{"id":6376,"date":"2017-02-21T13:30:21","date_gmt":"2017-02-21T19:30:21","guid":{"rendered":"http:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=6376"},"modified":"2017-02-21T13:30:21","modified_gmt":"2017-02-21T19:30:21","slug":"kanzat","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/?p=6376","title":{"rendered":"KANZAT"},"content":{"rendered":"

GERARDO ANTONIO LIRA IBARRA*, LUIS \u00c1NGEL \u00c1VALOS DE LA CRUZ*, JOS\u00c9 GUADALUPE NAVA ZAVALA*, DAR\u00cdO MANUEL Z\u00da\u00d1IGA ROSALES* Y JOS\u00c9 SANTOS TIENDA BAZALD\u00daA*<\/p>\n

CIENCIA UANL \/ A\u00d1O 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016<\/p>\n

RESUMEN<\/strong><\/p>\n

Con la innovaci\u00f3n en la tecnolog\u00eda enfocada en el estudio del espacio, surgieron los sat\u00e9lites artificiales clasificados en categor\u00edas. En una de ellas, en los llamados picosat\u00e9lites, se encuentran unos dispositivos, de \u00edndole educativa, llamados cansat. \u00c9stos buscan atraer a las personas con gusto por la ciencia y la tecnolog\u00eda, y darles una introducci\u00f3n de lo que implica una misi\u00f3n espacial en un sat\u00e9lite real. Integran diferentes elementos electr\u00f3nicos, lenguajes de programaci\u00f3n, sistemas de comunicaciones y estudios en la aerodin\u00e1mica de los cuerpos que posibilitan su funci\u00f3n educativa.<\/p>\n

Palabras clave:<\/strong> sat\u00e9lites artificiales, picosat\u00e9lites, cansat, misi\u00f3n espacial.<\/p>\n

ABSTRACT<\/strong><\/p>\n

With innovation in technologies focused on the study of space, artificial satellites have come about that are classified into different categories. One of them is the Picosatellite which includes devices that are educational in nature called CanSat, seeking to attract people with interest in science and technology. It gives them an introduction to what a space mission in a real satellite is like, integrating different electronics, programming languages, communication systems and studies in the aerodynamics of the bodies that help perform an educational satellite.<\/p>\n

Keywords:<\/strong> artificial satellites, picosatellite, CanSat, space mission.<\/p>\n

En la actualidad, cuando hablamos de sistemas aeroespaciales es muy com\u00fan pasar por alto los sat\u00e9lites, los cuales tienen una gran participaci\u00f3n en el desarrollo tecnol\u00f3gico de las agencias espaciales, en industrias enfocadas a temas del espacio e incluso en instituciones educativas; los sat\u00e9lites pueden ser usados para un amplio n\u00famero de prop\u00f3sitos, como la comunicaci\u00f3n, monitoreo del clima, observaci\u00f3n e investigaci\u00f3n (Walker et al., 2010).<\/p>\n

Los sat\u00e9lites cuentan con una clasificaci\u00f3n, seg\u00fan su masa, la cual est\u00e1 relacionada directamente con los costos de lanzamiento y la \u00f3rbita de operaci\u00f3n. La categor\u00eda de menor masa es la de los picosat\u00e9lites; es dentro de esta clasificaci\u00f3n que fabricaremos un cansat.<\/p>\n

\u00bfQU\u00c9 ES UN CANSAT?<\/strong><\/p>\n

El cansat es un dispositivo que consiste en simular el funcionamiento de un sat\u00e9lite artificial (S\u00e1nchez et al., 2016), los tambi\u00e9n llamados picosat tienen un tiempo de elaboraci\u00f3n menor y su costo de fabricaci\u00f3n es relativamente econ\u00f3mico, a diferencia de sus hom\u00f3logos de mayor tama\u00f1o, que requieren, adem\u00e1s, de un personal altamente calificado para construirlos. Los cansat pueden ser elaborados con componentes electr\u00f3nicos comerciales y necesitan una programaci\u00f3n sencilla que puede realizarse desde una computadora personal (Carrasco y V\u00e1zquez, 2014). \u00c9stos no son puestos en \u00f3rbita, ya que pueden ser elevados y dejados caer desde diferentes alturas por diversos medios como cohetes, globos o multirrotores.<\/p>\n

