Centro de Desarrollo Aeroespacial

Una de las principales vertientes del Centro de Desarrollo Aeroespacial (CDA) es también una de las funciones sustantivas institucionales, la investigación científica y el desarrollo tecnológico; actividad preponderante en las Escuelas, Centros y Unidades que complementan la formación académicas de los educandos en los talleres y laboratorios para fortalecer lo aprendido en sus aulas.

Debido a la importancia que se ha dado a estas acciones, el Instituto cuenta con la Secretaría de Investigación y Posgrado que promueve, supervisa y dirige las actividades de este tipo para garantizar los mejores resultados, fomentando la participación colaborativa con otras unidades académicas institucionales y externas, tanto nacionales como extranjeras.

Nuestra política en este campo de acción es facilitar la recuperación del tiempo perdido respecto a otras instituciones con ventajas relativas.


Diseño e integración de un módulo de cómputo a bordo para aplicaciones aeroespaciales basado en tecnología PSoC

El desarrollo de misiones aeroespaciales, dentro y fuera de la atmósfera terrestre, para fines de exploración e investigación científica, así como para el desarrollo o validación tecnológica, es un área que impone una serie de retos técnicos importantes y necesidades de cómputo específicas, entre ellos el desarrollo de plataformas computacionales con recursos lógicos e interfaces de entrada y salida suficientes para el desarrollo de operaciones y tareas diversas.

Aunado a lo anterior, la adopción de dispositivos lógicos de arquitecturas fijas y reconfigurables, permiten la integración de esquemas de instrumentación para el desarrollo de diversas tareas, las cuales incluyen no solo la adquisición, sino también el procesamiento intensivo de datos a bordo y su posterior transmisión a Tierra.

Actualmente, promisorios dispositivos lógicos como los PSOC (Programmable System On-Chip, por sus siglas en inglés), permiten el aprovechamiento de ambas arquitecturas, la fija y la reconfigurable, coexistiendo en un solo encapsulado, el cual podrá ser evaluado para el diseño de una plataforma multitareas para su integración como elemento principal de control y cómputo en una nueva generación de vehículos e instrumentos científicos aeroespaciales.

Mario Alberto Mendoza Bárcenas

Diseño y desarrollo de subsistemas de navegación de un nanosatélite en configuración tipo FlatSat

La investigación destinada a las comunicaciones satelitales se encuentra en un punto donde su accesibilidad es apta para las universidades de todo el mundo. Con la llegada de la tecnología de nanosatélites o CubeSats, se puede realizar investigación ligada a estos temas con relativa factibilidad económica; sin embargo, antes de la total realización de un nanosatélite, existen pruebas preliminares de todos los subsistemas que lo conforman a éste, entre estas pruebas se localiza la construcción de un FlatSat. Esto consiste en la colocación de los subsistemas sobre una plataforma y que se puedan identificar por bloques, para realizar análisis y comprobar que todos los componentes funcionan correctamente.

Este proyecto plantea el diseño y desarrollo de los subsistemas de un nanosatélite en su configuración tipo FlatSat. Los subsistemas a implementar serán: comunicación, telemetría y comandos, determinación de posición y control, computadora a bordo y, por último, estación terrena.

Para el desarrollo de estos subsistemas, es necesario adquirir y construir distintos módulos electrónicos, los cuales, reducen significativamente la complejidad para diseñar un CubeSat. El desarrollo de todo el proyecto requiere de conocimiento interdisciplinario.

Isaac Medina Sánchez

Confiabilidad del Sistema de Comunicación Satelital Móvil

En la actualidad los países con mayor poder socioeconómico han tenido graves problemas con la supervivencia básica debido a los desastres naturales, brotes de enfermedades y ataques terroristas. Las eventualidades han demostrado los planes de acción rápida para la supervivencia de la sociedad. Por lo tanto, la comisión presidencial de los EE.UU. enfatizó que las infraestructuras críticas, cuya incapacidad o destrucción tendrían un impacto debilitante en la defensa, seguridad pública y seguridad económica.

