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Promover a México en el espacio: labor de Carga de Servicio Mexicana

Por Tania Robles

Ciudad de México. 23 de febrero de 2016 (Agencia Informativa Conacyt).- En la Facultad de Ingeniería (FI) y en el Instituto de Ingeniería (II) de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) se ha trabajado durante algunos años un proyecto ingenieril cuya misión es fomentar y colaborar en el desarrollo espacial del país. Se trata de una plataforma o estructura capaz de resguardar elementos tecnológicos en su interior para realizar pruebas en ellos. En estas pruebas se les someten a condiciones físicas parecidas a las espaciales, pues alcanzan alturas de más de 30 kilómetros sobre el nivel del mar a través de globos estratosféricos. A este proyecto se le llamó Carga de Servicio Mexicana (CSM).

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En entrevista, el doctor Frederic Trillaud, quien hasta este año coordinó la investigación, platicó los detalles y siguientes etapas del proyecto.

Un servicio espacial

Carga de Servicio Mexicana 1La idea de la CSM comenzó desde 2013 con la plataforma de pruebas suborbitales Pixqui, que fuera coordinada por el Instituto de Ciencias Nucleares (ICN) y con trabajo también de la FI de la misma universidad. A finales de 2014, la idea de retomar la capacidad de crear el conocimiento e infraestructura espacial fue la que empezó a gestar la CSM por parte del grupo de la FI y el II.

Con la CSM se  integró un componente de la iniciativa privada al incorporar en el proyecto a la empresa Remtronic Telecomunicaciones, la cual brindó el servicio del vuelo suborbital y recuperación de la carga.

“Para nosotros la prioridad fue la recuperación de la carga de servicio debido a que, desde el principio, el proyecto se diseñó con el cometido de tener clientes, quienes obviamente deben recuperar su equipo. Uno de los personajes principales también fue la empresa Remtronic y el club de radio Amateur quienes ayudaron en el seguimiento y recuperación, una tarea para nada fácil pues se necesita infraestructura y técnicas especiales”, comentó el doctor Trillaud.

A lo largo de 2015, el grupo de investigadores y estudiantes de la CSM trabajó en el diseño, fabricación, modelado y simulación de la carga de servicio.

Ingeniería al espacio

Se trata de un vuelo en donde el peso a elevar está muy limitado. Para alcanzar más de 30 kilómetros de altura, la CSM debía pesar menos de 2.5 kilogramos. La electrónica es la parte más importante de la carga, por lo que la estructura debe ser lo más ligera posible; sin embargo, debe ser muy rígida al mismo tiempo. Para esto, “el diseño fue complicado, pero se resolvió con una estructura de un marco de aluminio que pesó alrededor de 290 o 300 gramos, lo que nos permitió que la electrónica pudiera pesar 2.1 kilogramos incluyendo la carga del cliente”, platica el profesor de la FI, el doctor  Fernando Velázquez Villegas.

Esta estructura mecánica además tiene un amortiguamiento que a su vez debe ser ligero y resistente. Se ideó una estructura interna en la cual la electrónica se encontraba suspendida con resortes, lo que ayudó que al momento del impacto con el piso no se dañara.

Además, se consideró la temperatura a la que se iba a elevar el globo con la CSM, por lo que se implementaron coberturas que también cumplen con la característica importante de contar con un bajo peso. Uno de estos recubrimientos fue el unicel común, un material sumamente ligero y altamente aislante; el otro material usado fue una película del material mylar con un recubrimiento de aluminio, material que se utiliza para proteger algunos de los componentes electrónicos de satélites espaciales al lanzarse. “Es un recubrimiento delgado pero funcional incluso en cuestiones de radiación, luego al trabajar con el modelado térmico se determinó que se tenía que usar un mayor número de capas, o sea tres capas de mylar, algo más eficiente. El material evita que la temperatura externa, que puede llegar a menos 70 centígrados, afecte la electrónica del interior, componentes comerciales que no permiten reducir su temperatura a menos 20 centígrados”, comentó el ingeniero Jonathan Remba Uribe, director de Remtronic Telecomunicaciones.

El maestro en ingeniería Lauro Santiago Cruz, e investigador de la Coordinación de Electrónica del II, fue el responsable de la electrónica de la CSM que tiene dos características principales. La primera es el monitoreo, registro y adquisición de datos; la otra es la alimentación energética de la CSM para sistemas como el de recuperación, “estos dos sistemas van guardando datos del vuelo en una memoria, para después nosotros poderlos analizar y conocer su comportamiento durante el vuelo”, explicó.

