Sonda espacial

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JORDAN SOMBRERERO ESPINOZA*, TELMA SARAÍ ENCARNACIÓN CORTÉS*, JOSÉ RAÚL FLORES MACHORRO*, MAYRA BÁEZ LANDA*, MARIELA SERRANO CENTENO* Y JOSUÉ MANCILLA CEREZO*

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

RESUMEN

El objetivo del proyecto es simular una sonda espacial que mida las cantidades de CO2 , oxígeno y nitrógeno, para saber si existen, en un lugar determinado, las condiciones para albergar vida terrestre. El cansat tomará las variables de temperatura, altitud, latitud, entre otras requeridas.

Palabras clave: sonda espacial, planeta, vida terrestre.

ABSTRACT

Simulation of a space probe to measure the amounts of CO2, oxygen and nitrogen. To know if a planet has conditions to host terrestrial life, it will measure the variables of temperature, altitude and latitude among the others required. This will lead to the possibility of finding a second alternative for an identical planet Earth that can be inhabitable. Similarly, the conditions of atmospheric gases will be calculated to determine their optimal levels since this involves either a good, bad or acceptable environment in order for terrestrial life to exist.

Keywords: space probe, planet, terrestrial life.

¿QUÉ ES UNA SONDA ESPACIAL?

Una sonda espacial es un instrumento artificial que se envía al espacio para estudiar los diferentes cuerpos del Sistema Solar. Los principales objetivos de las sondas espaciales son planetas, satélites, asteroides y cometas; no van tripuladas y recopilan información que envían a los científicos en la Tierra. Las sondas espaciales también suelen denominarse saté- lites artificiales, pero se diferencian de estos últimos en que normalmente no orbitan alrededor de los objetos que estudian. La mayoría de las veces tienen trayectorias de acercamiento, aunque en ocasiones se sitúan en órbita de un determinado astro. Las sondas están equipadas con costosos sistemas fotográficos y de filmación, radares y sofisticados medios de comunicación en contacto con la Tierra (González, 2015).

Misiones de sondas espaciales:

• Cassini. Su objetivo es el estudio de Saturno y de varios de sus satélites, entre ellos Titán.

• New horizons. Es una sonda espacial de la NASA destinada a volar sobre Plutón y su satélite Caronte, y luego continuar en el Cinturón de Kuiper. También estudiará Júpiter y sus lunas.

• Rosetta. Es una sonda espacial concebida por la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo objetivo principal es el estudio del cometa Churyumov-Gerasimenko.

• Marte Reconocimiento Orbiter (MRO). Esta sonda americana, lanzada el 12 de agosto de 2005 de Cabo Cañaveral, Florida, contribuye al enriquecimiento de los conocimientos sobre Marte, así como la historia del agua en su superficie, su clima y su sótano (González, 2015).

GASES REQUERIDOS PARA LA VIDA TERRESTRE

Los gases atmosféricos son los que encontramos en el aire que nos rodea: argón, dióxido de carbono, helio, nitrógeno y oxígeno.

De estos gases, el argón, el oxígeno y el nitrógeno se producen principalmente por la separación del aire en los componentes que los constituyen. Esto se logra al reducir la temperatura del aire hasta que cada componente se licua y se puede extraer.

De los dos gases restantes, el dióxido de carbono se produce como subproducto de varios procesos químicos. El helio aparece de manera natural en la corteza terrestre, donde ha sido atrapado en cavidades de rocas no porosas, de manera similar a la que se encuentra el petróleo. Estos “pozos” de helio sólo se encuentran en ciertas áreas del mundo que poseen el tipo correcto de geología; esto hace del helio un gas raro y costoso (González, 2007).

MOTIVACIÓN DEL PROYECTO

La motivación del presente proyecto es adquirir conocimientos sobre misiones espaciales, tanto de comunicaciones como en satélites y sondas espaciales. Obtener experiencia práctica que nos sirva para ingresar en un futuro a la Agencia Espacial Mexicana (AEM) o, incluso, a la NASA. De igual manera ampliar el perfil de egreso con conocimientos multidisciplinarios, mecánicos, electrónicos, físicos, entre otros. También, concursar en competencias nacionales e internacionales nos ayuda a obtener reconocimientos con valor curricular; además de adquirir el conocimiento para armar un satélite y saber cómo está compuesto hasta el mínimo detalle en la parte electrónica y mecánica.

OBJETIVO DE LA MISIÓN

Mostrar y guardar datos de la cantidad de gases atmosféricos –como CO2 , oxígeno y nitrógeno y las variaciones de temperatura (externa e interna), presión, humedad relativa, latitud, longitud, altitud, aceleración, vibración y nivel de batería–, al mismo tiempo que se graba un video en el momento del descenso del satélite por medio de la cámara incorporada.

  • El éxito mínimo de la misión es que únicamente se midan y muestren los datos en intervalos de tiempo.
  • El éxito medio es que se midan y muestren los datos constantemente y se grabe en video.
  • El éxito máximo es que se cumpla todo lo especificado.

REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN

GESTIÓN DEL PROYECTO

Figura 1. Relación de actividades.

 

Actividades

1. Selección de misión.

2. Requerimientos de la misión (búsqueda de materiales).

3. Cotización y proveedores.

4. Diseño del paracaídas.

5. Armado del drone.

6. Bosquejo de las etapas del cansat:

  • Potencia: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés.
  • Computadora: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.
  • Misión: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés.
  • Comunicación: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.