Igual que un sat\u00e9lite artificial, \u00e9stos cansats realizan una misi\u00f3n, que deben cumplir con ciertos requisitos: ser aut\u00f3nomos y transmitir informaci\u00f3n por telemetr\u00eda hacia una estaci\u00f3n terrena durante el descenso \u2013que puede ser por medio de paraca\u00eddas o desplegables\u2013 (Nylund y Antonsen, 2015). Los datos que toma del medio, mientras cae, son recolectados por sensores y procesados a trav\u00e9s de una peque\u00f1a computadora. El programa encargado de interpretar dichos datos, los env\u00eda a trav\u00e9s de una se\u00f1al de radio, que ser\u00e1 recibida y decodificada por un elemento receptor en tierra, para finalmente darles una utilidad y cumplir con lo encomendado. Todo lo anterior debe estar confinado en una lata de refresco que no supere los 500 mL.<\/p>\n

En recientes a\u00f1os, se han comenzado a realizar competencias en las que no s\u00f3lo involucran lo antes ya mencionado,\u00a0sino tambi\u00e9n se enfocan a realizar tareas espec\u00edficas innovando en la forma de realizarlas, lo que pone a prueba la creatividad de los estudiantes para resolver un problema y sus habilidades en diferentes \u00e1reas.<\/p>\n

Cabe aclarar que los sat\u00e9lites cansat no son un juguete, son herramientas tecnol\u00f3gicas que, si bien tienen fines educativos, no son f\u00e1ciles de elaborar; requieren de mucho trabajo multidisciplinario, en el que se involucran \u00e1reas como electr\u00f3- nica, programaci\u00f3n, dise\u00f1o aeron\u00e1utico y modelado matem\u00e1- tico, entre otras. Por esta raz\u00f3n, en la fabricaci\u00f3n de un cansat se necesitan personas con diferentes disciplinas y la intervenci\u00f3n de un asesor previamente capacitado en la confecci\u00f3n de estos dispositivos.<\/p>\n

MOTIVACI\u00d3N DEL PROYECTO<\/strong><\/p>\n

El cansat es el primer pelda\u00f1o para alguien que quiere incursionar en la investigaci\u00f3n y desarrollo satelital. Los miembros de este equipo participaron en el concurso en 2015, por lo que con la experiencia adquirida pretenden mejorar los resultados, corregir los errores, as\u00ed como implementar nuevos componentes, con el fin de obtener un lugar en las posiciones finales entre las universidades participantes.<\/p>\n

OBJETIVO DE LA MISI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

La misi\u00f3n principal de nuestro proyecto, al cual denominamos Kanzat, ser\u00e1 de telemetr\u00eda. Las variables medidas por los m\u00f3dulos encargados de tomar lectura ser\u00e1n procesadas por medio de un microcontrolador y enviadas a la estaci\u00f3n terrena mediante antenas; en esta etapa, se desarroll\u00f3 un c\u00f3digo en lenguaje gr\u00e1fico. Con ello se pretende un mejor seguimiento de la misi\u00f3n, as\u00ed como ahorrar tiempo en la elaboraci\u00f3n de gr\u00e1ficas y tablas que ayuden a la interpretaci\u00f3n de la informaci\u00f3n recibida.<\/p>\n

REQUERIMIENTOS DE LA MISI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

En la tabla I se describen los requerimientos generales de la misi\u00f3n Kanzat.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

 <\/p>\n

GESTI\u00d3N DEL PROYECTO<\/strong><\/p>\n

La gesti\u00f3n del proyecto Kanzat se muestra distribuida conforme al organigrama de la fi gura 1.<\/p>\n

\"\"