Dr Fernando Velazquez equipoEn la parte de la potencia, el sistema se alimenta de la batería. Aunque en principio el diseño eléctrico que se había realizado era con tres fuentes de alimentación basado en el primer vuelo de 2013, es decir el de Pixqui, en esta ocasión la restricción del peso ocasionó que se disminuyera a solo dos tarjetas de alimentación, una para el registro, monitoreo y adquisición de datos y la otra tarjeta para los sistemas de la carga útil. Las tarjetas fueron envueltas y sujetados los conectores para evitar falsos contactos y pérdidas de información. Todo esto en un tamaño de 10 por 15 por 15 centímetros.

El globo estratosférico que se utilizó para elevar la CSM es un globo de látex de tipo meteorológico de sondeo y llamado de tres mil gramos por el peso que puede cargar el cuello del mismo. Este globo tuvo la tarea de subir la CSM. En su punto de vuelo más alto explotó, momento en el cual se desplegó un paracaídas. Al llegar al piso, el vuelo registraba una velocidad de 8.5 metros por segundo.

Para poder someterlo al vuelo, se realizó un trabajo de diseño en el que se calcularon efectos mecánicos, térmicos y electrónicos, además de haber estudiado la compatibilidad electromagnética de la CSM. Todo esto durante menos de un año, en el cual se hicieron simulaciones, en particular del amortiguamiento e incluso con la consideración de nuevos prototipos. La CSM realizó su primer vuelo el 28 de noviembre de 2015 en el Parque Ecológico Explora en Guanajuato, en el que alcanzó una altura de 32 kilómetros e hizo un recorrido total de 120 kilómetros hasta su caída.

Después de rescatar la CSM, se recuperó del registro la información obtenida y se constató que había sido un vuelo y caída exitosos puesto que no se sufrieron daños ni pérdidas. El equipo aún se encuentra en el análisis de los datos, mismos que serán presentados durante la International Astronautical Congress 2016 (IAC 16) en Guadalajara, Jalisco, en donde se hablará de la CSM y de los alcances que este proyecto universitario pretende desarrollar en el ámbito espacial y creación de conocimiento propio para el país.

En la CSM se contó con el trabajo de los doctores Velázquez Villegas, Trillaud y del maestro Santiago Cruz, además de la participación de estudiantes. La realización de este proyecto estuvo bajo fondos de la Facultad de Ingeniería y de la UNAM, además se buscó sin éxito ser seleccionados para obtener financiamiento en el Fondo Sectorial de la Agencia Espacial Mexicana y el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), mismo por el que concursarán este año.

Misión a futuro

Según el portal de comunicaciones de la FI, el equipo tiene planeado dos vuelos subsecuentes en 2016 y 2017, los cuales serán patrocinados por el fondo mixto del Instituto de Ingeniería y de la Facultad de Ingeniería. También aseguran que esta tecnología podría ser útil en la detección de incendios y fomentar la incursión mexicana y universitaria en materia aeroespacial.

Equipo antes de Lanzamiento 16 3 2Los investigadores se dicen satisfechos del resultado y mencionan que uno de los puntos clave del proyecto es que no se apoyaron sobre conocimientos previos, pues la idea era hacer todo mexicano, es decir no usar estándares como cubesats o demás, sino proporcionar algo distinto y generar desarrollo tecnológico. Con bastantes ideas al principio, al final obtuvieron una estructura que aunque sí sufrió una pequeña deformación, permitió subir la electrónica de Ulises 2.0 sin daño y cumplir con su cometido.

En un futuro, se espera que la CSM logre elevar cargas útiles de tres o diez kilogramos de acuerdo con la misión. Para esto, la adquisición del globo, que en este caso es distinto, debe ser a través de un centro de investigación académica y no de la iniciativa privada.

“Nosotros no somos una gran competencia, pero podemos aportar nuestro conocimiento y servicio a la comunidad. La idea es que en el futuro tendremos la posibilidad de una carga de servicio con peso más alto. Para eso necesitamos globos más grandes e infraestructura más importante, tener a ciertas agencias gubernamentales involucradas como podrían ser la Secretaría de Defensa Nacional (Sedena) o la Agencia Espacial Mexicana (AEM) para obtener permisos y trabajar en la recuperación de la carga. La idea es que a futuro México pudiera tener la capacidad de cargar hasta una tonelada de carga útil. La parte industrial es importante en esto porque la mayoría del trabajo se hace a través de este sector cuando se trabaja con agencias gubernamentales, es por eso que desde el principio estos proyectos deben incluir la iniciativa privada”, finalizó el doctor Frederic Trillaud.

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