![\"\"](\"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/wp-content\/uploads\/2017\/02\/espacio_lata_cienciaay_sociedad.png\")
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\u00c1ngel Col\u00edn*<\/p>\n
CIENCIA UANL \/ AN\u0303O 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n
Hace aproximadamente seis de\u0301cadas que el primer sate\u0301lite artificial, el Sputnik I, fue lanzado al espacio y puesto en o\u0301rbita (NASA,2007). Toda su electro\u0301nica e instrumentaci\u00f3n estaba contenida en una esfera de aluminio de unos 60 cm de di\u00e1metro, cuya masa total era de alrededor de 80kg. Lo m\u00e1s destacado en su misi\u00f3n fue la caracterizaci\u00f3n f\u00edsica de las capas altas de la atm\u00f3sfera, as\u00ed como la propagaci\u00f3n de ondas de radio en la ion\u00f3sfera. Logr\u00f3 transmitir datos de temperatura y presi\u00f3n por medio de telemetr\u00eda a las frecuencias de 20 y 40 MHz.<\/p>\n
Aunque su tiempo de operacio\u0301n fue de apenas tres meses, dejo\u0301 marcado en la historia el comienzo de una nueva era para las actividades espaciales. Desde entonces, muchos han sido los avances en materia de tecnologi\u0301a espacial.<\/p>\n
Hoy en di\u0301a, se encuentran miles de sate\u0301lites artificiales orbitando nuestro planeta, realizando una gran variedad de misiones especi\u0301ficas. El mercado de las telecomunicaciones es la principal aplicacio\u0301n comercial de estos sate\u0301lites, pero tambie\u0301n hay otros que han sido construidos para realizar investigaciones cienti\u0301ficas: estudios meteorolo\u0301gicos, exploracio\u0301n y observacio\u0301n de la Tierra y muchos ma\u0301s en astronomi\u0301a. De igual manera, otros han sido construidos para fines militares y de defensa.<\/p>\n
La inversio\u0301n econo\u0301mica en la planeacio\u0301n, disen\u0303o y construccio\u0301n de un sate\u0301lite artificial es bastante elevada, debido a que, para su desarrollo, se requiere la mejor tecnologi\u0301a de vanguardia y de un personal altamente calificado. Tanto la Unio\u0301n Europea como los Estados Unidos de Ame\u0301rica, asi\u0301 como el resto de los pai\u0301ses desarrollados, cuentan con un gran nu\u0301mero de sate\u0301lites puestos en o\u0301rbita y se han preocupado por establecer programas de capacitacio\u0301n para sus futuras generaciones de ingenieros (Walker et al., 2010). En contraste, los pai\u0301ses en vi\u0301as de desarrollo apenas tienen algunas instituciones que cuentan con oferta educativa para la formacio\u0301n de recursos humanos en el sector espacial, mientras tanto, las tecnologi\u0301as emergentes utilizadas en esta rama siguen creciendo de manera exponencial.<\/p>\n
Las pequen\u0303as dimensiones de los componentes ele\u0301ctricos y electro\u0301nicos, que ahora se fabrican, cada vez son ma\u0301s solicitados en la mayori\u0301a de las tecnologi\u0301as presentes. En particular, la construccio\u0301n de sate\u0301lites miniaturizados exige una gran demanda de ellos, pero exige tambie\u0301n que dichos componentes sean sometidos a las pruebas correspondientes, segu\u0301n los esta\u0301ndares, para validar su desempen\u0303o en el espacio. Tales pruebas pueden comprender: alto vaci\u0301o, choque te\u0301rmico, radiacio\u0301n electromagne\u0301tica, etce\u0301tera.<\/p>\n
Estos pequen\u0303os sate\u0301lites juegan un papel muy importante no so\u0301lo en el sector acade\u0301mico, tambie\u0301n en proyectos de investigacio\u0301n, en los que algunos instrumentos compactos pueden ser integrados en su carga u\u0301til. Pero, sobre todo, son importantes porque el tiempo y costo para construirlos es muy reducido en comparacio\u0301n con los sate\u0301lites de taman\u0303o esta\u0301ndar.<\/p>\n
