Un software de control de actitud de la UPM, a bordo un satélite de la ESA
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Un software de control de actitud de la UPM, a bordo un satélite de la ESA

Un software de control de actitud de la UPM, a bordo un satélite de la ESA
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El software de control de actitud del centro de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) E-USOC (Spanish User Support and Operations Centre) para el satélite OPS-SAT fue aceptado en la convocatoria de la Agencia Espacial Europea (ESA) de selección de propuestas para usar este laboratorio en órbita y ya está desarrollado. El OPS-SAT es un satélite de la ESA, el primero de su clase que ha sido diseñado con el único propósito de probar y validar nuevas técnicas de control de misión y sistemas de a bordo.

Este “laboratorio volante”, lanzado el 18 de diciembre de 2019 como carga útil secundaria junto con la misión Cheops, se configura como demostrador de las mejoras en la capacidad de control de misión que se derivan directamente del uso de ordenadores a bordo muy potentes. El satélite sólo tiene 30 cm de altura, pero contiene un ordenador experimental diez veces más potente que cualquier nave espacial actual de la ESA.

Realizar pruebas en vivo de los sistemas de control de misión resulta muy complicado. Nadie quiere correr ningún riesgo con un satélite existente y valioso, por lo que probar nuevos procedimientos, técnicas o sistemas en órbita no suele ser posible. OPS-SAT es un satélite de bajo coste, seguro y robusto. El doctorando de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) Karl Olfe ha participado en el desarrollo del experimento propuesto por el E-USOC y sostiene que “con OPS-SAT, los diferentes experimentos seleccionados pueden tomar el control del mismo sin comprometer la misión”.

Dicho experimento consiste en asumir el control de actitud del satélite, realizando una serie de maniobras, esto es, orientando el satélite mientras está en órbita, modificando su apuntamiento, con diversos tipos de algoritmos para comparar su comportamiento en órbita.

Olfe explica sobre qué trata este primer experimento: “Se va a comparar un algoritmo de control de actitud basado en lógica difusa con el clásico PID (control Proporcional Integral Derivativo) para conocer las ventajas del uso de los algoritmos del primer tipo. La lógica difusa es una rama de la inteligencia artificial que busca reproducir el razonamiento humano experto mediante el uso de variables lingüísticas (en vez de numéricas) y estructuras condicionales del tipo ‘si… entonces’. Por ejemplo, si estuviésemos controlando la temperatura de una habitación querríamos que ‘Si hace frío entonces enciende la calefacción’. Donde ‘frío’ sería la variable lingüística difusa”.

Una app para automatizar el proceso

El doctorando de la UPM, que asistió en 2019 a un workshop celebrado en el Centro Europeo de Operaciones Espaciales (ESOC), en Darmstadt, para conocer el funcionamiento de OPS-SAT, ha desarrollado una aplicación compatible con el framework del satélite que realiza de forma automática todo el experimento: asume el control de actitud del satélite, selecciona el algoritmo correspondiente, dirige las maniobras, etc. Hasta llegar a ver la app terminada, ha tenido que: acceder a los datos del satélite, calcular las maniobras, comandar los actuadores y hacer que todo sea automático, ya que el contacto con el satélite desde la única estación de tierra existente solo dura siete minutos en dos pases al día.

El trabajo previo del equipo del E-USOC ha sido también ingente de cara a calcular los distintos parámetros de los algoritmos de control, tanto el basado en lógica difusa como los PID, que se han calculado mediante su propio proceso de optimización basado en algoritmos genéticos propiamente diseñado para tal fin. El investigador Álvaro Bello, a cargo de las optimizaciones, explica que “los algoritmos genéticos son un tipo de algoritmos metaheurísticos muy usados para resolver problemas de optimización multiobjetivo. Este tipo de algoritmos se basan en simular cómo evoluciona una población inicial de ‘individuos’ matemáticos imitando los mecanismos de la evolución, como la mutación genética y la selección natural. En nuestro caso, los individuos que evolucionaban eran los controladores y sus ‘genes’ los parámetros de cada controlador”.

Con la app totalmente desarrollada se han superado los ensayos en tierra con el modelo de ingeniería de la ESA que se encuentra en el ESOC y la primera versión ya está a bordo del satélite. Recientemente han realizado los primeros ensayos de integración a bordo con el satélite en órbita y ahora están inmersos en el análisis de los datos obtenidos para, trabajando junto a investigadores del ESOC, ajustar y actualizar la app a la versión definitiva que ejecutará el experimento completo.



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