Figura 1. Organigrama para la gesti\u00f3n del proyecto.<\/p><\/div>\n

DESCRIPCI\u00d3N F\u00cdSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO<\/strong><\/p>\n

El proyecto Kanzat se compone de cuatro subsistemas y una c\u00e1mara fotogr\u00e1fi ca en color, como se describe en la tabla II, todas las cantidades est\u00e1n expresadas en pesos mexicanos:<\/p>\n

En las figuras 2 y 3 se muestran los subsistemas y el m\u00f3dulo de comunicaci\u00f3n Xbee, antes de la integraci\u00f3n. En la fi gura 4 se muestra el sistema integrado, listo para introducirlo en una lata.<\/p>\n

\"\"

Figura 2. Subsistemas\u00a0del Kanzat con GSM,
ADXL1335 GY-61,\u00a0GPS, DHT22 y\u00a0BMP180.<\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

\"\"

Figura 3. Componentes electr\u00f3nicos que constituyen el Kanzat: arduino micro,
arduino promini con regulador y elevador de voltaje, c\u00e1mara TTL Linkspire y
tarjeta XBee con lector para tarjeta SD.<\/p><\/div>\n

\"\"<\/p>\n

\"\"

Figura 4. Integraci\u00f3n
del sistema Kanzat.<\/p><\/div>\n

 <\/p>\n

RESULTADOS Y DISCUSI\u00d3N<\/strong><\/p>\n

En etapa de pruebas se realiz\u00f3 una serie de c\u00e1lculos que demuestran el funcionamiento del paraca\u00eddas, el cual fue lanzado desde una altura aproximada de 9 m en el interior de un edificio, como se muestra en la figura 5.<\/p>\n

\"\"

Figura 5. Prueba de despliegue del paraca\u00eddas.<\/p><\/div>\n

La ecuaci\u00f3n del movimiento en el instante en que se abre el paraca\u00eddas se puede expresar de la siguiente manera.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Donde k es la constante de proporcionalidad seg\u00fan la forma del paraca\u00eddas; g es la gravedad terrestre (9.81 m\/s2<\/sup> ); v es la velocidad de descenso y m la masa total del sistema.<\/p>\n

Para resolver la ecuaci\u00f3n 1 integramos para obtener la velocidad (v) en cualquier momento (t). Las condiciones iniciales son v0<\/sub> la velocidad de la part\u00edcula en el instante t0<\/sub> cuando se abre el paraca\u00eddas.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Para resolver la integral se hace cambio v = zv1<\/sub> . Ahora deshacemos el cambio y se despeja (v) en funci\u00f3n del tiempo (t = t0<\/sub> ) para obtener (2).<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Podemos obtener la expresi\u00f3n de la posici\u00f3n de la part\u00edcula en funci\u00f3n de la velocidad haciendo cambio de variable.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

La ecuaci\u00f3n del movimiento se transforma en:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

que se puede integrar de forma inmediata.<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

La altitud a la cual se dej\u00f3 caer en funci\u00f3n de su velocidad de descenso v es:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Despejando v en la expresi\u00f3n anterior, obtenemos que la velocidad en la funci\u00f3n de la posici\u00f3n x de la part\u00edcula sea:<\/p>\n

\"\"<\/p>\n

Con la velocidad de la part\u00edcula se tiene un estimado del tiempo de vuelo, posible trayectoria a expensas de los cambios atmosf\u00e9ricos, as\u00ed como de la fuerza con la que el cansat golpea contra el suelo.<\/p>\n

Para nuestro Kanzat de masa 0.15 kg el paraca\u00eddas se abri\u00f3 a los 0.55 segundos de dejarse caer, 3.3 segundos despu\u00e9s toc\u00f3 el suelo quedando en posici\u00f3n vertical desde una altura aproximada de 9 m. Hay que hacer la aclaraci\u00f3n de que esta prueba se realiz\u00f3 en un cuarto cerrado, por lo que la velocidad de descenso cambi\u00f3.<\/p>\n

