AMSAT EA - Satélites de radioaficionado
AMSAT EA - Satélites de radioaficionado

Proyecto de satélite EASAT 2 de AMSAT EA

Actualmente existe una iniciativa en AMSAT EA para la definición y construcción de un pequeño satélite para el uso por parte de radioaficionados y radioescuchas. El nombre del proyecto del satélite es EASAT 2.

Este proyecto se encuentra actualmente en fase de diseño inicial. Esto quiere decir que se tiene ya una definición del mismo y se está procediendo a diseñar y construir prototipos de los diferentes subsistemas que compondrán el satélite.

La plataforma elegida para el satélite es un PocketQube, un diseño más pequeño aún que un CubeSat.

Estructura 2P elegida, de Alba Orbital (11.4 x 5 x 5 cm)

Fase actual

Se han realizado estudios de energía para determinar la viabilidad de diversas configuraciones de satélites, incluyendo pocketCube 1P (5x5x5cm), pocketQube 2P (5x5x10cm) y CubeSat 1U (10x10x10cm). Se ha descartado el primero por su escasa capacidad energética y el último debido al elevado coste de lanzamiento, quedando centrada la propuesta en el segundo.

También se ha hecho un pequeño estudio de potencia para comprobar que efectivamente es factible trabajar con 0.25W de emisión en el satélite y que esta potencia permite trabajar con transceptores portables estilo Walkie y antenas direccionales también portables. Esto ya se ha comprobado experimentalmente (satélites como el SO-50 utilizan 0.25W) pero se ha querido ser formales.

 

Partiendo de esta elección de un pocketQube 2P, actualmente estamos evaluando los elementos a utilizar para el receptor y el emisor así como la unidad de control interna. Básicamente se evalúan dos posibilidades: utilizar chips dedicados o realizar circuitos con componentes discretos.

Actualización de estado, 26 de Noviembre de 2016

 

El sábado 5 de Noviembre se reunió en Madrid el grupo de desarrollo del satélite EASAT2. Este grupo ha crecido desde el verano y suma ahora 6 personas.

 

Aparte de Daniel Estévez EA4GPZ, Raúl de Pablos EA4GVA y de Félix Páez EA4GQS, contamos ahora también con la ayuda de Ignacio Mendizábal, que está diseñando el PCB (circuito impreso) del módulo MCU, Eduardo Alonso EA3GHS que está aportándonos sus conocimientos de Radiofrecuencia y de Diego Vilca que amablemente nos asesora sobre soluciones de antenas.

En la reunión, que sirvió también para que se conocieran aquellos integrantes que aún no habían coincidido, se abordó el estado actual del proyecto, se plantearon los siguientes pasos a seguir y se debatió sobre los diversos problemas técnicos a los que se enfrenta el grupo.

 

En lo referente al estado actual del proyecto, las tareas realizadas en este periodo han sido las siguientes:

 

En cuanto a la parte administrativa: se ha creado un grupo de correo interno para los miembros del equipo así como un repositorio de documentos, código, diseños, simulaciones y hojas de datos de componentes.

 

En cuanto a la parte técnica:

 

Subsistema MPPT

  • No se han realizado cambios. Se sigue manteniendo el diseño realizado por Daniel a la espera de que se decida implementarlo en un primer prototipo.

  • Se han adquirido las baterías que se pretende utilizar y se han realizado unas pruebas preliminares de las mismas.

Subsistema MCU - parte software

  • Se ha migrado el código de la baliza realizado en ensamblador a C. Se ha finalizado la parte del mismo relativa a la medición de voltaje de batería y corrientes solar y de batería y de termómetro del sistema. Queda pendiente la realización de las rutinas de watchdog y de interfaz con el sistema de RF, así como la decodificación de comandos desde Tierra y el control de ganancia, que se pretende se lleve a cabo por la CPU.

Subsistema MCU - parte hardware

  • Se ha creado el proyecto del MCU en KiCad y se han diseñado los primeros componentes del PCB. Queda pendiente incorporar el resto de componentes y unirlos de acuerdo a la especificación.

