Arduino en el espacio exterior (Endeavour)

Pollux y Castor (pequeños satélites esféricos) serán los nombres que inmortalizarán la llegada al espacio de los primeros módulos Arduino. Estas naves, que serán puestas en órbita en el decimosexto día de trabajo del transbordador, fueron diseñadas para proporcionarles a los estudiantes una experiencia práctica en el desarrollo de hardware y software para un satélite. La misión Endeavour STS-127 pone en órbita el sueño construido y programado por estudiantes como tú. Entérate de todo aquí.

El Endeavour lleva consigo una carga útil llamada ANDE-2, compuesta por dos satélites esféricos, diseñados por el Laboratorio de Investigaciones Navales (NRL) de los Estados Unidos, que medirán la densidad y la composición de la atmósfera. Uno de los satélites, Pollux, está ejecutando bibliotecas y arquitecturas Arduino con su carga útil programada y construida por estudiantes.

La Misión
ANDE-2 (Atmospheric Neutral Density Experiment – 2), que en castellano se traduce como Experimento de Densidad Neutral Atmosférica – 2, se compone de dos microsatélites: ANDE Activa (AA) – Castor – y ANDE Pasiva (AP) – Pollux –, que serían lanzados desde la bahía de carga útil del transbordador para medir la densidad y la composición de la órbita terrestre baja (LEO). Los datos se utilizarán para predecir mejor el movimiento y la caída de objetos en órbita.

El principal objetivo de ANDE-2 es medir la densidad de la atmósfera total, entre los 100 y 400 kilómetros de altitud. Los datos que se registren se utilizarán para mejorar la determinación de las órbitas y los cálculos de las órbitas de los objetos espaciales residentes.

Como mencionamos anteriormente, ANDE-2 se compone de dos microsatélites esféricos. Estos satélites se lanzan desde la bahía de carga del transbordador espacial a una órbita circular, justo debajo de la altitud de la Estación Espacial Internacional (ISS). Ambos satélites serán rastreados y seguidos por el Seguidor Satelital Láser (Satellite Laser Ranking, SLR) y el sistema de Red de Vigilancia Espacial (Space Surveillance Network, SSN). Estos satélites tienen las mismas dimensiones, pero diferentes masas. Debido a la diferencia de masa, los satélites poseerán una deriva diferente en el tiempo. A través de la observación y el análisis de la continua posición de los satélites, se podrá determinar un estudio sobre las variaciones espaciales y temporales en la resistencia atmosférica asociada a la actividad geomagnética.

Ambos satélites son esferas de 19 pulgadas de diámetro, tienen una masa de 63 y 25 kg cada uno y están construidos íntegramente en aluminio. La superficie de ambas esferas incrustadas contiene una serie de sensores: 30 retro reflectores, seis diodos láser para el seguimiento y seis células fotovoltaicas para determinar la orientación y el tipo de giro. Ambas esferas también tienen sistemas de seguimiento térmico. La nave espacial ANDE (que incorpora las dos esferas) se encuentra en el interior de la Unidad Interna de Carga (Internal Cargo Unit, ICU) del transbordador. Una vez que salen de la bahía de carga, las esferas se separan y se despliegan a una distancia segura de la lanzadera, a una altura de aproximadamente 350 km.

La energía en los satélites
Castor es una esfera de aluminio de 19 pulgadas de diámetro, con una masa de 63 kg. Está dotada de un procesador ARM para las funciones de computador de a bordo. Físicamente es lo más cercano a una esfera perfecta, salvando las limitaciones de coste y fabricación. La esfera se divide por la mitad y los hemisferios son las partes que forman la antena del satélite. En lo que respecta a la energía, el satélite cuenta con 112 células de batería de Litio Ion de 19AH (Amper/Hora). Esto proporciona unos 7000 vatios-hora de energía, que tienen que durar un año: el tiempo previsto para la misión.