7. Pruebas de materiales requeridos.

8. Diseño de las placas.

9. Programación.

10. Comprobación de las placas individuales:

  • Potencia: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés.
  • Computadora: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.
  • Misión: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Sarai Encarnación Cortés.
  • Comunicación: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno.

11. Ensamble del cansat.

12. Funcionamiento de placas ensambladas.

13. Diseño de estación terrena.

14. Diseño del programa de base de datos.

15. Pruebas de ascenso y descenso.

16. Envío de datos.

17. Pruebas finales.

DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO

Para la selección de misión se emplearon varios artículos de referencia de los cuales se destaca información relevante de la Agencia Espacial Mexicana (2015), así como artículos de electrónica y de proyectos cansat (Sanchez et al., 2016).

Una vez elegida la misión, se procedió a definir los requerimientos de la misma, es decir, los materiales, para esto se tomó en cuenta la dificultad para conseguir los sensores de oxígeno y de dióxido de carbono, puesto que no son muy comerciales.

Los costos de los componentes fueron los siguientes: comunicación, $2,350 pesos (2 xbee s2, un Gps, leds, sensor de temperatura y pines machos); la computadora, $150 pesos (un arduino pro mini y pines machos); cumplimiento de la misión, $5,180 pesos (sensores de oxígeno y de dióxido de carbono, nuevos en el mercado); potencia, $1,365 pesos entre todos sus componentes.

En el diseño del paracaídas, figuras 2 y 3 (todas las figuras y tablas que aparecen en este trabajo son elaboración de los autores), se contempló la forma del mismo, de manera circular, se tuvo en cuenta el material para desarrollarlo así como la velocidad de descenso. Un factor importante para el tamaño del paracaídas fue el peso máximo permitido para el cansat (355 g).

Figura 2. Diseño del
paracaídas de prueba.

 

Figura 3. Colocación de hilos al paracaídas de prueba.

 

Figura 4. Partes del drone.

 

Figura 5. Colocación de motores.

 

Figura 6. Colocación de parte electrónica.

 

Figura 7. Programación de la controladora de vuelo.

 

Figura 8. Primer vuelo del drone.

 

Figura 9. Etapas del cansat.

 

Figura 10. Interconexión.

 

Figura 11. Resultados de las actividades realizadas.

 

En el armado del drone (figuras 4 a 8) se realizó desde cero, para ello se tomó un curso básico de electrónica.

Las etapas del cansat fueron desarrolladas de acuerdo a las necesidades de la misión. En las figuras 9 y 10 se muestra el bosquejo de fabricación.

Para las pruebas, los materiales adquiridos se inspeccionaron de manera precisa para cerciorarse de su buen funcionamiento, para lo cual se tuvo en cuenta el correcto voltaje, conectividad y resistencia de cada uno.

Para el diseño de las placas se empleó el software “Ares Proteus”, para un mejor diseño de las etapas de electrónica, así como para tener el correcto tamaño y diseño, según las necesidades del cansat.

Para la programación se utilizó el software arduino, puesto que es el indicado para la programación de los componentes.

Para la parte de la estación terrena se ocupó el software LabVIEW, para mostrar los datos enviados por el cansat y al mismo tiempo dichos datos serán almacenados en una base para tener concentradas fichas históricas de las mediciones.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se propuso la misión a partir de la revisión de trabajos relacionados con sondas espaciales. Fue posible observar, a través del análisis realizado, que no existen sensores en el mercado a precios accesibles para medir ciertos tipos de gases como helio y azufre.

Se diseñó y construyó un paracaídas a partir del modelo matemático en el que los parámetros considerados son velocidad, peso, turbulencias y densidad del aire.

Se ensambló un drone para elevar el cansat y realizar las pruebas de ascenso y descenso. Se plantea que con el paso del tiempo, el drone sea más rentable que algún otro dispositivo de ascenso.

CONCLUSIONES

Un proyecto cansat amplía los conocimientos de los estudiantes de ingeniería y enriquece su perfil de egreso. Además, los enfrenta a problemáticas reales en las que se comprueba que la teoría es necesaria para realizar cualquier proyecto; de lo anterior se desprende la práctica que consta no sólo de la construcción del proyecto, sino de la aplicación que se le da al mismo.

AGRADECIMIENTOS

El equipo Galactics les agradece a los directivos, docentes, jefe de carrera y personas administrativas del Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca por el granito de arena que han puesto en la realización de este proyecto. También se le agradece a la empresa “DragonFly Mexico” por su apoyo.

 

* Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca.

Contacto: jmc_itst@outlook.es

REFERENCIAS

AEM. (2015). Estructura de un cansat. Consultado el 25 de agosto de 2016. http://www.educacionespacial.aem.gob.mx/cansat.html González V., M.A. (2015). La mecánica de las sondas espaciales. Consultado el 25 de Agosto de 2016. http://www.tayabeixo.org/ encuentros/trabajos_xxv_ena/06_Sondas.pdf

González, F.J. (2007). La tierra primitiva y su transformación en un planeta amigable: evidencias del registro geológico: rocas y minerales. Córdoba: Agencia Córdoba Ciencia.

Sánchez C., A.E., et al. (2016). Picosatélites Educativos Cansat: Primer Concurso Nacional en México, CELERINET, Año 4, Vol. VII, 20- 28.

Recibido 8-8-16

Aceptado 10-9-16