La sustitucio\u0301n de los sate\u0301lites de gran taman\u0303o por constelaciones de sate\u0301lites pequen\u0303os se esta\u0301 convirtiendo en una alternativa de mucho intere\u0301s tanto para las agencias espaciales como para las instituciones acade\u0301micas y las empresas dedicadas al sector espacial, por lo que, ahora, destinan parte de sus recursos econo\u0301micos a la miniaturizacio\u0301n de los sate\u0301lites para llevar a cabo sus misiones.<\/p>\n
CLASIFICACIO\u0301N DE SATE\u0301LITES ARTIFICIALES<\/strong><\/p>\n Los sate\u0301lites artificiales pueden ser clasificados de diferentes maneras: taman\u0303o, costo, funcio\u0301n, tipo de o\u0301rbita, etce\u0301tera, pero su clasificacio\u0301n por masa casi siempre suele estar relacionada directamente con los costos de lanzamiento para la puesta en o\u0301rbita. En la tabla I se muestra una clasificacio\u0301n general adoptada en los u\u0301ltimos an\u0303os.<\/p>\n PICOSATE\u0301LITES CANSAT<\/strong><\/p>\n El concepto cansat (Can-Satellite, por sus siglas en ingle\u0301s) fue propuesto en 1999 por el profesor Robert Twiggs, del Laboratorio de Desarrollo Espacial de la Universidad de Stanford (Twiggs, 1998). Su principal objetivo era transmitir a los estudiantes los conceptos ba\u0301sicos para el disen\u0303o y construccio\u0301n de sate\u0301lites.<\/p>\n Un cansat consiste en una plataforma que simula un sistema espacial; en este caso, es un picosate\u0301lite que cabe en una lata de refresco.<\/p>\n El conocimiento de estos simuladores se ha difundido en muchos pai\u0301ses del mundo, por lo que sus instituciones educativas lo tienen establecido como un modelo complementario para la formacio\u0301n de sus alumnos (Wang y Grande, 2011; Carrasco y Va\u0301zquez, 2014; Nylund y Antonsen, 2007), porque a trave\u0301s de su disen\u0303o, construccio\u0301n y pruebas, se les proporcionan los conceptos operacionales de una misio\u0301n espacial y, en la pra\u0301ctica, estos dispositivos pueden ser utilizados como una herramienta poderosa, si se combinan e integran con instrumentos cienti\u0301ficos para realizar experimentos profesionales de mayor envergadura (Coli\u0301n, 2015).<\/p>\n Los cansat no son puestos en o\u0301rbita, pero pueden lanzarse a diferentes alturas mediante un cohete, un globo sonda, un avio\u0301n a escala o un multirotor de control remoto. Para completar su misio\u0301n, deben ser completa- mente auto\u0301nomos. Durante su descenso (que puede ser en paracai\u0301das u otro medio), deben transmitir informacio\u0301n por telemetri\u0301a hacia una estacio\u0301n terrena conectada a una computadora porta\u0301til. La misio\u0301n puede consistir u\u0301nicamente en transmitir datos, efectuar retornos controlados o probar pequen\u0303os mecanismos de despliegue. Los cansat se utilizan como una introduccio\u0301n a la tecnologi\u0301a espacial debido al bajo costo, corto tiempo de preparacio\u0301n y la simplicidad de sus disen\u0303os, comparados con otros proyectos que pueden resultar largos y costosos.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n DESCRIPCIO\u0301N FI\u0301SICA DE UN CANSAT<\/strong><\/p>\n Los disen\u0303os y configuraciones de un cansat son muy variados, ya que dependen sobre todo de las misiones que se realizara\u0301n. Como un ejemplo, se describe un prototipo construido en diciembre de 2014, durante un curso patrocinado por la Agencia Espacial Mexicana (2016) en uno de sus proyectos para la formacio\u0301n y capacitacio\u0301n de profesores mexicanos.<\/p>\n En la figura 1 se muestran los componentes principales que constituyen los subsistemas de un cansat. El subsistema de la computadora de vuelo esta\u0301 compuesto por un microcontrolador Arduino Pro-mini 328, que dispone de un chip Atmega328, operando a 8 MHz. El subsistema de potencia emplea una bateri\u0301a recargable de poli\u0301mero de litio de 3.7 V, con una capacidad de carga de 1.2 mAh para alimentar todo el sistema. Tambie\u0301n cuenta con una microca\u0301mara 808 Car Key para la grabacio\u0301n de video y captura de fotografi\u0301a durante el vuelo. Esta ca\u0301mara tiene una resolucio\u0301n