Jordan Sombrerero eSpinoza*, Telma Saraí encarnación corTéS*, JoSé raúl FloreS machorro*, mayra báez landa*, mariela Serrano cenTeno* y JoSué mancilla cerezo*
Sonda espacial
RESUMEN
El objetivo del proyecto es simular una sonda espacial que mida las cantidades de CO2, oxígeno y nitrógeno, para saber si existen, en un lugar determinado, las condiciones para albergar vida terrestre. El cansat tomará las variables de temperatura, altitud, latitud, entre otras requeridas.
Palabras clave: sonda espacial, planeta, vida terrestre.
ABSTRACT
Simulation of a space probe to measure the amounts of CO2, oxygen and nitrogen. To know if a planet has conditions to host terrestrial life, it will measure the variables of tempera -ture, altitude and latitude among the others required. This will lead to the possibility of inding a second alternative for an identical planet Earth that can be inhabitable. Similarly, the conditions of atmospheric gases will be calculated to determine their optimal levels since this involves either a good, bad or acceptable environment in order for terrestrial life to exist.
Keywords: space probe, planet, terrestrial life.
¿QUÉ ES UNA SONDA ESPACIAL?
Una sonda espacial es un instrumento artiicial que se envía al espacio para estudiar los diferentes cuerpos del Sistema Solar. Los principales objetivos de las sondas espaciales son planetas, satélites, asteroides y cometas; no van tripuladas y recopilan in -formación que envían a los cientíicos en la Tierra. Las sondas espaciales también suelen denominarse satélites artiiciales, pero se diferencian de estos últimos en que normalmente no orbitan alrededor de los objetos que estudian. La mayoría de las veces tienen trayectorias de acercamiento, aunque en ocasiones se sitúan en órbita de un determinado astro. Las sondas están equipadas con costosos sistemas fotográicos y de ilmación, radares y soisticados medios de comunicación en contacto con la Tierra (González, 2015).
* Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca. Contacto: jmc_itst@outlook.es
Misiones de sondas espaciales:
• Cassini. Su objetivo es el estudio de Saturno y de varios de sus satélites, entre ellos Titán.
• New horizons. Es una sonda espacial de la NASA destinada a volar sobre Plutón y su satélite Caronte, y luego continuar en el Cinturón de Kuiper. También estudiará Júpiter y sus lunas.
• Rosetta. Es una sonda espacial concebida por la Agen -cia Espa-cial Europea (ESA), cuyo objetivo principal es el estudio del cometa Churyumov-Gerasimenko. • Marte Reconocimiento Orbiter (MRO). Esta sonda
americana, lanzada el 12 de agosto de 2005 de Cabo Cañaveral, Florida, contribuye al enriquecimiento de los conocimientos sobre Marte, así como la historia del agua en su supericie, su clima y su sótano (González, 2015).
GASES REQUERIDOS PARA LA VIDA TERRESTRE
Los gases atmosféricos son los que encontramos en el aire que nos rodea: argón, dióxido de carbono, helio, nitrógeno y oxígeno.
De estos gases, el argón, el oxígeno y el nitrógeno se producen principalmente por la separación del aire en los componentes que los constituyen. Esto se logra al reducir la temperatura del aire hasta que cada componente se licua y se puede extraer.
correcto de geología; esto hace del helio un gas raro y costoso (González, 2007).
MOTIVACIÓN DEL PROYECTO
La motivación del presente proyecto es adquirir conocimientos sobre misiones espaciales, tanto de comunicaciones como en satélites y sondas espaciales. Obtener experiencia práctica que nos sirva para ingresar en un futuro a la Agencia Espacial Mexicana (AEM) o, incluso, a la NASA. De igual manera ampliar el peril de egreso con conocimientos multidiscipli -narios, mecánicos, electrónicos, físicos, entre otros. También, concursar en competencias nacionales e internacionales nos ayuda a obtener reconocimientos con valor curricular; además de adquirir el conocimiento para armar un satélite y saber cómo está compuesto hasta el mínimo detalle en la parte electrónica y mecánica.
OBJETIVO DE LA MISIÓN
Mostrar y guardar datos de la cantidad de gases atmosféricos –como CO2, oxígeno y nitrógeno y las variaciones de tempe -ratura (externa e interna), presión, humedad relativa, latitud, longitud, altitud, aceleración, vibración y nivel de batería–, al mismo tiempo que se graba un video en el momento del descenso del satélite por medio de la cámara incorporada.
