20 abril, 2018

Tesis

 

Tesis de Maestría rendidas por nuestros alumnos

 

Propuesta para mejorar el factor de amortiguamiento en estructuras de satélites nacionales empleando sistemas pasivos.

Ing. Eliana Selén Sánchez

Esta tesis estuvo orientada particularmente a lograr mejoras en los amortiguamientos estructurales aplicables a los proyectos espaciales nacionales. El nivel de perfeccionamiento del desempeño del proyecto espacial dependerá del tamaño y/o complejidad del satélite pero fundamentalmente de cuanto pueda incrementarse el amortiguamiento estructural, por ello se ha establecido como objetivo lograr una mejora de al menos un 1.5% ya que garantiza una mejora significativa del desempeño del proyecto satelital, evidenciada por (una o una combinación de las siguientes mejoras): la obtención de estructuras más livianas y/o confiables, por la reducción de costos de lanzamiento, por permitir llevar equipamiento adicional para mejorar la misión o para prolongar la vida útil del satélite, por poder hacer equipos más livianos y/o más confiables, por poder ahorrar costos de eventuales ensayos adicionales del equipamiento, por permitir volar equipos menos resistentes; en síntesis permitirán perfeccionar el desempeño del proyecto espacial en términos de costos y/o cronograma y/o performance técnica.Esta tesis resulta original ya que actualmente no existen publicaciones que presenten los criterios de diseño que motivan esta tesis. El objetivo primario de la presente tesis ha sido el Obtener un conjunto de Criterios que – al ser aplicados en el diseño de estructuras de naves espaciales nacionales – permitan maximizar sus amortiguamientos estructurales. A este objetivo le fue adicionado un requerimiento mandatorio consistente en que la aplicación de estos criterios de diseño no alterara significativamente el concepto estructural utilizado en los satélites cientificos nacionales.

 

Utilización de paneles sándwich con láminas de material compuesto en el fuselaje de lanzadores nacionales.

Ing. Julieta Gutiérrez

Se ha demostrado la factibilidad y conveniencia de realizar el fuselaje de los lanzadores nacionales con paneles Sándwich con pieles de material compuesto de fibras de carbono.
Este objetivo fue alcanzado gracias a realizaron los cálculos necesarios para el diseño del panel sándwich mediante un programa en MATLAB. De esa forma se encontró la combinación óptima de materiales y espesores con un mínimo peso para el panel sándwich diseñado. Además, se diseñó una herramienta para el dimensionamiento de fuselajes sin presión interna para futuros cálculos. Estos cálculos se compararon con el diseño del fuselaje de Aluminio macizo y con una estructura de Isogrid de Aluminio.
Se realizó un modelo con Elementos Finitos del fuselaje y se pudo verificar que la estructura diseñada soporta las cargas y Momentos aplicados durante el lanzamiento y se calcularon los modos fundamentales de vibración de la estructura.
Por último, para validar los métodos de fabricación y las propiedades de los materiales se fabricaron probetas del mismo y se realizaron ensayos mecánicos. Se llegó a la conclusión que el adhesivo utilizado no tenía las propiedades deseadas ya que falló a menor carga de la esperada durante los ensayos mecánicos.

 

Optimización del subsistema de potencia de un satélite mediante la aplicación de técnicas heurísticas.

Ing. Adrián David Mentesana

En esta tesis se presenta una nueva metodología para el diseño de un subsistema de potencia perteneciente a un satélite LEO. En el método tradicional, se selecciona cada componente según el criterio del diseñador, siguiendo sus propias reglas y herencia. Este tipo de optimización no es global y depende del criterio del encargado del subsistema o quien conduce el diseño.El método propuesto mejora este esquema principalmente en dos aspectos. En primer lugar se utilizan los objetivos de manera independiente al criterio del diseñador de turno, aquí se han elegido como objetivos: costo, masa, eficiencia y performance, pero se puede modificar esta lista de acuerdo al sistema en cuestión. En segundo lugar, se optimiza el sistema completo y no individualmente, con funciones objetivo contrapuestas o conflictivas entre ellas.

Utilizando las tablas de componentes y partes (que son completas al momento de esta investigación) se elaboran las soluciones óptimas que en este caso son un conjunto reducido pero no único como en el caso del problema mono objetivo o multi objetivo pero con criterios no contrapuestos. Este conjunto se puede reducir con algún criterio heurístico que provenga de la práctica, de la política del proyecto, del cronograma, etc. La selección de la mejor opción se realiza en conjunto con el encargado del sistema y del proyecto.

Se han construido en esta tesis, cuatro sub-herramientas que permiten el diseño conceptual de un subsistema de potencia en forma integral: un programa que realiza un dimensionado inicial (sizing), un simulador del subsistema completo, una herramienta optimizadora multi objetivo y una base de datos de componentes y partes, que alimentan las tres herramientas de software generadas.

 

Planificador de misión autónomo en tiempo real para satélites de órbita baja.

Ing. Nadia Amira Pucci

En la actualidad, los proyectos satelitales invierten una gran cantidad de recursos en realizar el conjunto de operaciones terrestres. La mayoría de estas actividades procuran mantener con vida al satélite y cumplir con el plan de misión.Muchas de estas operaciones se realizan rutinariamente y además en gran parte de las misiones LEO sólo pueden efectuarse cuando el satélite se encuentra en visibilidad con la estación terrena. Para la reducción de costos y optimización de los recursos asignados a las operaciones de Tierra, se presenta en esta tesis un planificador autónomo en tiempo real como un nuevo enfoque para mejorar la performance del sistema sin resignar ninguna funcionalidad, permitiendo gestionar el plan de misión sin una supervisión estricta de la estación terrena.

