TEMÁTICA

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La cátedra da lugar al encuentro de las diferentes tecnologías que se están desarrollando en una serie de proyectos, que guardan estrecha relación entre sí; no tanto por la similitud de sus objetivos, sino por compartir el objetivo último de investigar y desarrollar tecnologías para uso en espacio que no sigan los patrones marcados por el “espacio cla´sico”. El espacio clásico dicta que dado que el espacio es un entorno sobre el que desarrollar y poner en uso, es el resultado de un esfuerzo ingente, una vez que una tecnología ha alcanzado un estadío de madurez y supervivencia más que considerables en un entorno tan hóstil, el hecho de intentar cambiarla o actualizarla encuentra gran oposición. Por tanto, las posibilidades en el espacio se tornan rápidamente obsoletas, en comparación con los avances que se pueden utilizar en La Tierra, tanto en tipo de sensores, controladores, actuadores…

En los distintos proyectos se está trabajando en adaptar tecnologías más avanzadas (tanto hardware como software) que las usuales en espacio; siendo la cátedra el punto de encuentro para unidades de software, unidades de electrónica, técnicas de validación… y se ponen en común integrándolas en el desarrollo de un satélite que haga uso de ellas. Se pone en práctica el concepto de “nuevo espacio”, detallado más adelante.

En cada uno de estos apartados puedes llevar a cabo tu Trabajo Fin de Grado o Tesis Fin de Máster, o incluso el TFx puede versar sobre tareas de integración de diversas tecnologías hardware y software, en lugar de participar en el desarrollo de alguna de ellas por separado.


Introducción al “Nuevo Espacio”

Desde el principio, los trabajos realizados en torno a la cátedra UC3M-Sener giran en torno al concepto de “nuevo espacio” … pero, ¿en qué consiste?

El concepto de “nuevo espacio” hace referencia a los nuevos usos y aplicaciones de las tecnologías para uso en espacio; aplicaciones donde la extrema fiabilidad de los sistemas tradicionales (grandes satélites de telecomunicaciones como ejemplo) no es absolutamente necesaria, porque el número de unidades por aplicación suele ser muy elevado, y por tanto el fallo de unas pocas unidades no es significativo.

O bien, se demandan plataformas espaciales de menor coste, pero manteniendo la fiabilidad. Objetivo que sólo puede lograrse consiguiendo soluciones de aviónica y electrónica de a bordo de menor coste, pero igual fiabilidad; lo que introduce una problemática muy compleja a la que dar respuesta.

Por tanto, para satisfacer la necesidades del “nuevo espacio” es necesario disponer de un ecosistema hardware y software con costes menores y con sistemas fácilmente reproducibles. Los siguientes párrafos ilustran de forma sintetizada las características de ambos “mundos”:

El entorno de operación de un sistema que ha de funcionar en el espacio se caracteriza por ser extremo y agresivo: Presencia de radiación Beta / Gamma, Presencia de partículas de alta velocidad y alta densidad, Amplio margen de temperatura, Salida más allá de la influencia de los planetas, gran estrés de carácter mecánico.

Electrónica para espacio:

  • Concebida y fabricada desde el principio para ser robusta
  • La robustez deriva en componentes relativamente sencillos
  • La radiación no es un gran problema hasta que la dosis acumulada es muy alta
  • Componentes diseñados para funcionar en un entorno sin ventilación por aire
  • Resistente a fuertes vibraciones
  • La fiabilidad se mide por la cantidad de horas de uso en espacio

Limitaciones:

  • Sistemas de alta complejidad computacional se consiguen mediante el uso conjunto de sistemas más sencillos, es un sistema de sistemas
  • El punto anterior origina sistemas con un coste muy elevado
  • Son fabricados bajo demanda
  • Cada sistema individual cuenta con su propio software independiente
  • Software difícil de actualizar

Esta imagen representa un ejemplo de sistema para espacio, bajo un paradigma tradicional. Cada uno de los elementos sombreados en color gris representa un dispositivo computacional independiente, con su propia memoria de programa y de datos separada de las demás. Los diferentes sistemas están relacionados mediante un medio o bus de comunicaciones. Cada uno de los sistemas de forma independiente es muy fiable, presentando el sistema compuesto definitivo una fiabilidad semejante, dado que la relación entre los sistemas sólo es a nivel de comunicaciones internas, no llegando a compartir nada de su hardware ni software en ningún momento. Como contrapartida, la comunicación entre los dispositivos puede alcanzar un elevado grado de complejidad.

NUEVO ESPACIO

Dadas la necesidades de incurrir en un menor coste en el desarrollo de las plataformas; no se puede recurrir a los componentes que generalmente se han utilizado para usarlos en el espacio.

Electrónica:

  • Diseñada para funcionar a nivel de la superficie terrestre
  • La radiación y los cambios severos de temperatura suponen un gran problema
  • Los sistemas computacionales complejos, sistema de sistemas, en un único componente como algo habitual
  • Diseñados para poder ser ventilados mediante el uso de aire
  • Disponibilidad de componentes electrónicos para tareas específicas a bajo coste
  • Un único software para todo el sistema

Limitaciones:

  • No está diseñado para funcionar en el entorno espacial
  • La supervivencia y/o funcionamiento de los componentes electrónicos es más que cuestionable al usarlo fuera de su entorno
  • Las te´cnicas / métodos / electrónica de suplemento cuyo objetivo es aportar resistencia y/o tolerancia a la radiación y/o cambios amplios de temperatura debe ser añadida de forma posterior al proceso de diseño y manufactura de los componentes

En esta imagen se muestra un ejemplo de sistema de sistemas, es muy similar al expuesto para el caso del “espacio tradicional”, con la diferencia de que cada uno de los dispositivos ya no es un sistema independiente, sino que puede entenderse como una tarea más a ser gobernada por un procesador centralizado, que puede contar con múltiples procesadores u hilos de ejecución; en este paradigma se comparten recursos de hardware como la memoria de programa y de datos, se agilizan las transacciones de datos al no estar basadas éstas en un medio de comunicación físico y se permite una actualización más fácil del software. Como contrapartida, ya no se tiene una gran fiabilidad por cada sistema individual, la fiabilidad ahora depende del sistema completo… por lo que se introducen retos nuevos a la hora de diseñar la estructura del software y del hardware que antes no estaban presentes. Retos que hacen necesaria una estrecha colaboración entre grupos multidisciplinares, así como entre grupos más acostumbrados al ritmo de la empresa y grupos más habituados a los desafíos propios de la investigación, como son los grupos de la universidad; haciendo de este un ambiente idóneo para la formación de estudiantes en la materia de “New Space”.

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