En el módulo del proyecto desarrollo de un sistema multimedia de comunicación satelital portátil para situaciones de desastres se analiza la confiabilidad del sistema de comunicación satelital móvil. La confiabilidad del sistema de comunicación satelital se abordará con el modelo de sistemas viables, metodología de Churchman/Ackoff y el Método de Ferrer. La metodología de Churchman/Ackoff está segmentada por el diagnóstico, diseño y acción para las variables de la plataforma robótica móvil Gough ? Stewart. El método de Ferrer da la pauta de analizar la asignación de valores de impacto o riesgo que permite la precisión y exactitud necesaria para el sistema de seguimiento y sistema de comunicación.

El modelo de sistemas viables se contrasta la variabilidad del balance entre la autonomía e integración y entre la estabilidad y la adaptación del sistema de posicionamiento. Por lo tanto, el módulo de confiabilidad del sistema de comunicación del proyecto sistema multimedia de comunicación satelital portátil para situaciones de desastres se encargará de restablecer lo más rápido posible la comunicación de una manera confiable después de ocurrido un desastre.

Diego Alfredo Padilla Pérez

Desarrollar e implementar un algoritmo paralelo en OpenMP para detección de texturas en imágenes de carga satelital

Presentamos un novedoso diseño e implementación de un algoritmo de crecimiento de búsqueda automatizado en paralelo, basado en bloqueos de grano fino en OpenMP, para acelerar la extracción de volumen automatizado de datos conformados por voxels aplicados a la detección de texturas en imágenes.

Para implementar el algoritmo paralelo, los mecanismos de bloqueo son necesarios para imponer restricciones en el orden de ejecución de los subprocesos, para ello utilizamos candados en OpenMP, para garantizar la coherencia de los resultados.

Las dos principales contribuciones de este trabajo son probar nuevas tecnologías para aumentar el rendimiento como el HT, y convertirse en una herramienta que se utilice para automatizar el procesamiento de imágenes satelitales de forma acelerada.

Carlos Couder Castañeda

Diseño, desarrollo y construcción de los subsistemas de potencia y computadora de vuelo para un prototipo satelital CubeSat para su uso en desastres naturales.

Las aplicaciones de las tecnologías espaciales se han convertido en un elemento importante de las estrategias locales, regionales y nacionales de reducción del riesgo de desastres. A nivel mundial, en el Marco de Sendái para la Reducción del Riesgo de Desastres 2015-2030 se señala la importancia de promover el acceso a datos fiables y de hacer uso de información espacial e in situ mediante tecnologías geoespaciales y espaciales, así como la observación de la Tierra y el clima facilitada por la teledetección, para mejorar los instrumentos de medición y la reunión, el análisis y la difusión de datos.

Por tal motivo se propone el desarrollo de un dispositivo utilizando COTS (Commercial Off-The-Shelf) para su fácil reproducción que pueda detectar de manera temprana de desastres naturales para lograr tener pronósticos meteorológicos precisos y mejorar las comunicaciones que permiten gestionar las evacuaciones y salvar vidas.

Para esto servirá el prototipo del dispositivo basado en el estándar de un nano satélite CubeSat de comunicaciones y procesamiento de información alimentado por un modelo de alimentación regulable interconectable, con lo cual se podrá observar la información relevante en una estación terrena de comunicaciones.

Jhonatan Fernando Eulopa Hernández

Diseño y manufactura de sistema de deposito por recubrimiento giratorio.

Desarrollaremos un spin coater controlando los parámetros involucrados, incluyendo un control de la temperatura. Los parámetros referidos son la velocidad angular, la cantidad de producto depositado, la temperatura en el ambiente en el que se encuentra inmerso el depósito.

David Saucedo Jiménez.