Subsistema RF

  • Se ha descartado inicialmente la posibilidad de realizar un receptor y emisor separados y se ha optado por diseñar un transpondedor. Se dispone de una primera versión del mismo basado en transistores, que aún ha de ser adaptada a las necesidades del proyecto.

  • Se han adquirido módulos de RF integrados, como los utilizados en algunos sistemas portátiles (walkie-talkies) para evaluación y para ser utilizados en las pruebas del resto de subsistemas mientras se concluye el diseño del sistema de RF.

Estructura y mecánica

  • Se ha encargado la realización mediante impresora 3D de una maqueta a escala 1:1, con el objeto de estudiar la colocación interna de componentes. Esta maqueta tan solo tendrá las dimensiones interiores del satélite, pero no los orificios ni el resto de elementos.

Diseño termal

  • No hay avances ya que de momento no se ha afrontado este tema.

Sistema de orientación

  • Tampoco se ha afrontado

Sistema de antenas

  • Se ha debatido la problemática de incorporar una antena para UHF y otra para VHF sobre todo por el poco espacio disponible. Se debe abordar cómo se plegarían para acomodarse al lanzador.

 

Próximos retos

 

El debate se ha centrado en buena parte en el módulo de RF, que es la clave del sistema. El diseño debe ser muy pequeño, tener un consumo muy bajo y evitar en lo posible la utilización de circuitos integrados. Se ha optado por prescindir de tonos CTCSS para no tener que incluir un decodificador de los mismos. El primer enfoque que se va a intentar implementar es la activación por squelch del satélite y un control de ganancia realizado por la CPU. Como se ha indicado, la implementación del subsistema será en forma de transpondedor, con lo que el circuito copiará todo el rango de frecuencias recibido en VHF a la banda de UHF.

Por otra parte, para la recepción de comandos, se utilizarán secuencias de encendido y apagado capaces de ser decodificadas por la CPU.

El sistema de antenas sigue siendo otro de los elementos vitales que aún no está cerrado por la dificultad que entrañan los motivos indicados antes: no se dispone apenas de espacio y debe pensarse un sistema de plegado para las mismas.

 

En los próximos meses se espera seguir avanzando en todos los frentes abiertos: software del MCU, PCB del MCU, diseño del sistema de RF y obtención de una solución para las antenas. Una vez se considere que se dispone de suficientes elementos representativos implementados se plantearía la construcción de prototipos fabricados, pero de momento se está a la espera.

 

En cuanto al resto de tareas no abordadas se ha localizado a algunas personas a las que recurrir pero agradecemos si hay voluntarios que quieran echar una mano con los siguientes temas:

  • Diseño termal (estudiar el comportamiento del satélite en cuanto a temperatura, es decir, qué rangos de temperatura se espera que soporte y cómo mantenerlo dentro de unos márgenes)

  • Diseño mecánico - necesitamos fijar los componente a la estructura y para ello requerimos un diseño de las piezas y, si fuera posible, una primera versión física de las mismas.

  • Orientación - sabemos que utilizaremos imanes pero no hemos abordado este problema (elementos a utilizar, donde situarlos...)

  • Realización de software auxiliar: Hemos identificado que nos sería muy útil tener un sencillo programa de simulación energética (consumo y gasto) según varios parámetros.

Actualización de estado, 28 de Agosto de 2016

 

El disponer de más tiempo libre durante los meses de verano nos ha permitido avanzar bastante en algunas áreas, si bien otras presentan menos progresos. A fecha de hoy estas son las novedades:

  • Se ha elegido como procesador central del satélite el 18F45K22 de Microchip. Es un microcontrolador de 8 bits y velocidad máxima de 16 Mhz, aunque en principio se utilizará a 2 Mhz y muy posiblemente en el futuro a una frecuencia de funcionamiento aún menor para disminuir su consumo. Posee 32 Kb de memoria de programa, 1.5 Kb de RAM y 256 bytes de EEPROM. Se ha seleccionado este microcontrolador por la experiencia del equipo en esta familia de CPUs y debido también al buen funcionamiento observado por el PICAXE 40X2 a bordo del $50SAT, el cual deriva del 18F45K22. Otras ventajas son la inclusión de conversores analógico-digitales y DACs en el propio chip.
  • La baliza morse será generada por el propio 18F45K22 de forma software. Generará los pulsos en base a una onda cuadrada de 1 Khz que será suavizada antes de enviarse al mezclador audio. Éste, junto con la señal de fonía, alimentará el transmisor UHF. Félix EA4GQS está terminado el software de la baliza. Tan solo falta generar la señal de audio que se enviará al mezclador y algunos pequeños elementos complementarios más.
  • En breve esperamos contar con un primer prototipo del ordenador en formato de orificio pasante. Esperamos que incluya ya en funcionamiento los sensores de voltaje de batería y de temperatura. Raúl EA4GVA, recién incorporado al equipo va a trabajar en esta parte, aparte de colaborar con Daniel en la parte de gestión de la energía.
  • Por otra parte, Daniel EA4GPZ ha terminado ya un diseño preliminar del hardware de gestión de energía de los paneles. Estamos pendientes de construir el prototipo, para lo cual buscamos algunos paneles de características eléctricas semejantes a los que se utilizarán en el diseño final.
  • Continúa nuestra evaluación de varios chips de FM pero todavía no tenemos nada que nos convenza. Seguimos un poco estancados en el receptor VHF y emisor UHF. No encontramos diseños de circuitos ni circuitos integrados que nos sean útiles.
El futuro cerebro del satélite: 18F45K22

Notas sobre la elección del modo V/U frente al U/V (por Daniel EA4GPZ)

 

Sobre el modo U/V o V/U, hay varias razones a favor o en contra de cada uno. Todavía estamos en una fase preliminar del diseño del módulo de radio, así que no está completamente cerrado, pero nos decantamos por modo V/U, por las razones siguientes:

 

Diferencias de las bandas V y U:

  • Pérdidas por espacio libre. En la banda U las pérdidas por espacio libre son 9.54dB mayores.
  • Ganancia de antenas prácticas. En antenas del mismo tamaño, las antenas para banda U tienen unos 3.7dB más de ganancia.
  • Estos dos factores se contrarrestan parcialmente, pero dado que el satélite no tiene antenas directivas, en general las señales (en ambos sentidos) son unos 5.84dB más fuertes en la banda V.
  • La temperatura de la antena (i.e., el ruido que capta) es muy inferior en la banda U. Este parámetro es difícil de cuantificar, pues depende mucho de la ubicación y de la posición de la antena. No obstante, este hecho hace que señales transmitidas desde un satélite en LEO con la misma PIRE en banda V y U se escuchen con más SNR en la banda U que en la banda V, a pesar de las pérdidas por espacio libre.
  • El Doppler es 3 veces superior en la banda U. A la hora de operar satélites lineales sin control de Doppler, resulta más o menos igual de fácil operar los modos U/V y V/U en full-duplex, ya que se tiene feedback del Doppler en ambos sentidos. A la hora de operar un satélite FM en full-duplex, se tiene buen feedback del Doppler de bajada, pero muy poco feedback del Doppler de subida (No se sabe bien si la frecuencia de subida está bien ajustada. Si no se llega bien al satélite, puede ser por otros motivos). Esto favorece el modo V/U, ya que es más difícil errar con el Doppler de la subida. Operar un satélite FM en modo U/V en half-duplex y sin control de Doppler es realmente difícil.
  • La directividad de las antenas es mayor en la banda U. Esto hace que sea más fácil apuntar manualmente la antena si la bajada es en banda U.

En nuestra experiencia, es mucho más sencillo operar satélites FM en modo V/U que en modo U/V. En el caso particular del SO-50 o el

LilacSat-2, si eres capaz de escuchar la bajada está prácticamente garantizado que puedes llegar bien al satélite, incluso con 5W. Además,

la bajada del satélite te da un buen feedback para apuntar correctamente la antena. En el caso del AO-85, aparte de que los problemas que presenta y que hacen más difícil operarlo, resulta difícil apuntar la antena, ya que la señal de bajada se recibe muy fuerte desde un amplio abanico de direcciones y resulta difícil estimar la corrección Doppler a hacer.