de imagen 720×480 y cuenta con su propia bateri\u0301a. El subsistema de comunicacio\u0301n comprende un mo\u0301dulo transmisor com- puesto de una antena XBee, que utiliza el protocolo de comunicaciones inala\u0301mbrico Zigbee (IEEE 802.15.4). El mo\u0301dulo receptor consiste en una antena de caracteri\u0301sticas similares, conectada a una computadora porta\u0301til que, en conjunto, forman la estacio\u0301n terrena. Adema\u0301s, para conocer su ubicacio\u0301n en todo momento, el cansat tiene instalado un sistema de posicionamiento global o GPS (Global Position System, por sus siglas en ingle\u0301s) modelo GP635T, cuyas pequen\u0303as dimensiones lo hacen ideal para esta aplicacio\u0301n. Finalmente, el subsistema de la misio\u0301n cuenta con un sensor de temperatura y humedad DHT11 con salida de datos digital y una tarjeta Arduino que contiene un acelero\u0301metro ADXL345, un giroscopio L3G4200D, un compa\u0301s HMC5883L y un baro\u0301metro BMP085 para medir la presio\u0301n a diferentes alturas.<\/p>\n Cada uno de los subsistemas esta\u0301 conectado entre si\u0301 para formar todo el sistema, como se muestra en la figura 2, en donde el ensamble es comparado con una lata de refresco. La figura 3 nos muestra el sistema completo, introducido en la lata de refresco.<\/p>\n Se debe tomar en cuenta que el mecanismo de descenso es un elemento adicional, externo al sistema. Un paracai\u0301das, por ejemplo, podri\u0301a estar sujetado con sus hilos en el aro superior de esta lata.<\/p>\n El lenguaje de programacio\u0301n comu\u0301nmente utilizado para este sistema es el Arduino, no so\u0301lo porque la configuracio\u0301n de los elementos principales de cada subsistema es compatible con este lenguaje, sino porque es dida\u0301ctico y relativamente fa\u0301cil de aprender para los estudiantes. Adema\u0301s, es u\u0301til en otras aplicaciones de las carreras de ingenieri\u0301a.<\/p>\n La figura 4 nos muestra un fragmento del co\u0301digo utilizado para medir los para\u0301metros fi\u0301sicos con los sensores DHT11 y BMP085. En estas li\u0301neas se da la orden para realizar una lectura y escribirla en la pantalla de la computadora para monitorear el funcionamiento, como puede verse en la figura 5. Cada lectura adquirida es almacenada en un archivo de datos para luego proceder a construir su respectiva gra\u0301fica.<\/p>\n Los resultados que se muestran en la figura 5 fueron obtenidos en el laboratorio, debido a que las condiciones ambientales en el exterior no fueron favorables para realizar la pra\u0301ctica de vuelo en la fecha programada.<\/p>\n UN PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA LI\u0301DERES EN PICOSATE\u0301LITES CANSAT<\/strong><\/p>\n En 2011, el Consorcio de Universidades para la Ingenieri\u0301a del Espacio (University Space Engineering Consortium, UNISEC, por sus siglas en ingle\u0301s) (UNISEC, 2015), en colaboracio\u0301n con la Universidad de Hokkaido, Japo\u0301n (Hokkaido University, 2015) comenzaron el programa anual de entrenamiento para la formacio\u0301n de li\u0301deres en picosate\u0301lites cansat (CanSat Leader Training Program, CLTP, por sus siglas en ingle\u0301s) (CLTP7, 2015). El principal objetivo de este programa es proporcionar la capacitacio\u0301n a profesores e investigadores de diferentes pai\u0301ses, con el fin de extender estos conocimientos en sus lugares de origen y para establecer puntos de contacto y colaboracio\u0301n. Con este programa se pretende que los estudiantes de las instituciones superiores puedan tener acceso y participacio\u0301n en proyectos del espacio. El programa tiene una duracio\u0301n de cuatro semanas. En las dos primeras se imparten los contenidos teo\u0301ricos vi\u0301a Internet. Las dos u\u0301ltimas son presenciales para el entrena- miento, en donde los participantes llevan a cabo el ensamble y las pruebas necesarias para la caracterizacio\u0301n del modelo o prototipo.