por realimentación: El concepto básico de control activo de
la actitud es que la actitud del satélite se mide y compara con el valor deseado. La
señal de error así desarrollada se usa entonces para determinar una maniobra de
torque corrector, que es implementada por el actuadores de a bordo. Puesto que las
perturbaciones externas seguirán ocurriendo, y puesto que tanto las mediciones
como las correcciones serán imperfectas, el ciclo continuará indefinidamente.
1. Volante de reacción: Los volantes o ruedas de reacción son una elección común
para el control de actitud activo de la astronave, particularmente con astronaves no
tripuladas. En este modo de control un motor eléctrico unido a la astronave hace
girar una pequeña rueda, de rotación libre (como el plato de un tocadiscos), del cual,
el eje de rotación está alineado con el eje a controlar del vehículo. La astronave
debe llevar una rueda por eje para un control de actitud completo. Las ruedas de
reacción dan una respuesta muy rápida comparado con otros sistemas. Con tal
sistema, la astronave rota de una manera y la rueda de la manera opuesta en
respuesta a momentos aplicados externamente sobre la astronave. De la aplicación
del teorema del momento cinético, la integral del torque total aplicado en un período
de tiempo producirá una variación del momento angular total almacenado a bordo
de la astronave, que irá a parar a la rueda o ruedas rotatorias, dependiendo de
cuántos ejes se controlen.
2. Volantes de inercia: Cuando una rueda de reacción se destina para operar a una
velocidad relativamente alta (quizás varios decenas de revoluciones por minuto),
entonces se efectúa un cambio tanto en la terminología como en la lógica de control.
Se dice que la astronave posee un volante de inercia; un circuito de control basado
en un tacómetro mantiene la velocidad de la rueda a un valor nominalmente
constante con respecto al cuerpo de la astronave. Esta velocidad se ajusta
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
ligeramente arriba o abajo en respuesta a los torques externos. Cuando la gama de
estos ajustes excede lo que el diseñador del sistema de control ha fijado como el
límite, la descarga de momento angular permite que la velocidad de la rueda sea
devuelta en la gama deseada. El uso de un volante de inercia en una astronave
ofrece la ventaja de una estabilidad giroscópica considerable. Esto es, un nivel
determinado del torque perturbador producirá un cambio mucho más pequeño en la
posición nominal deseada de la astronave a causa del relativamente pequeño
porcentaje de cambio que produce en el vector momento angular total de la
astronave.
3. Giróscopo inercial de control: Los volantes de
inercia pueden usarse aún en otra configuración,
como giróscopos inerciales de control. El
giróscopo inercial de control es básicamente un
volante de inercia en un cardan, como el
mostrado en la figura, con el cardan colocado
perpendicular al eje de rotación de la rueda. Un
torque aplicado al cardan produce un cambio en
el momento angular perpendicular al vector
momento angular existente, y así un torque de
reacción sobre el conjunto.
4. Torqueadores magnéticos: Un astronave que orbita a la altura relativamente baja
sobre un planeta con un campo magnético estimable puede hacer uso efectivo de
torqueadores magnéticos, particularmente para las maniobras de adquisición inicial
de actitud y para descargar exceso de momento angular de ruedas de reacción.
5. Toberas de reacción: Las toberas de reacción de control son unos medios comunes
y efectivos de proporcionar control de actitud a la astronave. Son el equipo
estándard de las astronaves tripuladas porque pueden ejercer rápidamente fuerzas de
control grandes. Son también comunes sobre satélites destinados para operar en
órbita relativamente alta, donde ningún campo magnético estará disponible para la
descarga de momento angular. Como contraprestación a estas ventajas, las toberas
de reacción de control usan consumibles, tales como un gas neutro (p. ej., Freón o
Nitrógeno) o hidracina tanto en sistemas monopropelente como bipropelente.
Generalmente es inaceptable tener una única tobera funcionando para un eje de
control dado, porque su fallo dejará incapacitada a la astronave en ese eje.
Los estudiantes deben de conocer al menos un Software que ayude a rastrear alguno de los
satélites que desea trabajar desde la estación de Radioaficionados, por ejemplo, deben de
conocer el más sencillo en ambiente DOS como los es el InstantTrack.
The following images show most of the interesting screens generated by InstantTrack.
Aqui presentamos una pantalla principal
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
Observamos que los datos de siete satélites favoritos aparece en la fila inferior. Una vez que
haya establecido su ubicación y actualiza los elementos Keplerianos, esta pantalla fila
inferior muestra el azimut y la elevación de los satélites se prefiere, en tiempo real, tan
pronto como se inicie el programa. AO-10 es de color amarillo, ya que está sobre el
horizonte en este momento.
Si seleccionamos la pista en tiempo real un satélite (pantalla de texto) opción, esto es lo que
veríamos:
Observe la pantalla fila inferior está todavía allí. Además, verá una pantalla llena de
información sobre el satélite que hemos escogido, todos actualizados rápidamente en
tiempo real. Las pocas líneas arriba dan la información que necesita para el funcionamiento
de radio, por su ubicación (en este caso la estación por defecto es N6NKF) y para un
máximo de otros tres lugares (en este caso hemos elegido W1AW de la lista de estaciones).
Las siguientes líneas dan información sobre dónde está el satélite (el punto subsatélite) y la
próxima vez que se cruza el horizonte. El punto subsatélite se da en la latitud / longitud y
coordenadas de la cuadrícula, pero la manera más fácil de entender que la ubicación es en
la descripción del texto en relación con la ciudad más cercana en la base de datos
InstantTrack de 1794 ciudades. El cartesianas (X, Y, Z) las coordenadas del satélite se da, y
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
también las coordenadas astronómicas. Muchas de estas pantallas se pueden apagar si usted
los encuentra molesto.
InstantTrack mantiene una base de datos de hasta 200 satélites, y nosotros podemos escoger por
nombre o por número. En este menú los satélites que están por encima del horizonte se resaltan en
amarillo, en tiempo real.
Si selecciona la pista en tiempo real un satélite (pantalla de mapa) opción, verá lo siguiente:
La vista predeterminada que mostramos a continuación es la proyección cilíndrica de la tierra vista
desde afuera. La línea blanca representa la huella del satélite (muy grande aquí, ya que está
buscando en AO-10, un satélite de órbita alta). Un punto blanco (en el borde derecho de la pantalla)
representa el satélite. Usted puede pedir una pista de tierra que muestra la trayectoria del satélite
para los próximas 60 órbitas.
Con sólo pulsar una tecla se puede cambiar a la vista de proyección ortográfica.
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
El círculo de color naranja representa a la Tierra, y la pequeña X es su ubicación. La elipse
es la órbita de AO-10, y los dos pequeños diagramas de la izquierda y de arriba representan
puntos de vista de canto desde la izquierda y la parte superior. El punto rojo es el satélite, y
las flechas indican en qué dirección apuntan las antenas (si ha introducido la información
del satélite actitud).
Hay un punto de vista más, de la ubicación del satélite respecto a las estrellas:
La línea representa el horizonte. Nosotros podemos ver el satélite, representada por un
punto rojo, es apenas por encima del horizonte. Los puntos blancos representan estrellas, la
base de datos InstantTrack de las estrellas más brillantes en el cielo 940. Tenga en cuenta
que la información de texto por defecto en la fila inferior cambia a las coordenadas
astronómicas, que son probablemente más familiar para los astrónomos.
[RADIOAFICIONADOS OPERANDO SATELITES] 26 de octubre de 2011