Diseño, desarrollo e implementación de un prototipo de mesa vibratoria para la validación de integridad estructural de nanosatélites tipo CubeSat de acuerdo a la normatividad internacional NASA GEVS GSF-STD-7000

En este proyecto se busca desarrollar una plataforma de pruebas tipo mesa vibratoria para satélites CubeSat 1U, 1.5U, 2U y 3U. Su propósito consiste en realizar tres pruebas diferentes para la validación estructural de estos satélites, las cuales son: prueba de vibración aleatoria, prueba de impacto y prueba de vibración senoidal, de acuerdo con la norma GSFC-STD-7000A de la NASA. La intención de estas pruebas es certificar al satélite de pruebas como apto ante las perturbaciones y vibraciones mecánicas a las que estará expuesto desde su lanzamiento, despliegue y hasta el fin de su vida útil. Cabe destacar que también será capaz de probar componentes y subsistemas.

La plataforma de pruebas está conformada a partir de componentes de aluminio y acero con elementos de plástico y consta de dos placas principales con cuatro ejes que las conectan entre sí; cuatro perfiles rectos con ruedas unidos desde la base inferior hasta el piso. La base superior está unida a un herramental que sujetará a los satélites CubeSat, fijándolos para evitar movimientos no deseados mientras las pruebas se realicen y así, garantizar la seguridad del objeto y del operador.

La fiabilidad del proyecto se basa en las simulaciones realizadas para verificar los materiales correctamente utilizados y, además, con pruebas reales terminadas, para poder respaldar que el proyecto es finalmente apto y está disponible para poder ser utilizado.

Jorge Javier Hernández Gómez.

Propagación electromagnética en medios materiales dependientes del tiempo para aplicaciones en comunicaciones aeroespaciales

La interferencia o atenuación causados por distintos fenómenos meteorológicos como los diferentes tipos de precipitación es un problema constante en el campo de las telecomunicaciones debido a las dificultades que provocan en la transmisión. Estos efectos resultan trascendentales en las comunicaciones aeroespaciales debido a la gran porción de atmósfera que dichas señales de radiofrecuencia deben atravesar entre el vehículo espacial y las estaciones terrenas.

Esto resulta fundamental, sobre todo, en los satélites pequeños en órbita baja tipo CubeSat, que tienen grandes restricciones de masa, tamaño y energía, lo que implica que sus comunicaciones operen con un ancho de banda de algunos kbps, limitando sus potenciales aplicaciones y capacidades. De esta manera, un paso fundamental para el desarrollo de la tecnología CubeSat, es desarrollar transceptores de mayor ancho de banda, lo que implica aumentar las frecuencias de operación. No obstante, se desconocen los efectos atmosféricos que dichos aumentos de frecuencia pueden implicar en un enlace tipo satelital.

Para atacar ese problema, se desarrollará una formulación para las ecuaciones de de Maxwell, considerando relaciones constitutivas para medios lineales, inhomogéneos e isótropos dependientes del tiempo, en sus propiedades eléctricas, magnéticas y conductoras. Esta formulación se resolverá mediante el método FDTD de 2o orden en espacio y tiempo, acoplado a condiciones de frontera absorbentes CPML, de manera paralela, a través de software libre.

Se modelarán y simularán fuentes de ondas electromagnéticas a altas frecuencias. Para corroborar la correcta implementación numérica, primero se llevarán a cabo simulaciones en vacío. Posteriormente, se simulará la propagación electromagnética en presencia de hidrometeoros, que se sabe que causan grandes interferencias en las comunicaciones por radiofrecuencia.

Jorge Javier Hernández Gómez.

Diseño y desarrollo de circuito codificador de canal para señales de alta frecuencia utilizadas en comunicaciones ópticas satelitales

El sector de telecomunicaciones ha visto un periodo de cambio y crecimiento debido al desarrollo de redes y estándares que tienen como finalidad apoyar, renovar y mejorar el uso y aplicación de los sistemas de comunicaciones. Dichos argumentos se aplican también a sistemas satelitales, los cuales son parte fundamental de las comunicaciones mundiales ya que para diversos escenarios son el principal soporte de telecomunicaciones.

