Desarrollo de un sistema de control de orientación usando ruedas de reacción de bajo costo para nano-satélite Suchai

Abstract

Los satélites artificiales actualmente han mostrado ser de gran relevancia en diferentes ámbitos. Esto se puede ver en el uso que hacen de ellos tecnologías como el GPS, las telecomunicaciones entre teléfonos móviles y televisión satelital, informes meteorológicos, y diversos temas de investigación científica tanto terrestre como espacial. En el contexto de fomentar el desarrollo de proyectos aeroespaciales destaca el estándar CubeSat, que facilita el diseño y manufactura de satélites a bajo costo, generando particular interés por parte de Universidades y Centros de Investigación en ésta área. Parte del estándar es que el satélite se desarrolla para estar contenido en cubos de 10x10x10cm y con un peso no mayor a 1.33Kg. Además se clasifican de acuerdo al número de cubos o unidades que componen el satélite, siendo configuraciones usuales los CubeSat 1U, 2U, 3U y 6U}. En Chile algunas iniciativas en este ámbito han sido los satélites FASat-Bravo, desarrollado por la Universidad británica de Surrey en conjunto con la Fuerza Aérea de Chile, y el FASat-Charlie desarrollado por la división Astrium del grupo europeo EADS. En Junio de 2017 se lanzó el satélite SUCHAI 1, primer CubeSat desarrollado en Chile, por el laboratorio SPEL de la Universidad de Chile, gracias a la colaboración de sus alumnos, profesores e ingenieros. El satélite SUCHAI 1 cuenta además de los sistemas de computador a bordo, sistema de comunicaciones y sistema de energía, con cuatro payloads de carácter científico. Sin embargo carece de los sensores y actuadores necesarios para poder orientar el satélite en una determinada dirección. En este contexto surge el desarrollo de este trabajo con la finalidad de incorporar un sistema de control de orientación para las versiones 2 y 3 del satélite que serán de tres unidades y se estima serán lanzados en 2018. Este sistema otorga la capacidad de realizar movimientos precisos de alineación mediante el satélite, tales como apuntar antenas hacia estaciones terrenas para un mejor enlace de comunicación, u otros instrumentos de medición del mismo hacia algún objeto o región específica del espacio, como por ejemplo las cámaras. También sería posible mediante este sistema lograr una comunicación entre satélites, alineando sus respectivas antenas, y otras maniobras de coordinación. En este trabajo se implementó un algoritmo de control de orientación en 3 ejes mediante cuaterniones usando ruedas de reacción, con un correcto desempeño en las pruebas de software. Sin embargo una restricción importante para este proyecto es el presupuesto, por lo cual se desarrolló un prototipo de bajo costo que logró un correcto desempeño para el control en un eje en la plataforma Air bearing, quedando como parte del trabajo futuro las pruebas de control en los 3 ejes y su integración en las próximas versiones del satélite SUCHAI.