• El éxito mínimo de la misión es que únicamente se midan y muestren los datos en intervalos de tiempo. • El éxito medio es que se midan y muestren los datos
constantemente y se grabe en video.
• El éxito máximo es que se cumpla todo lo especiicado.
REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN
Tabla I. Requerimientos de los sistemas.
Requerimientos del sistema Subsistemas comprendidos
Metas
Volumen de una lata de refresco de 355 mL.
Eléctrico, computadora, misión y comunicación.
Diseñar una arquitectura compacta y fácil de manipular.
Masa máxima del cansat 355 g. Eléctrico, computadora, misión y comunicación.
Diseñar sistemas esbeltos, seleccionar materiales y dispositivos de baja masa.
La alimentación suministrada por baterías o panel solar.
Eléctrico. Batería que sea capaz de suministrar la energía por lo menos 30 min.
La batería de fácil acceso. Eléctrico. Diseñarlo de forma que el cambio de batería no afecte los demás subsistemas.
Interruptor principal en un lugar accesible.
Comunicación. Botón de encendido y apagado en la parte superior para un mejor manejo.
Sistema de recuperación. De recuperación. Construir un paracaídas que asegure la recuperación óptima del cansat , de color llamativo para encontrarlo con facilidad.
Velocidad del descenso entre 5 y 12 m/s.
De recuperación. Diseñar el paracaídas para que caiga a 9 m/s y asegure la integridad del cansat.
Alcance del radio entre 400 a 500 m.
Comunicación. Seleccionar un dispositivo capaz de mantener comunicación mínima de 400 m.
Medición de datos atmosféricos.
Eléctrico, misión y computadora.
El subsistema eléctrico con el voltaje necesario para los sensores.
El subsistema de misión diseñado para albergar los sensores. El subsistema de computadora debe contar con un dispositivo programable para hacer funcionar los sensores.
Medición de temperatura (externa e interna), presión, humedad relativa, latitud, longitud, altitud, aceleración, vibración, nivel de batería y video.
Misión, comunicación, computadora y eléctrico.
El subsistema eléctrico debe tener el voltaje para alimentar la cámara.
El subsistema de misión debe albergar todos los sensores.
El subsistema de comunicación debe albergar espacio para el GPS.
El subsistema de computadora debe contar con un dispositivo programable para hacer funcionar todos los dispositivos.
El cansat debe ser elevado a una altura de 400 a 500 m.
GESTIÓN DEL PROYECTO
Figura 1. Relación de actividades.
José Raúl Flores Machorro
Actividades.1, 2, 3, 5, 6 , 7, 8, 9, 10, 11,12, 13, 15, 16, 17.
Mayra Báez Landa
Actividades. 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17.
Mariela Serrano Centeno
Actividades.1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17.
Líder del proyecto
Jordan Sombrerero Espinoza
Actividades.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11,12, 13, 14, 15, 16, 17.
Telma Saraí Encarnación Cortés
Actividades. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17.
Actividades
1. Selección de misión.
2. Requerimientos de la misión (búsqueda de materiales). 3. Cotización y proveedores.
4. Diseño del paracaídas. 5. Armado del drone.
6. Bosquejo de las etapas del cansat:
• Potencia: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés.
• Computadora: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.
• Misión: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés.
• Comunicación: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.
7. Pruebas de materiales requeridos. 8. Diseño de las placas.
9. Programación.
10. Comprobación de las placas individuales:
• Potencia: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés.
• Computadora: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.
• Misión: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Sarai Encarnación Cortés.
• Comunicación: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.
11. Ensamble del cansat.
12. Funcionamiento de placas ensambladas. 13. Diseño de estación terrena.
14. Diseño del programa de base de datos. 15. Pruebas de ascenso y descenso. 16. Envío de datos.
17. Pruebas inales.
DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO
Para la selección de misión se emplearon varios artículos de referencia de los cuales se destaca información relevante de la Agencia Espacial Mexicana (2015), así como artículos de electrónica y de proyectos cansat (Sanchez et al., 2016).