<\/p>\n An\u0303o tras an\u0303o, el CLTP presenta nuevos prototipos, como es el caso del modelo i-CanSat versio\u0301n 6, en el que implementaron una bateri\u0301a alcalina comercial de 9 V, con nuevos componentes electro\u0301nicos, poco cableado y la ca\u0301mara de fotografi\u0301a que ahora se encuentra integrada en el mismo circuito de la tarjeta PCB. Este modelo tambie\u0301n puede ser integrado en un envase de tereftalato de polietileno (polyethylene terephtalate, PET, por sus siglas en ingle\u0301s), que cumpla con las dimensiones de una lata de refresco. En la figura 6 se muestra el i-CanSat versio\u0301n 6 y en el fondo se aprecia la cara\u0301tula del manual de ensamble, en el que se describe todo el procedimiento y las pruebas que se llevaron a cabo durante el sexto programa de entrenamiento, en la ciudad de Sapporo, Japo\u0301n, en agosto de 2015.<\/p>\n RESULTADOS<\/strong><\/p>\n Adema\u0301s de las pruebas de funcionamiento y operacio\u0301n que se hicieron durante y despue\u0301s del ensamble, se realizaron dos pruebas complementarias para verificar la operatividad del i-CanSat bajo condiciones extremas: la primera, sometie\u0301ndolo a un ambiente de vaci\u0301o te\u0301rmico a temperaturas de 0 hasta 40\u00b0C durante dos horas y la segunda sobre una mesa vibratoria, sometido a frecuen- cias de 5 a 2000 Hz, con aceleracio\u0301n media de 1.4 G en un lapso de 7 s. Para verificar el despliegue del paracai\u0301- das se realizo\u0301 una tercera prueba, lanzando el i-CanSat por la ventana de un edificio a una altura de nueve metros.<\/p>\n Todas las pruebas fueron superadas con e\u0301xito. Luego procedimos a preparar el lanzamiento mediante un cohete basado en un modelo de papel, disen\u0303ado por la empresa Uematsu Electric Co. Ltd., especializada en la fabricacio\u0301n de cohetes profesionales. Este cohete fue armado y ensamblado por cada participante, ya que forma parte del programa de entrenamiento.<\/p>\n En la figura 7 se observa el i-CanSat, antes de ser introducido como elemento de carga del cohete. Se aprecia, tambie\u0301n, el momento de despegue en la plataforma, donde es propulsado por un cartucho comercial de propelente so\u0301lido.<\/p>\n La figura 8 nos muestra el momento de separacio\u0301n del cohete, cuando ha alcanzado su ma\u0301xima altura (100 m aproximadamente). Se aprecia el despliegue completo de los tres paracai\u0301das y el descenso hasta unos instantes justo antes del aterrizaje.<\/p>\n En la figura 9 se muestran cuatro fotografi\u0301as tomadas a diferentes alturas durante el descenso. No\u0301tese que el lugar es un a\u0301rea restringida en un campo despejado, con escasa circulacio\u0301n vehicular.<\/p>\n<\/div>\n Esta prueba se realizo\u0301 en las instalaciones de la empresa patrocinadora del cohete, ubicada a unos 100 km fuera de la ciudad.<\/p>\n La misio\u0301n en vuelo tuvo una duracio\u0301n de 250 segundos, contando desde la preparacio\u0301n de la plataforma hasta el punto de aterrizaje. Los resultados obtenidos se muestran en las fotografi\u0301as de la figura 9 y en las gra\u0301ficas de las figuras 10 y 11. En estas gra\u0301ficas se observa un cambio abrupto en las curvas cuando transcurrieron 200 segundos; esto corresponde con el momento de separacio\u0301n del cohete y descenso del i-CanSat.<\/p>\n Durante el descenso, en los u\u0301ltimos 50 segundos, se observa un cambio de temperatura de poco ma\u0301s de medio grado centi\u0301grado, lo que nos indica la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior del cohete. En contraste, la humedad mostro\u0301 una disminucio\u0301n de 5% durante el descenso. Para el acelero\u0301metro se observa una aceleracio\u0301n constante en los ejes xyz durante el ascenso, pero al descender, los cambios son abruptos debido al movimiento del i-CanSat. Lo mismo ocurre con la velocidad angular del giroscopio en uno de sus ejes. Finalmente, toda la trayectoria del ascenso y descenso esta\u0301 proyectada en un a\u0301rea de 50 x 50 m2 con las coordenadas del GPS.