Tradicionalmente, el funcionamiento de los sistemas satelitales se basa en enlaces de radiofrecuencia, los cuales, a pesar de tener largo alcance, su rendimiento suele ser bajo y esto conlleva a la saturación del espacio debido a la colocación de un considerable número de objetos de gran tamaño que no cubren la cantidad de servicios requeridos, por lo que el uso de enlaces ópticos se ha considerado como una alternativa a las radiocomunicaciones satelitales.

Aunado a lo anterior, se requieren componentes físicos idóneos que permitan la ejecución de las varias etapas que incluye un sistema de comunicaciones, siendo una de estas la codificación de canal, donde se realiza la preparación de la señal original mediante secuencias de redundancia y soporte.

El presente proyecto, tiene como propósito diseñar y construir un módulo integrado, mediante elementos y técnicas de electrónica digital que realice la etapa de codificación de línea (también llamada codificación de canal) mediante ciertas técnicas seleccionadas con el fin de preparar la información de la misión del satélite para el entorno de un canal óptico.

Desarrollo de una arquitectura reconfigurable de ruedas de reacción para el control de actitud de satélites CubeSat

México es un país que presenta un retraso tecnológico de casi 80 años en el campo de la tecnología espacial respecto a las potencias mundiales líderes en el área. En este contexto, el desarrollo nacional de proyectos nanosatelitales como lo son aquellos construidos bajo el estándar CubeSat, es fundamental para adquirir capacidades en el campo y reducir dicha brecha tecnológica.

Un punto de interés en la implementación de vehículos espaciales -y en especial satélites miniaturizados- es el desarrollo de los subsistemas que lo conforman. Tal es el caso del Sistema de Determinación y Control de Actitud (ADCS, por sus siglas en inglés), el cual controla la orientación completa del satélite, y se basa mínimamente en tres ejes ortogonales.

Existen diversos actuadores para cumplir con el objetivo anterior, de los cuales, las Ruedas de Reacción (RW, por sus siglas en inglés, Reaction Wheels) persisten como las más populares entre los diseñadores de nanosatelites; esto debido a la durabilidad, nivel de consumo energético, precisión y confiabilidad que presentan.

Un área de investigación en la actualidad es el estudio del desempeño de las RW en diferentes arreglos o configuraciones geométricas, según el número de RWs que conforman el prototipo, por ejemplo: 3 RWs en ortogonal, 4 RWs en tetraedro, 4 RWs en piramidal, 6 RWs en hexagonal, etcétera. Dichas configuraciones se encuentran bajo la premisa de que son fijas, es decir, las RWs no cambian su orientación ni posición dentro del CubeSat.

El presente trabajo tiene como propósito presentar un arreglo adaptable de RWs que permitan ajustar la posición y orientación del satélite según las necesidades requeridas; lo cual puede ofrecer una ventaja competitiva para los satélites y otros vehículos espaciales de dimensiones reducidas.

Sistema de apuntamiento fino en tierra asistido por visión artificial mediante enlace óptico experimental para comunicaciones CubeSat

Artificial vision assisted ground fine pointing system for Experimental optical link for CubeSat communications.

Considering the continuous increase of demands in satellite communications, it is imperative to determine systems with higher bandwidths. Furthermore, miniaturization trends coming from the development of nanosatellites as CubeSat’s, constitute great restrictions to their design. Optical communications have the potential to lead with current data rates requirements. Nevertheless, the establishment of ground-LEO (Low Earth Orbit) optical links poses several challenges such as very strict and accurate tracking mechanisms, effects provoked due to the environmental conditions on the light beam as well as attenuation and Doppler effects. In this work, the precision of the tracking mechanisms is tackled by employing artificial vision as a proposal for a fine tracking system for an optical ground station to be able to locate a LEO CubeSat, so to proceed with data acquisition and tracking stages. The innovative and highly efficient algorithm herein developed for fine pointing is implemented in LabVIEW® as an example.

I Medina, JJ Hernández-Gómez, CR Torres-San Miguel, C Couder-Castañeda, MG Orozco-del-Castillo JI Grageda-Arellano

Integración de una red distribuida de estaciones terrestres basada en infraestructura de radioaficionados para misiones espaciales científicas

Integration of a Distributed Ground Station Network Based on Amateur Radio Infrastructure for Scientic Space Missions.