Una vez elegida la misión, se procedió a deinir los requeri -mientos de la misma, es decir, los materiales, para esto se tomó en cuenta la diicultad para conseguir los sensores de oxígeno y de dióxido de carbono, puesto que no son muy comerciales.
Los costos de los componentes fueron los siguientes: comunicación, $2,350 pesos (2 xbee s2, un Gps, leds, sensor de temperatura y pines machos); la computadora, $150 pesos (un arduino pro mini y pines machos); cumplimiento de la misión, $5,180 pesos (sensores de oxígeno y de dióxido de carbono, nuevos en el mercado); potencia, $1,365 pesos entre todos sus componentes.
En el diseño del paracaídas, iguras 2 y 3 (todas las igu -ras y tablas que aparecen en este trabajo son elaboración de
los autores), se contempló la forma del mismo, de manera circular, se tuvo en cuenta el material para desarrollarlo así como la velocidad de descenso. Un factor importante para el tamaño del paracaídas fue el peso máximo permitido para el cansat (355 g).
Figura 3. Colocación de hilos al paracaídas de prueba.
Figura 4. Partes del drone.
Figura 5. Colocación de motores.
Figura 6. Colocación de parte electrónica.
Figura 7. Programación de la controladora de vuelo.
Figura 8. Primer vuelo del drone.
Figura 9. Etapas del cansat.
Figura 11. Resultados de las actividades realizadas.
En el armado del drone (iguras 4 a 8) se realizó desde cero, para ello se tomó un curso básico de electrónica.
Las etapas del cansat fueron desarrolladas de acuerdo a las necesidades de la misión. En las iguras 9 y 10 se muestra el bosquejo de fabricación.
Para las pruebas, los materiales adquiridos se inspeccio -naron de manera precisa para cerciorarse de su buen funcio -namiento, para lo cual se tuvo en cuenta el correcto voltaje, conectividad y resistencia de cada uno.
Para el diseño de las placas se empleó el software “Ares Proteus”, para un mejor diseño de las etapas de electrónica, así como para tener el correcto tamaño y diseño, según las necesidades del cansat.
Para la programación se utilizó el software arduino, puesto que es el indicado para la programación de los componentes. Para la parte de la estación terrena se ocupó el software LabVIEW, para mostrar los datos enviados por el cansat y al mismo tiempo dichos datos serán almacenados en una base para tener concentradas ichas históricas de las mediciones.
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Se propuso la misión a partir de la revisión de trabajos rela -cionados con sondas espaciales. Fue posible observar, a través del análisis realizado, que no existen sensores en el mercado a precios accesibles para medir ciertos tipos de gases como helio y azufre.
Se diseñó y construyó un paracaídas a partir del modelo matemático en el que los parámetros considerados son velo -cidad, peso, turbulencias y densidad del aire.
Se ensambló un drone para elevar el cansat y realizar las pruebas de ascenso y descenso. Se plantea que con el paso del tiempo, el drone sea más rentable que algún otro dispositivo de ascenso.
CONCLUSIONES
Un proyecto cansat amplía los conocimientos de los estu -diantes de ingeniería y enriquece su peril de egreso. Además,
los enfrenta a problemáticas reales en las que se comprueba que la teoría es necesaria para realizar cualquier proyecto; de lo anterior se desprende la práctica que consta no sólo de la construcción del proyecto, sino de la aplicación que se le da al mismo.
AGRADECIMIENTOS
El equipo Galactics les agradece a los directivos, docentes, jefe de carrera y personas administrativas del Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca por el granito de arena que han puesto en la realización de este proyecto. También se le agradece a la empresa “DragonFly Mexico” por su apoyo.
REFERENCIAS
AEM. (2015). Estructura de un cansat. Consultado el 25 de agosto de 2016.
http://www.educacionespacial.aem.gob.mx/cansat.html González V., M.A. (2015). La mecánica de las sondas espaciales. Consultado el
25 de Agosto de 2016. http://www.tayabeixo.org/encuentros/traba
-jos_xxv_ena/06_Sondas.pdf
González, F.J. (2007). La tierra primitiva y su transformación en un planeta amigable: evidencias del registro geológico: rocas y minerales.
Córdoba: Agencia Córdoba Ciencia.
Sánchez C., A.E., et al. (2016). Picosatélites Educativos Cansat: Primer
Concurso Nacional en México, CELERINET, Año 4, Vol. VII, 20-28.
