En vías de desarrollo del software y calibración del backend digital del nuevo prototipo del Payload "Langmuir Probe" para el Proyecto Suchai

Abstract

Uno de los experimentos principales del satélite SUCHAI-I es el Langmuir Probe o medidor de densidad de plasma, el cual mide la densidad de partículas cargadas presentes en la ionosfera a lo largo de su camino orbital. Este instrumento tiene cuatro partes principales: el capturador de partículas (o electrodo), la etapa análoga, la etapa digital y la etapa de estimación de la densidad de partículas. En el SUCHAI-1 el sensor de Langmuir capturaba electrones al utilizar un voltaje fijo positivo y tenía un electrodo esférico. Estas dos características dificultaron la estimación de la densidad de electrones. El uso de un voltaje positivo hace que la estimación de la densidad de electrones se degrade con el tiempo, debido al efecto de potencial de carga que se produce, debido a que el satélite se va cargando con electrones con el tiempo. Un electrodo esférico en principio ayuda a que el satélite no deba tener una estimación y control de orientación. Sin embargo, para una correcta medición con el electrodo esférico, este debía ser desplegado, idealmente varias decenas de centímetros fuera del satélite para evitar las perturbaciones que el chasis metálico produce, lo que impuso varias dificultades mecánicas. Para evitar estas dificultades el diseño ideado para las siguientes misiones, los SUCHAI- 2 y -3, utiliza un electrodo plano y un voltaje negativo. El electrodo plano no es necesario desplegarlo fuera del satélite, se puede ubicar en alguna cara del vehículo, facilitando la parte mecánica del instrumento. Sin embargo, esto implica que el satélite deba estimar y controlar su orientación, asegurando que el electrodo plano vaya en la parte delantera respecto a la dirección de viaje del satélite. Al usar un voltaje negativo el instrumento estima los iones en lugar de los electrones, lo que lo hace inmune al fenómeno de potencial de carga. Si el plasma se presume en equilibrio termodinámico, entonces la densidad de iones es igual a la densidad de electrones. Este trabajo se concentra en el diseño, implementación y prueba de la etapa digital del nuevo sensor de Langmuir. Esta etapa del instrumento incluye un convertidor análogo digital (modelo AD7656 de Analog Devices), un microprocesador (modelo AT32UC3A3256 UC3- A3 Xplained de Microchip Technology) y una memoria (micro sd hc clase 10 con 32 Gb de Sandisk). En particular se presentan los requerimientos que justifican las decisiones de diseño y de implementación. Se describe la configuración usada dada los requerimientos y restricciones. También se presentan las pruebas realizadas a cada uno de los dispositivos para evaluar el correcto desempeño. En las pruebas fue posible corroborar que el sistema digital configurado puede operar a una tasa de muestreo de 14.41 k[Hz], detectando cambios de hasta 138,8 μ[s], a una tasa de consumo promedio de 0,297 [W]. Además, fue posible corroborar que la etapa digital funciona apropiadamente con el software de vuelo del SUCHAI-2 y -3.