Experiencia en la construcción del satélite de la UAZ D R . JO R G E F LO R E S T R O N C O S O CE N T RO D E I N V E S T I GA CI ÓN Y D E S A RRO L LO E N T E L E CO M U N ICA CI ON E S E S PA CI A L ES A G E N CI A E S PA CI A L M E X I CA N A U N I V E RS I DA D A U TÓN O MA D E Z A CAT E CA S

Contenido • Antecedentes • Proyecto de nanosatelites zacatecanos • Zacatecas-I • Proyectos consecuentes • Proyecto actual • Conclusiones

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Grupo de trabajo üDr. Jorge Flores Troncoso üM. en ITC. Salvador Ibarra Delgado üM. en C. Remberto Sandoval Aréchiga üDr. Israel Alejandro Arriaga Trejo üDr. Jorge Simón Rodríguez üDr. Juvenal Villanueva Maldonado üDr. Manuel Hernández Calviño üM. en C. Víctor M. Hernández Dávila üDr. Salvador Villareal Reyes üDr. Ramón Parra Mitchel üDr. Leonel Soriano Equigua üM. en C. José Luis Álvarez Flores

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Cuerpo Académico de Telecomunicaciones y Electrónica UAZ-CA-201

Áreas de I+D+i Antenas y RF

Diseño de sistemas embebidos, NOCs, SDR

Telecomunicaciones satelitales (Telemetría, Radiomodems, ET)

Procesamiento de señales 5

Vehículos no tripulados: UAV, UGV (en exploración)

CIDTE

Inaugurado el 20 de marzo del 2015 http://www.aem.gob.mx/notas/centroZacatecas.html 6

CIDTE

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Motivación • Recurso humano especializado en Telecomunicaciones • Programa académico de Ing. en Comunicaciones y Electrónica • Se observa el desarrollo de pico y nanosatélites como un camino al desarrollo de plataformas de validación tecnológica y pruebas de concepto: Telemetría, Subsistemas de comunicaciones y antenas • Misión: Con motivos de la celebración del centenario de la toma de Zacatecas, se propone implementar un CubeSat. La carga útil del CubeSat se plantea la transmisión de audio, donde se grabaría una reseña de lo que fue la toma de Zacatecas, y la marcha del Estado de Zacatecas. 9

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Satélite experimental Zacatecas-I • Objetivo: • Diseñar, construir y poner en funcionamiento un satélite experimental que contribuya a la generación de tecnología espacial mexicana, la formación de recurso humano y que permita al grupo de investigación contar con una plataforma de pruebas y concepto de subsistemas de comunicaciones.

• PlataformaTubesat de IOS: • Archivos gerber, transceptores, baterías, celdas solares, subsistema de potencia, microcomputadora, software base, antenas, backup e incluye el lanzamiento. 11

Zacatecas-I • Equipo de trabajo: • 5 docentes-investigadores • 4 estudiantes de licenciatura

• Paquetes de trabajo • • • • • • • 12

Estructura mecánica Subsistema de Potencia Microcomputadora Carga útil Subsistema de comunicaciones Segmento terrestre: sistema de recepción Etapa de validación y verificación

Estructura mecánica

Esqueleto del Tubesat

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Subsistema de potencia eléctrica Celdas Solares

Monitor de corriente

Subsistema Computadora

Circuito de carga

Convertidor A/D

BATERÍA 3.3 V

Subsistema Radiofrecuenci a

5.7 V Subsistema Carga útil

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Regulador de Voltaje

Microcomputadora Microcontrolador (AVR) Módulo de potencia (EPS)

El módulo de la OBC está integrado por tres microcontroladores.

TNC PIC16F62 7 TNC PIC16F628 selector

Carga útil

Modem

Un micro-controlador central controla los demás módulos; los restantes implementan TNCs. Los TNCs son los encargados de generar la trama AX.25 para la transmisión y recepción de datos. Comunicación con protocolo SPI e I2C para transferencia de datos con carga útil.

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Microcomputadora: Firmware en AVR Inicio Inicialización UART, I2C, SPI Configurar canal del radio Configurar sensores Generar TIMESTAMP Leer lecturas de sensores Transmitir trama

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Carga útil Alimentación de EPS

La carga útil constituida por cinco sensores:

Hacia OBC

LSM303 acelerómetro lector de tarjeta microSD L3GD20 giróscopo

BMP085 barómetro

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LSM303 magnetómetro

-Acelerómetro, magnetómetro, giróscopo de tres ejes, barómetro y termómetro digital. Y un medio de almacenamiento secundario.

Subsistema de comunicaciones

Regulación basada en LT3021

El transceptor esta basado en el TR2M-436.50-10-ARS que tiene como características el ser multicanal, de banda angosta (25 KHz) y que emplea modulación en frecuencia (FM) de 435 MHz a 438 MHz. Se utiliza un amplificador AFS2 de potencia de 500 mW.

Transceptor basado en TR2M-436.50-10-ARS 435 MHz-438 MHz

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Amplificación con AFS2

Coaxial y Conector SMA

Sistema de antena

Antena dipolo con polarización lineal, longitud total de λ/2 =34.36 cm

Zacatecas-I

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Sistema receptor A computadora (puerto USB)

RF de nanosatélite

TNC

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modem

radiorreceptor

Pruebas de Tx/Rx

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Pruebas de vibración Laboratorio de integración y pruebas aeroespaciales Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidad Ticomán INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

Ing. Alma Rosa García Gonzales Ing. Daniel Lara Favela Mtro. Héctor Díaz García

Ø Cálculo del centro de masa. Ø Pruebas de vibración tipo senoidal. Ø Pruebas de vibración tipo aleatorio.

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Pruebas de vibración

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Resumen del Zacatecas-I • Tiempo de desarrollo: 10 semanas , 5 docentes-investigadores + 4 estudiantes de licenciatura • Costo total: $300,000.00 MXP (INCLUYE 2 LANZAMIENTOS) • Dificultad de obtención de recursos para este proyecto • Gestión de uso del espectro: apoyo de la AEM • En espera de lanzamiento (suborbital y orbital)

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Proyecto: Implementación y desarrollo de CanSat

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Proyecto: Prototipo de cama de prueba de un picosatélite

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Proyecto: Picosatélite experimental

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Nanosatélite Zacatecas-II • CubeSAT 1U (más experiencia y capacitación) • Mejoras sustantivas en todos los subsistemas • Carga útil: Txaudio & med. de radiación

Temperat ura TERMOPAR

Procesamien to

Datos a enviar

Radiación UV DIODO

PIN Analógico

Rayos X, Rayos Gamma DIODO

Digital

DIODO

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UV en Watts/m 2

PIN

Partículas cargadas

PIN

Analizador de altura de pulso

Temperatura en ᵒC

IP-Cores BB para un radiomodem satelital Datos a Tx

Codificador fuente

Codificador de canal

Datos Rx

Decodif. fuente

Decodif. de canal

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Entrelazador

Desentrelazad o

Modulador digital

Demod. digital

DUC/DAC

ADC/DDC

Tx-AFE

Rx-AFE

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Conclusiones • Reducción de curva de aprendizaje con la plataforma de IOS

• Desarrollo de infraestructura requerida

• Formación de recursos humanos: Licenciatura y maestría

• Diseños propios utilizando componentes comerciales

• Colaboraciones con otros grupos académicos 33

Agradecimientos

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Gracias…

• Contacto: • Jorge Flores Troncoso • [email protected] • Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones Espaciales • Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica, UAZ 35