Diseño e implementación del software de vuelo para un nano-satélite tipo Cubesat

Abstract

El estándar de nanosatélites Cubesat fue pensado para facilitar el desarrollo de pequeños proyectos espaciales con fines científicos y educacionales, a un bajo costo y en cortos periodos de tiempo. Siguiendo esta línea, la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Uni- versidad de Chile ha impulsado el proyecto SUCHAI, que consiste en implementar, poner en órbita y operar el primer satélite desarrollado por una universidad del país. El computador a bordo de la aeronave, que consiste un sistema embebido de limitada capacidad de cómputo, escasa memoria y bajo consumo de energía, debe ejecutar el software de vuelo que controlará sus operaciones una vez en órbita. El objetivo de este trabajo es el diseño e implementación de este software para el satélite SUCHAI, como una solución confiable, flexible y extensible que sea la base para futuras misiones aeroespaciales. El diseño del software consiste en una estructura de tres capas, que consigue dividir el problema convenientemente. La de más bajo nivel considera los controladores de hardware, la capa intermedia alberga al sistema operativo, y la de nivel superior, contiene los detalles de la aplicación requerida específicamente para este sistema. Para la arquitectura de la capa de aplicación, se estudia y aplica el concepto de patrón de diseño, en específico, se realiza una adaptación de command pattern. De esta manera, el satélite se concibe como un ejecutor de comandos genéricos y se obtiene una solución mantenible, modificable y extensible en el tiempo, mediante la programación de los comandos concretos que sean requeridos. La implementación se realiza sobre un PIC24F y considera controladores para los periféricos I2C, RS232 y SPI, así como para los subsistemas de radiocomunicaciones y energía. Se decide utilizar el sistema operativo FreeRTOS, como capa intermedia, lo que permite contar con el procesamiento concurrente de tareas, herramientas de temporización y sincronización. Se ha puesto especial énfasis en la implementación de la arquitectura planteada para la capa de aplicación, consiguiendo un software capaz de ejecutar una serie de comandos, programados para cumplir los requerimientos operacionales del proyecto, lo cual representa el método principal para extender sus funcionalidades y adecuarse a futuras misiones. Para probar y verificar el sistema desarrollado, se ha utilizado la técnica denominada hardware on the loop simulation. Se han obteniendo datos de funcionamiento, bajo condiciones de operación hipotéticas, a través del registro generado por la consola serial. Con esto se verifican los requerimientos operacionales de la misión, con resultados exitosos, obteniendo el sistema base y funcional del satélite. Como trabajo futuro, se utilizará este software para integrar el resto de los sistemas del satélite SUCHAI, demostrando su capacidad de adaptación y extensión, en un paso previo a la prueba final: funcionar adecuadamente en el espacio exterior.