Ingeniería de Sistemas basada en estándares ECSS aplicada al diseño, fabricación, integración

441 Pages·2012·19.81 MB·Spanish

by  Ricardo Tubío Pardavila

DEPARTAMENTO DE TECNOLOXÍAS DAS
COMUNICACIÓNS
INGENIERÍA DE SISTEMAS BASADA
EN ESTÁNDARES ECSS APLICADA
AL DISEÑO, FABRICACIÓN,
INTEGRACIÓN, VALIDACIÓN Y
OPERACIÓN DE PICO, NANO Y
MICROSATÉLITES. APLICACIÓN A
LA CONSTELACIÓN HUMSAT.
TESIS DOCTORAL
2012
Autor Ricardo Tubío Pardavila
Directores Fernando Aguado Agelet
Marcos Arias Acuña
E.E.TELECOMUNICACIÓN
E.E.TELECOMUNICACIÓN
S
O
T
N
E
I
M
I
C
E
D
A
R
G
A
Amimadre,
portodoloquemehadado
yporquemelohadadotodo.
Amipadre,
porpequeñas-grandescosascomo:
“Custaomismofaselomalquefaseloben.”
AJacobo,yaMiguel,
pordarmeamigoscuandolosnecesitaba.
AAdri,aLore,aLoisyaCoco,
pordarmeunanuevavida.
ACésarArza,
porsuamistadyportodoloquemehaayudado.
AFernando,Marcos,Alberto,Dani,Darío,Helena,
yalrestodelequipo
porhacerrealloqueparecíaimposible.
(...)
Muerelentamentequiennoviaja,
quiennolee,quiennooyemúsica,
quiennoencuentragraciaensímismo.
Muerelentamentequiendestruyesuamorpropio,
quiennosedejaayudar.
Muerelentamente,
quienpasalosdíasquejándosedesumalasuerte
odelalluviaincesante.
(...)
Muerelentamente(extracto)-PabloNeruda
Sheetsofemptycanvas,untouchedsheetsofclay
Werelaidspreadoutbeforemeasherbodyoncedid...
Allfivehorizonsrevolvedaroundhersoulastheearthtothesun
NowtheairItastedandbreathedhastakenaturn
Ooh,andallItaughtherwaseverything
Ooh,Iknowshegavemeallthatshewore
Andnowmybitterhandschafebeneaththecloudsofwhatwaseverything.
Oh,thepictureshaveallbeenwashedinblack,tattooedeverything...
Itakeawalkoutside,I’msurroundedbysomekidsatplay
Icanfeeltheirlaughter,sowhydoIsear?
Oh,andtwistedthoughtsthatspinroundmyhead,I’mspinning,oh,
I’mspinning,howquickthesuncandropaway
Andnowmybitterhandscradlebrokenglassofwhatwaseverything
Allthepictureshaveallbeenwashedinblack,tattooedeverything...
Allthelovegonebadturnedmyworldtoblack
TattooedallIsee,allthatIam,allI’llbe....
Iknowsomedayyou’llhaveabeautifullife,
Iknowyou’llbeastarinsomebodyelse’ssky,
Butwhy,why,whycan’titbe,can’titbemine?
Black-PearlJam(1991)

Índice de contenidos
I Introducción y estado del arte 1
1. Introducción 3
1.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2. Abstract . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.3. Motivación. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.4. Estructura del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.5. Aportaciones de la tesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.6. Publicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2. Ingeniería de sistemas 13
2.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. Inicios de la ingeniería de sistemas . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3. Procesos de estandarización . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4. Proceso de estandarización ECSS . . . . . . . . . . . . . . 21
3. Sistemas de nanosatélites 49
3.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.2. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
3.3. Segmento espacio: el estándar CubeSat . . . . . . . . . . . 51
3.4. Segmento terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
3.5. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
(cid:225)
ÍNDICEDECONTENIDOS
1
3
4
II La misión HUMSAT y el programa GEOID 71
e
d
4. La misión HUMSAT 73
VIII 4.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.2. Nacimiento del sistema HUMSAT . . . . . . . . . . . . . . . 74
a 4.3. Concepto de misión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
n
gi
á 4.4. Diseño conceptual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
P
4.5. Organización del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
4.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5. Arquitectura del sistema HUMSAT 129
5.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
5.2. Nivel de sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
5.3. Segmento espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
5.4. Segmento Terreno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.5. Nivel de detalle en la especificación . . . . . . . . . . . . . 175
5.6. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6. El programa GEOID 177
6.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.2. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
6.3. Análisis de la misión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
6.4. Modelo base de CubeSat GEOID . . . . . . . . . . . . . . . 184
6.5. Diseño de la órbita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
6.6. Viabilidad del modelo base . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212
6.7. Definición de la constelación . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
6.8. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
7. Proyecto HUMSAT Demostrador 241
7.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
7.2. Concepto de misión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
7.3. Adaptación del sistema XaTcobeo . . . . . . . . . . . . . . 258
7.4. Arquitectura del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259
S
7.5. Gestión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284 O
D
7.6. Estado actual del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 NI
E
T
7.7. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 299 N
O
C
E
8. Síntesis de resultados 301 D
E
8.1. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301 C
DI
N
8.2. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 Í
8.3. Líneas futuras de trabajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
X
I
(cid:225)
III Addendum 309
A. Análisis orbital 311
A.1. Elementos Keplerianos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311
A.2. Órbitas heliosíncronas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316
B. Tiempo de vida orbital 327
B.1. Objetivos del análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
B.2. Configuración del satélite . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
B.3. Análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329
B.4. Mecanismos de deorbitación . . . . . . . . . . . . . . . . . 337
C. Escenarios de simulación de la constelación GEOID 345
C.1. Parámetros de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 345
C.2. Parámetros de salida. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 349
D. Superficie iluminada 351
D.1. Períodos de eclipse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
D.2. Superficie media iluminada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356
D.3. Control activo de la rotación . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359
E. La interfaz SSI 361
E.1. Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361
E.2. Descripción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
(cid:225)
ÍNDICEDECONTENIDOS
1
3
4 E.3. Protocolo de comunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . 367
e
d Publicaciones 395
X
Bibliografía 410
a
n
gi Lista de acrónimos 411
á
P
Índice de figuras 417
Índice de tablas 421
Índice extendido de contenidos 431