La prueba de integraci\u00f3n de los sensores principales tuvimos que realizarla a nivel de suelo en un cuarto cerrado con calefacci\u00f3n, obteniendo con esto una serie de resultados muy satisfactorios, los cuales se muestran en la figura 6.<\/p>\n

\"\"

Figura 6. Resultados obtenidos de temperatura, humedad, presi\u00f3n y aceleraci\u00f3n.<\/p><\/div>\n

CONCLUSIONES<\/strong><\/p>\n

Hemos descrito la construcci\u00f3n y pruebas de funcionamiento de nuestro dispositivo Kanzat. En la realizaci\u00f3n de este proyecto nos encontramos con muchos problemas, los cuales, con\u00a0paciencia y perseverancia, conseguimos resolver; la realizaci\u00f3n de un trabajo como \u00e9ste es muy satisfactoria cuando personas de diferentes disciplinas colaboran en equipo.<\/p>\n

De igual manera aprendimos c\u00f3mo implementar sistemas de ingenier\u00eda en la realizaci\u00f3n de una tarea aeroespacial.<\/p>\n

AGRADECIMIENTOS<\/strong><\/p>\n

Gracias a la ayuda provista por nuestros asesores, B\u00e1rbara Berm\u00fadez Reyes y \u00c1ngel Col\u00edn, que creyeron en nosotros para realizar semejante tarea.<\/p>\n

Agradecimientos especiales a nuestros familiares y amigos que nos acompa\u00f1aron en momentos de arduo trabajo y supieron apoyarnos cuando m\u00e1s lo ocup\u00e1bamos.<\/p>\n

* Universidad Aut\u00f3noma de Nuevo Le\u00f3n.<\/p>\n

Contacto: angel.colin@fcfm.uanl.mx<\/p>\n

REFERENCIAS<\/strong><\/p>\n

Carrasco D., R., y V\u00e1zquez H., S. (2014). Nanosat\u00e9lite basado en microcontroladores pic: cansat, 3er. Congreso Virtual, Microcontoladores y sus Aplicaciones, Cuba.<\/p>\n

Nylund, A., y Antonsen, J. (2015). CanSat general introduction and educational advantages. Consultado el 15 de Agosto de 2016 en: https:\/\/www.narom.no\/<\/p>\n

S\u00e1nchez C., E., et al. (2016). Picosat\u00e9lites educativos cansat: Primer Concurso Nacional en M\u00e9xico. Celerinet, A\u00f1o 4, Vol. VII, 20-28.<\/p>\n

Twiggs, R., (1998). University Space System Symposium (USSS), Hawaii, USA.<\/p>\n

Walker, R., et al. (2010). ESA Hands-on Space Education Project Activities for University Students: Attracting and Training the Next Generation of Space Engineers, IEEE EDUCON. Education Engineering. 1699-1708.<\/p>\n

 <\/p>\n

 <\/p>\n

\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

GERARDO ANTONIO LIRA IBARRA*, LUIS \u00c1NGEL \u00c1VALOS DE LA CRUZ*, JOS\u00c9 GUADALUPE NAVA ZAVALA*, DAR\u00cdO MANUEL Z\u00da\u00d1IGA ROSALES* Y JOS\u00c9 SANTOS TIENDA BAZALD\u00daA* CIENCIA UANL \/ A\u00d1O 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016 RESUMEN Con la innovaci\u00f3n en la tecnolog\u00eda enfocada en el estudio del espacio, surgieron los sat\u00e9lites artificiales clasificados en categor\u00edas. En una de ellas, en los llamados picosat\u00e9lites, […]<\/p>\n","protected":false},"author":2,"featured_media":6387,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[27],"tags":[],"class_list":["post-6376","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-investigacion"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6376","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcomments&post=6376"}],"version-history":[{"count":5,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6376\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":6398,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/posts\/6376\/revisions\/6398"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=\/wp\/v2\/media\/6387"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fmedia&parent=6376"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Fcategories&post=6376"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/cienciauanl.uanl.mx\/index.php?rest_route=%2Fwp%2Fv2%2Ftags&post=6376"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}