<\/p>\n CONCLUSIONES<\/strong><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n Los picosate\u0301lites educativos cansat esta\u0301n desempen\u0303ando un papel muy importante en las instituciones de educacio\u0301n superior de los pai\u0301ses que se encuentran en vi\u0301as de desarrollo. Es evidente que construir pequen\u0303os sate\u0301lites es mucho ma\u0301s barato que hacer dispositivos de grandes dimensiones, destinados a la ciencia o a las comunicaciones; no obstante, el costo de estos pequen\u0303os sate\u0301lites todavi\u0301a sigue siendo muy elevado para las universidades pu\u0301blicas.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n Una manera de afrontar la dificultad presupuestal en materia de educacio\u0301n espacial en nuestro pai\u0301s es abordar este problema utilizando proyectos educativos econo\u0301micos. Los simuladores de sate\u0301lite cansat son una buena alternativa, ya que proporcionan los conocimientos ba\u0301sicos y los principios de operacio\u0301n esenciales de una misio\u0301n espacial. Adema\u0301s, pueden ser disen\u0303ados y construidos utilizando componentes electro\u0301nicos comerciales; los co\u0301digos y la programacio\u0301n pueden hacerse mediante una computadora personal.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n La importancia de estos mecanismos es que permiten la integracio\u0301n de pequen\u0303os instrumentos en su carga u\u0301til. En la pra\u0301ctica, estos dispositivos pueden resultar una herramienta muy poderosa al combinarlos con mecanismos cienti\u0301ficos en experimentos profesionales.<\/p>\n Los programas de entrenamiento en picosate\u0301lites que se ofrecen en el extranjero, a trave\u0301s de instituciones que cuentan con una trayectoria de experiencia en el sector espacial, nos brindan la oportunidad de traer estos conocimientos para transmitirlos a nuestros estudiantes, con el n de motivarlos a incursionar en este sector educativo.<\/p>\n A la fecha, Me\u0301xico cuenta con ocho profesores mexicanos que han obtenido la certificacio\u0301n del CLTP. Tres de ellos (Ba\u0301rbara Bermu\u0301dez Reyes; A\u0301ngel Sa\u0301nchez Coli\u0301n; Antonio Go\u0301mez Roa) forman parte del capi\u0301tulo UNISEC-Mexico-North (UNISEC-Me\u0301xico, 2016), establecido para crear una red nacional e internacional de colaboracio\u0301n entre estudiantes y profesores, en actividades acade\u0301micas y en proyectos educativos que este\u0301n relacionados con el espacio.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n AGRADECIMIENTOS<\/strong><\/p>\n Este trabajo fue nanciado en parte por Promep (pro- yecto DSA\/103.5\/14\/10812), por la Agencia Espacial Mexicana (proyecto Conacyt-AEM-2014-01-248438) y por la Direccio\u0301n de la Facultad de Ciencias Fi\u0301sico Matema\u0301ticas (FCFM-UANL).<\/p>\n El autor agradece al Prof. Tsuyoshi Totani, al Dr. Kim Sangkyun y a los asistentes del CLTP6 por su apoyo durante el entrenamiento.<\/p>\n REFERENCIAS<\/strong><\/p>\n Agencia Espacial Mexicana. 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(2011). e rst European CanSat competition for high school students, Proc. 20th ESA Symposium on European rocket and balloom programmes and related research, Heyre\u0301, France, 22-26 May.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n <\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":" \u00c1ngel Col\u00edn* CIENCIA UANL \/ AN\u0303O 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016 Hace aproximadamente seis de\u0301cadas que el primer sate\u0301lite artificial, el Sputnik I, fue lanzado al espacio y puesto en o\u0301rbita (NASA,2007). Toda su electro\u0301nica e instrumentaci\u00f3n estaba contenida en una esfera de aluminio de unos 60 cm de di\u00e1metro, cuya masa total era de alrededor de 80kg. 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