Diseñaron e implementaron un modelo conceptual de un sistema de determinación y control de actitud para CubeSats 1-U

«Diseño e Implementación de un Sistema de Determinación y Control de Actitud para CubeSats», se denomina la presentación del Trabajo Final de Grado (TFG) que presentaron los nuevos ingenieros mecatrónicos Víctor Daniel Cabrera Espínola y Guillermo Rubén Argüello Alegre, como última prueba para egresar de la carrera de Ingeniería Mecatrónica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Asunción (FIUNA). La exitosa defensa del trabajo se llevo a cabo el pasado miércoles 30 de diciembre de 2020, en la Institución.

En 1999 Bob Twiggs y Jordi Puig-Suari propusieron la creación de pequeños satélites con forma de cubo, lo que trajo consigo un nuevo paradigma denominado New Space en donde se ha impulsado el uso de los pequeños satélites. El estándar más utilizado actualmente es un nanosatélite de forma cubica de 10cm de arista y de 1.33kg de masa (unidad de medida denominada 1-U) conocido como CubeSat, desarrollado por Puig-Suari en conjunto con el equipo de la Universidad Calpoly. Los CubeSats integran sistemas de control de energía, actitud, comunicación, computador a bordo, entre otros. El sistema de determinación y control de actitud (por sus siglas en inglés ADCS: Attitude Determination and Control System) es de vital importancia, porque permite hacer uso y control de los distintos sensores y actuadores; de manera tal a orientar correctamente el equipo, no generar desvíos innecesarios, ofreciendo así la optimización del consumo de energía. Estos sistemas ADCS son probados y validados en tierra utilizando bancos de prueba que consisten en la integración de jaulas de Helmholtz, pruebas piñata, plataformas sin fricción, entre otros.

El Trabajo Final de Grado presenta el diseño e implementación de un modelo conceptual ADCS para un CubeSat de 1-U. Son implementados, el algoritmo del filtro Madgwick para determinar la actitud a partir de una representación de cuaterniones, y el método de compensación PID para controlar a los actuadores. El primer paso para diseñar es definir los marcos de referencia, la representación de la actitud y los algoritmos ADCS. Así también se diseñaron los distintos dispositivos que componen el hardware del ADCS con la estructura del CubeSat, que finalmente son implementados mediante la integración completa, realizando validaciones de funcionamiento a través de simulaciones y pruebas experimentales en un banco de pruebas construido, consistiendo en una jaula de Helmholz de 1 eje y la denominada prueba piñata. El diseño e implementación del modelo conceptual del ADCS con la jaula de Hemholtz apoyan el desarrollo de capacidades y la educación en ingeniería espacial en las universidades paraguayas.

Este trabajo presentó una visión detallada de cada miembro que compone el sistema ADCS, donde atendiendo a los requerimientos de masa, volumen y bajo consumo energético se han diseñado e implementado. También, como se pudo observar, cada componente utilizado pertenece a la familia de dispositivos COTS. El sistema propuesto por este TFG presenta resultados que de acuerdo a las exigencias de la misión fueron satisfactorios, pudiéndose validar en un banco de pruebas construido apropiadamente con la jaula de Helmholtz y la prueba piñata. De esa manera queda demostrada que la determinación con un algoritmo Madgwick y el control con una compensación PID, son eficientes para ser implementados en el sistema ADCS del CubeSat. Sin dejar de mencionar que el trabajo realizado es un modelo conceptual del sistema ADCS implementado en un CubeSat, esto se observa en el material utilizado para la fabricación de la estructura del CubeSat y el volante de inercia, como también en el tipo de baterías seleccionadas para alimentar los dispositivos.

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