Estudio, diseño y construcción de una plataforma pivotante para ensayo del sistema de control de actitud (ACS) de un cubesat

Abstract

En el mundo académico existen ciertas dificultades para realizar ensayos con satélites reales. Esto se debe a los elevados costes que acarrean este tipo de elementos y a los tiempos de desarrollo prolongados en relación a los tiempos lectivos estipulados para el alumnado. Este hecho obliga en muchas ocasiones a sustituir estas sesiones prácticas por simulaciones computacionales. En este proyecto se desarrolla el diseño a nivel mecánico y electrónico de un banco de pruebas para el testeo de control de actitud de CubeSats 1U. Este banco de pruebas incluye la plataforma pivotante que permite el libre movimiento del nanosatélite y, además, el diseño de un CubeSat 1U totalmente equipado para controlar su orientación espacial. Todo el conjunto permite que el usuario final tan solo deba elaborar los algoritmos de control necesarios e implementarlos en el Hardware para realizar pruebas. La disposición del CubeSat en el puesto de ensayo da lugar a ciertas ventajas gracias al diseño realizado. A grandes rasgos, el CubeSat 1U se introduce en el interior de una esfera, la cual pivota libremente sobre un soporte que actúa como cojinete de aire. De esta forma, el nanosatélite puede girar 360º en todos sus ejes, lo que permite realizar ensayos de control de actitud sin restricciones físicas que lo limiten. Cabe destacar que el sistema permite ensayar con CubeSats de mayor número de unidades utilizando tan solo una semiesfera. El diseño del CubeSat 1U es modular. Esto permite la sustitución de los elementos de su interior de forma rápida y sencilla pudiendo, incluso, eliminar o ampliar funcionalidades del nanosatélite. La configuración básica para este proyecto incluye el uso de 3 volantes de reacción, una Unidad de Medición Inercial de 9 grados de libertad, 3 sensores de luz, un sistema de comunicación inalámbrico XBee y la alimentación del sistema mediante una batería. El CubeSat se controla con una placa Arduino Nano, con lo que se facilita la fácil implementación de los algoritmos de control desarrollados por el usuario. Tanto el CubeSat como la plataforma pivotante se basan en la combinación de COTS con piezas manufacturadas mediante fabricación aditiva. Este hecho propicia el carácter low cost de este banco de pruebas, que ha sido desarrollado y modelado por completo mediante el software de CAD mecánico SolidWorks®.