The rapid increase of scientific and low-cost experimental satellite missions has made it necessary to develop new proposals for the integration of space platforms and ground stations for telemetry control and data downloading from sensors onboard. In recent years, the number of radio amateurs around the world with technological capabilities for downloading satellite data has grown significantly, becoming a fundamental part of international communications. In this work, a novel proposal for the integration of a network of ground stations distributed worldwide, based on Amateur Radio Infrastructure for Scientific Space Missions, is shown.

The AMSAT Journal, July/August 2020;

M.A.Mendoza-Bárcenas (SWL); Rafael Prieto-Meléndez (SWL); Alejandro PadrónGodínez (SWL); Gerardo Calva-Olmos (SWL), Omar Álvarez-Cárdenas, XE1AO; Margarita G. Mayoral-Baldivia XE1BMG; Alfonso Tamez-Rodríguez, XE2O

Nanoespuma de carbono mediante descargas en pulso de arco eléctrico

Carbon Nanofoam by Pulsed Electric Arc Discharges.

The aim of this article was to report the carbon nanofoam synthesis by a new method and a new catalytic mixture. Using the pulsed electric arc discharge method, carbon nanofoam was synthesized. The synthesis was carried out in a controlled atmosphere at 200 torr of hydrogen pressure. The pulsed electric arc discharge was established between two graphite electrodes with 22.8 kVA of power and 150 A DC current; the cathode was relatively motionless and was made of a pure carbon rod of 6 mm diameter, and the spinner anode was a pure carbon disc spinning at 600 rpm; over the disc was an annular cavity where the new catalytic mixture of 93.84/2.56/1.43/0.69/1.48 of C/Ni/Fe/Co/S molar fraction was deposited in a geometrically fixed way by 8 catalytic mixture blocks and 8 empty spaces, and the discharge frequency was 80 Hz. After the synthesis was made, the resulting products were deposited on the electrodes, proving that our method can synthesize different carbon nanostructures easily and at low cost.

David Saucedo-Jimenez, Isaac Medina-Sanchez, and Carlos Couder Castañeda

TEPEU-1: Misión espacial latinoamericana para validación científica y tecnológica

TEPEU-1: Latin American space mission for scientic and technological validation.

El presente trabajo muestra el diseño conceptual de la primera misión del Programa Espacial TEPEU, la cual estará basada en el desarrollo de un satélite pequeño de órbita baja con doble objetivo. Primero, demostrar las capacidades institucionales latinoamericanas para la integración de grupos académicos interdisciplinarios con proyectos afines mediante la planeación, desarrollo y construcción de un satélite tipo Cubesat unitario que orbitará la Tierra, así como la integración de una red de estaciones terrenas basada en infraestructura de radio aficionados para recepción de datos y telemetría del satélite en órbita.

Segundo, desde el punto de vista científico, con las mediciones obtenidas con la Instrumentación a bordo, se desarrollarán modelos matemáticos y computacionales que describirán fenómenos naturales que ocurren en la tierra y su atmósfera, relacionados con la estimación de fenómenos geofísicos y su correlación con el comportamiento de capas atmosféricas. En el apartado técnico, se trabaja en establecer características de la instrumentación y equipos a implementar, tanto en el segmento espacio como con el segmento tierra.

En el segmento espacial, se trabaja en la definición del módulo de carga útil, el cual contendrá sensores comerciales y experimentales, tales como un magnetómetro comercial y una sonda de Langmuir tipo parche, desarrollado en conjunto con el Laboratorio de Exploración Espacial y Planetaria de la Universidad de Chile. En el caso del segmento tierra, se proyecta, en colaboración con la Federación Mexicana de Radio Experimentadores, federaciones y clubes de radio aficionados en América Latina y otros países, la integración de una red de estaciones terrenas.

Mario Alberto Mendoza-Bárcenas, Rafael Prieto Meléndez, Omar ÁlvarezCárdenas, Javier Arellano-Verdejo, Alejandro Padrón-Godínez.