AMÉRICA | Satélites
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8º Simposio Internacional sobre tecnología espacial y sus aplicaciones

Suparco estudia cómo detectar fallos para recuperar satélites pequeños

13/10/2016 | Lima

Peter Watson

La Agencia Espacial de Pakistán (Suparco) estudia cómo diseñar un sistema de detección de fallos para recuperar satélites pequeños.

El gerente general de la División de Desarrollo y Validación del Centro de Investigación y Desarrollo de Investigación y Desarrollo de Satélites de la Agencia Espacial de Pakistán (Suparco), Muhammad Waseem, explicó durante el 8º Simposio Internacional de Tecnología Espacial, organizado por Conida y Apsco en la ciudad de Lima (Perú) la importancia de implementar sistemas que permitan recuperar satélites perdidos.

Según Waseem, el FDIR o Fault DetectionIsolation and Recovery es una herramienta "muy útil" para los subsistemas de control de actitud, maniobra y dirección (ACS – Attitude Control Subsystem) de satélites pequeños o microsatélites que han sido diseñados para operaciones con cierto grado de autonomía o vuelos en formación con otros aparatos orbitales. La detección de fallos, el aislamiento de la causa y la recuperación fluida del sistema es un área fundamental en el ciclo de vida útil de un satélite.

Los trabajos de investigación llevados a cabo por Suparco tienen el objetivo, según Waseem, diseñar un FDIR para subsistemas ACS de un satélite demostrador de tecnologías con fundamento en dos tipos de análisis: Fmea (Failure Modes and Effect Analysis) y FTA (Fault Tree Analysis).

De acuerdo a la literatura existente, el análisis Fmea consiste en el estudio de los síntomas de las fallas potenciales en los componentes y su efecto en la performance del sistema en general, mientras que el análisis FTA identifica y evalúa las condiciones que derivaron en un determinado efecto. El segundo método de análisis es más apropiado en sistemas con alto grado de redundancia.

Técnicas formales de modelación y verificación

El trabajo de Suparco ha seguido su propia ruta al estudiar las técnicas formales de modelación y verificación, prefiriendo para el primero la modelación probabilística de fallas en el ACS y una herramienta de verificación del modelo probabilístico para validar las especificaciones del sistema. Producto de tales estudios se han obtenido como especificaciones de diseño del ACS para un satélite demostrador de 100 kilogramos las siguientes características: estabilización en tres ejes, órbita a 500 kilómetros de altitud, 40 grados de inclinación a 900 kilómetros, 100 grados de inclinación en una órbita circular, masa de 15 kilogramos, potencia promedio de 25 watts, vida útil de tres años, vida de almacenaje de dos años, confiabilidad de 0,94, capacidad Off-Nadir de hasta +- 30 grados, agilidad de actitud de un grado por segundo, estabilidad al apuntar de 0,0027 grados por segundo y precisión al apuntar de 0,124 grados.

De acuerdo a Waseem, el ACS está compuesto por una computadora a bordo, sensor solar digital (para determinar los ángulos en la dirección del sol, útil por ejemplo para apuntar paneles solares), sensor solar grosso o coarse sun sensor (permite detectar la presencia de luz solar y la posición del sol en relación a la plataforma portadora, trabajo en conjunto con los más modernos sensores digitales por su alta confiabilidad), rastreador de  estrellas (a modo de sextante orbital, determina la orientación en relación a la posición de las estrellas), magnetómetro, receptor GPS, rueda de reacción (de función similar a un giroscopio, permite acumular momento para control de maniobras) y magnetorque. 

Un ACS típico tiene una serie de modos, entre los cuales transita de acuerdo a un flujo lógico: detumble mode (modo estabilizador), safe mode (modo seguro), sun pointing mode (modo de enfilamiento al sol), nadir/off nadir mode (donde nadir es el punto de la esfera celeste, diametralmente opuesto al cenit), inertial ponting mode (modo de enfilamiento inercial), y target pointing mode (modo de enfilamiento al objetivo). Los tres primeros modos son catalogados por el experto pakistaní como modos de mantenimiento del sistema, el modo relativo al nadir como modo operacional de la carga útil y los dos últimos como modos experimentales.

Asimismo el diseño del FDIR tiene varios niveles, que entran progresivamente en funcionamiento en un proceso de acompañamiento del normal funcionamiento del subsistema de control de actitud ACS, siendo en el nivel de supervisión donde se detectan las fallas y se intenta reconfigurar la unidad, de no tener éxito se remite la información a una unidad de procesamiento de datos y se escala el evento a la unidad FDIR del satélite y al centro de control en tierra. Tanto la unidad FDIR del satélite como el centro de control proceden con sus respectivos procedimientos de reconfiguración del hardware del ACS, básicamente los sensores, unidad de procesamiento de los algoritmos de control y navegación y los actuadores.

El análisis de probabilidades estima tiempos promedios entre fallas y tiempos estimados de reacción de los diferentes componentes del ACS, con la  consideración que lo más probable es que los sensores sean los primeros en presentar anomalías. De esta manera se busca imbuir mayor confiabilidad en los requerimientos hacia nuevos satélites de observación terrestre, con sistemas de detección y corrección de fallas más robustos.

Fotografía: Peter Watson

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