Por su parte, el satélite Pollux recibe alimentación a través de 28 células de batería de Litio Ion de 19AH, configuradas para proporcionar 14 voltios. La computadora de a bordo está basada en un microcontrolador Atmel Atmega128 y, como la energía es un elemento muy valioso en el espacio, se hizo todo lo posible para reducir el consumo de la misma. La computadora de a bordo, con 64 Mb de memoria flash, consume menos de 3 mA. Esto se logró mediante la reducción de la tensión de alimentación a 3,3 voltios y la reducción de la frecuencia de funcionamiento al mínimo posible.

Para las comunicaciones de a bordo, los satélites contienen un transmisor y un receptor. El transmisor funciona en VHF, en la banda de 2 metros, y puede transmitir hasta con 1 Watt de señal, con un nivel de potencia que es ajustable desde tierra. El transmisor puede funcionar a 1200 baudios AFSK y 9600 baudios FSK. El transmisor utiliza el protocolo de packet-radio AX25. Por su parte, FX25 es un protocolo experimental que se pondrá a prueba en la misión y que le añade al protocolo AX25 la capacidad de corrección de posibles errores, permitiéndoles a los TNC típicos decodificar los paquetes de datos enviados por los satélites.

Ambos satélites transmitirán (Downlink) en 145,825 MHz. Para más información acerca del formato de telemetría, la experimentación con el protocolo FX25 y la modulación GMSK a 9600 bauds, visita la página https://goby.nrl.navy.mil /ANDE/principal.html

Detalles de los instrumentos en los satélites
Westfield High School = Acelerómetro de carga: Esta carga útil utiliza el microcontrolador Atmega16 y mide la tensión de tres acelerómetros SCA610 realizados por VTI Technologies. Los acelerómetros se utilizan para detectar la rotación en tres ejes. El software fue desarrollado utilizando la estructura Arduino; se logra muy fácilmente a través de la programación en C / C + +.

Academia Marshall = Giroscopio de carga: Esta carga útil también utiliza un microcontrolador Atmega16 sobre una arquitectura Arduino y su software correspondiente. La carga útil recoge la tasa de rotación y la temperatura de cada uno de los tres giroscopios Melexis MLX90609. La versión de 75 grados / seg fue seleccionada para apoyar la medición de las tasas de rotación de hasta 12,5 rpm.

Federación de Exploradores Galaxy = Giroscopio de carga útil: Esta carga útil también utiliza un microcontrolador Arduino Atmega16 y su respectivo software. Los giróscopos son Analog Devices ADXRS401, también en su versión de 75 grados / seg. También se incluye en la carga útil un magnetómetro de 3-ejes PNI Corp. MicroMag3.

El experimento con el Protocolo FX25
Además de invitar a los estudiantes de ingeniería y a los radioaficionados (HAM) a las comunicaciones por radio, los satélites de prueba serán las plataformas de experimentación del protocolo FX25. Este último es un protocolo que envuelve una corrección de errores en avance (Forward Error Correction, FEC), en torno a la información de un paquete AX25. Esto permite que los TNC actuales puedan continuar interpretando los paquetes AX25. Lo que hará FX25 es corregir errores de bits en el paquete AX25. Los paquetes AX25 no toleran errores, por pocos que sean. FX25 ayudará a mejorar la captura de datos de telemetría y las comunicaciones, manteniendo al mismo tiempo la compatibilidad con los equipos existentes.
El primer decodificador FX25 será un microcontrolador con una interfaz USB. Todos las operaciones, con los paquetes de decodificación FEC, se realizan en el microcontrolador, y todos los códigos fuentes estarán disponible para cualquier persona o radio amateur que desee experimentar con ellos.

Durante el lunes se supo que algunas tareas no pudieron completarse (sin especificar cuáles) y que quedarán aplazadas hacia el futuro. Entre ellas pueden estar la colocación en órbita de Pollux y Castor. Seguramente nos enteraremos con mayor exactitud de estos acontecimientos y te lo estaremos informando prontamente, pero lo más importante a destacar es que Arduino ya es parte de la aventura espacial del hombre y de la NASA. Y lo más prometedor de todo es que el próximo instrumento a poner en órbita podrías construirlo tú.