Documentación del proyecto

 

Está disponible para descarga la siguiente documentación:

AMSAT EA - Propuesta de Satélite
Este documento describe la propuesta para el desarrollo de un pequeño satélite que actúe como repetidor radio de FM en una órbita baja.
AMSAT EA - Propuesta Satélite.pdf
Documento Adobe Acrobat [282.9 KB]
AMSAT EA - Requisitos de potencia de emisión para Satélite LEO de FM
Este documento demuestra que es factible trabajar con una potencia de 0.25W en un satélite para ser utilizado por estaciones portables y sencillas antenas direccionales
AMSAT EA - Requisitos de potencia de emi[...]
Documento Adobe Acrobat [71.2 KB]
AMSAT EA - Estudio de energía para un pocketQube 2P
Este documento muestra los cálculos que se han realizado para estudiar la viabilidad energética de un pocketQube 2P
AMSAT EA - Estudio energía PocketQube 2P[...]
Documento Adobe Acrobat [96.8 KB]

Colabora con nosotros

¿Te gustaría participar? ¿Te parece interesante diseñar y construir un satélite?.
 
¡Agradecemos tu colaboración para este proyecto!
 
Necesitamos personas, de cualquier país, con ganas de sumarse a esta iniciativa y que tengan conocimientos en alguna de las siguientes áreas:
 
- Diseño mecánico
  • Se debe proponer y validar una estructura para todos los componentes. Esto incluye la integración de la propia estructura con los paneles, la electrónica, batería, etc.
  • Necesitamos ayuda para la realización de maquetas del satélite, pueden ser en plástico y metálicas. Una posible alternativa podría ser imprimir en 3D las piezas.
- Diseño termal
  • Será necesario realizar un estudio terminal para garantizar que el satélite opera dentro de unos márgenes adecuados.
- Pruebas
  • Necesitamos personas que prueben todos los sistemas del satélite, tanto de forma individualizada por módulos, como de forma integrada. Será en la fase de pruebas cuando se detecten los problemas a corregir y se sugieran posibles soluciones.
 
Si te interesa este proyecto escribe a contacto@amsat-ea.org. Ten en cuenta que este es un trabajo no remunerado y que requerimos tu implicación, aunque de forma absolutamente flexible.

Puestos ya cubiertos por el equipo actual:

 

- Ordenador del satélite

  • El sistema de ordenador comprobará los subsistemas del satélite, pudiendo recibir comandos desde tierra. Generará a su vez telemetría. El microcontrolador elegido debe ser fiable y soportar un amplio rango de temperatura

- Sistema de energía basado en paneles solares

  •  El satélite se alimentará de paneles y tendrá una batería interna que cargar.
  •  El diseño de este subsistema es fundamental ya que es una de las partes más limitantes a la hora de ofrecer servicio.

- Diseño de los circuitos impresos

  • Una vez se hayan diseñado y probado los prototipos electrónicos será necesario diseñar los PCB a utilizar en el prototipo final de ingenería para pruebas así como en el propio satélite de vuelo.

- Diseño de sistemas de radiofrecuencia

  • Receptor VHF de FM para fonía (voz). Necesitamos diseñar y construir este subsistema
  • Emisor UHF de FM también para fonía. El satélite transmitirá en la banda de UHF, fonía (voz) y telemetría morse (audio modulado en FM)
  • Es necesario que el diseño ocupe muy poco espacio, aparte de tener un consumo muy limitado

Otras maneras de colaborar:

  • Si tienes conocimientos que crees que pueden resultarnos útiles y te gustaría prestarnos asesoría estamos encantados de conocerte. Ponte en contacto con nosotros
  • Cualquier información que hayas encontrado que pueda resultarnos útil, comunícanosla... Desde oportunidades de lanzamientos a piezas, circuitos integrados, etc. que creas que nos pueden ayudar en nuestro cometido.
  • Micromecenazgo: a medida que avance el proyecto es posible que vayamos a necesitar financiación para algunas partes. Te agradeceremos muchísimo que nos eches una mano. Pondremos más información aquí cuando se de el caso.

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AMSAT EA es una asociación española cuya misión es la difusión del conocimiento y la afición a los satélites de radioaficionado. Última actualización: 28 de Agosto de 2016. contacto / contact us by email on: contacto@amsat-ea.org