El planificador consiste en una librería de funciones alojada en la computadora de carga útil. Su condición de autónomo está relacionada con calcular independientemente las variables de navegación y orientación, reconocer los eventos geométricos y establecer una comunicación con el módulo de servicio para la posterior toma de decisiones, advirtiendo en caso de falla de la carga útil.

Si las tareas de planificación se realizan sólo en Tierra requieren alta demanda de comandos y en satélites pequeños, este flujo de datos de subida puede ser el factor crucial para el dimensionamiento del sistema de comunicación en banda S o de uso similar.

La principal motivación de esta investigación es contribuir en el uso inteligente de los recursos a bordo mediante la adición de inteligencia extra al satélite, para mejorar las operaciones en tiempo real y el rendimiento general de la misión.

 

Arquitecturas tolerantes a fallos de redes de aviónica aero-espacial basadas en COTS.

Ing. Facundo Nicolás Oliva Cúneo

En el diseño de plataformas satelitales aparecen cómo alternativas interesantes el uso de arquitecturas modulares, ingeniería reutilizable, así como el uso de componentes comerciales no calificados formalmente para el espacio (denominados COTS, por sus siglas de “Commercial Off The Shelf”). Las arquitecturas modulares y la ingeniería reutilizable, permiten que los costos de desarrollo se amorticen entre varios proyectos, a la vez que disminuyen los tiempos de desarrollo y fabricación. Los COTS, al estar basados en tecnologías más nuevas, son de menor costo, tamaño, peso y tienen altas prestaciones, además, pueden adquirirse fácilmente evitando demoras en el desarrollo y la fabricación.
El desafío que este paradigma basado en COTS presenta, es el de mantener la confiabilidad ya que estos componentes no calificados tienen más probabilidades de fallar y/o degradarse en el medio ambiente espacial. Una solución, es el de emplear arquitecturas tolerantes a fallos, es decir, estrategias de diseño e implementación que aumenten la probabilidad de que el sistema no tenga errores ni se averíe, y siga funcionando correctamente, aún ante la ocurrencia de fallos. Estas técnicas de tolerancia a fallos recurren a redundancias, lo que en ciertas condiciones, también aumenta la vida útil del sistema (no de los COTS en sí, sino del sistema integral que los emplea).
El objetivo de la presente investigación, es hacer un aporte al plan general de crear satélites nacionales competitivos en el mercado internacional, abordando el problema del diseño de plataformas de relativamente menor peso, menor tamaño, mayores prestaciones, menor costo, y que mantengan la confiabilidad, entendiendo que dichos ejes son determinantes en la relación prestaciones/precio, y bajo la hipótesis que diseños basado en COTS, arquitecturas tolerantes a fallos e ingeniería reutilizable, son una alternativa a la solución del problema.
Bajo esta hipótesis, el trabajo se enfoca en la red de comunicación entre los subsistemas electrónicos de la plataforma satelital (llamada red de aviónica) al desarrollar arquitecturas con un alto grado de redundancia y posibilidades de reconfiguración, basadas en maneras novedosas de interconectar los componentes, presentando una oportunidad de innovación, dado que las prestaciones de los buses actualmente utilizados, han quedado según los ejes analizados a gran distancia respecto de los basados en COTS.

 

Análisis, comparación e implementación de sistemas de refrigeración criogénica, para detector de HgCdTe a ser usado en satélites de observación terrestre.

Ing. Danilo Silva Griffouliere

Esta tesis tiene como propósito analizar y comparar los principales métodos de refrigeración criogénica para una misión satelital de observación terrestre, estudiando la temperatura (FPT) de operación requerida por un detector de HgCdTe (Mercurio, Cadmio y Telurio – MCT), atendiendo al ruido térmico admisible generado por este. Para ello se vale, como caso de implementación, de los actuales requerimientos del satélite SARE 2A, como recurso para hacer hipótesis de operación y conceptualizar y restringir la problemática, encontrándose este, al día de hoy, en vías de desarrollo. Se exponen las principales características y ventajas de los sensores de MCT, en comparación con otras tecnologías.Para el análisis del detector, se parte de las mediciones de corriente oscura realizadas para uno comercial, a diferentes temperaturas y longitudes de onda de corte (cut-off wavelength). Se encuentran valores de FPT, asociados a la mínima radiancia detectable, para distintas dosificaciones en la terna aleada del detector de MCT (HgCdTe), en adición con las variaciones porcentuales de la mínima temperatura admisible con la radiancia a tope de atmosfera. Se analizan los valores de radiancia que producen la saturación del detector y el predominio porcentual de la corriente oscura sobre el total de ruidos que afectan su desempeño. Se realiza un cálculo radiométrico, bajo el requerimiento de relación entre señal y ruido (SNR), contemplando la radiancia a tope de atmosfera captada por el instrumento, la reflectancia de espejos y el ángulo sólido del telescopio, un tiempo de integración estimado y considerando los principales ruidos que afectan a la señal (ruidos de fotones, de lectura, térmicos y de cuantificación). Se hace un breve análisis de los efectos de la inclinación del detector en relación a la perpendicularidad del flujo incidente.

 

Modelización y análisis de una cámara hiperespectral para su calibración radiométrica.

Ing. Leandro Fabián Rocco

 

 

Estudio y Análisis de Alternativas del Diseño de la Electrónica de Control Térmico para los Sensores del Instrumento Tir de la misión SABIA-Mar.

Ing. Nicolás Andrés Alberto