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GNC: al volante de un viaje espacial

Por: Fernando José Del Blanco Cardenas, José Pablo Núñez Martínez, Toribio David Malvaez Mora, María del Carmen Ribé Viesca y Andrea Zavala Sousa.


Al pensar en el espacio, nuestra primera imagen siempre es un inmenso lienzo negro sobre el que un millar de luces pintan un hermoso paisaje. Nuestra imaginación nos mueve a viajar por el cosmos e idear cómo sería recorrerlo a voluntad con increíbles naves… pero, si estuvieras dentro de una, ¿cómo sabrías a dónde ir? Tu misión necesita de GNC.


La Vía Láctea. Foto: NASA

GNC son las siglas para el subsistema de Guía, Navegación y Control. De manera burda, podemos decir que nos encargamos de que Pakal, nuestro nanosatélite, pueda llegar a donde debe y como debe ir para cumplir con su misión.


Imaginemos un sistema de GNC que utilizamos a diario: conducir un coche. La guía sería en este caso la ruta que calcula una aplicación de celular para poder llegar de un punto A a un punto B de la manera más eficiente. La navegación es todo lo necesario para saber dónde estás ubicado ―en este caso, el GPS o nuestro conocimiento de la ciudad―. El control lo realizamos nosotros, los conductores, al seguir la ruta marcada haciendo ajustes milimétricos al volante y a los pedales con el objetivo de rodear un bache, pasar un tope o ceder el paso a un peatón.


La importancia de ubicarnos en el espacio


Aquí en la Tierra nos resulta sencillo e intuitivo ubicarnos en entornos conocidos y poder hacer rutas para diversos destinos. Ninguno de nosotros piensa demasiado en cómo movernos de nuestra recámara a la cocina, o de nuestra casa a la escuela ―o al trabajo o a donde sea que vayas con frecuencia― y, si lo pensamos bien, nos basta con tener referencias decentes para poder llegar a (casi) cualquier lado. Esto es fácil porque nuestro entorno habitual está lleno de cosas únicas que todos podemos identificar con facilidad. Esto no pasa en el espacio exterior.


Lo primero que debemos garantizar en GNC es poder ubicarnos en el espacio, y para ello debemos encontrar referencias que nos permitan determinar dónde estamos. Puede que no tengamos una taquería o un Oxxo para ubicarnos, pero podemos inspirarnos en los navegantes marítimos quienes, en la inmensidad de un mar que parece ser igual por donde se le vea, usan mapas, brújulas y las estrellas para ubicarse. Nosotros podemos hacer lo mismo con las estrellas, el Sol y la Tierra para que Pakal sepa en dónde se encuentra.


Mar abierto. Foto: Pexels

Si eres lector de Bitácora Espacial seguramente ya estás enterado de que la misión de Pakal se da en la órbita baja de la Tierra (OBT). Una pregunta que podría surgir al saber que nuestro nanosatélite estará tan cerca del planeta es ¿cuál es el sentido de buscar tantas referencias si ya existe el GPS? La razón es que no solo importa en dónde está Pakal, sino que también es de gran relevancia saber la orientación que tiene su cuerpo y esto es algo que no nos da el GPS.


Los seres humanos no pensamos en esto al usar un GPS porque siempre sabemos en dónde estamos parados y hacia dónde apuntan nuestros pies, y podemos corregir nuestra dirección sin siquiera pensarlo. Pero si eres un pequeño satélite en el espacio es importante que sepas a dónde apuntan tus propulsores para saber hacia dónde te vas a mover si los activas. Y este problema no sólo es una cuestión relacionada con el movimiento: también se deben de adoptar orientaciones específicas para poder sensar adecuadamente algunos fenómenos, mandar datos a la Tierra e incluso cargar nuestras baterías con el Sol.


Cómo ajustar la orientación de un nanosatélite


Ahora ya explicamos por qué necesitamos saber en dónde se encuentra Pakal y hacia dónde está mirando, pero no hemos compartido cómo es que podemos cambiar a voluntad su posición y orientación.


Un acercamiento intuitivo puede ser pensar en cómo se cambia la orientación en un bote de remo: en el siguiente GIF se puede entender cómo las fuerzas generadas por los remos ocasionan un giro en el bote. En el caso de un nanosatélite, solo debemos generar torques (o fuerzas de giro) sobre el cuerpo de Pakal para hacer que cambie su posición.



En el espacio no tenemos remos como tal, así que para poder controlar la orientación de un satélite pequeño usamos principalmente dos tipos de actuadores: ruedas de reacción y magnetorquers. Las ruedas de reacción realizan un torque al girar y los magnetorques usan el campo magnético de la Tierra para generar torques.













Sistema de control de orientación en un CubeSat.

El sistema de control


En nuestro ejemplo de conducir un coche, el sensor sería el GPS y los actuadores el volante y los pedales que ocasionan cambios en la posición y estado del coche al ser utilizados.


En un sistema autónomo como un satélite, es entonces importante que exista una computadora que se comunique con los actuadores y los sensores para calcular cómo proceder. La integración de sensores, actuadores y computadora para controlar la orientación de un satélite se conoce como el sistema de determinación y control de actitud, o ADCS por sus siglas en inglés (Attitude and Determination Control System).


Además del ADCS, tenemos el control de propulsión. Éste es fundamental para poder mantener la órbita de Pakal, pues en la OBT aún existe aire que nos podría hacer perder velocidad y caer (lentamente) a la Tierra. Como actuador, utilizaremos unos propulsores eléctricos diseñados por el Space Propulsion Laboratory del MIT.


GNC en la vida diaria


GNC es un subsistema complejo, pero no por ello es imposible llegar a entenderlo, sólo requiere de dedicación, responsabilidad y aptitud para investigar y aplicar lo aprendido.


Por ello ser miembros de GNC nos ha ayudado tanto para nuestro crecimiento técnico como para el personal, pues en él no sólo hemos aprendido a controlar un satélite, sino que también a trabajar en equipo y ser capaces de siempre aprender sobre la marcha, tanto de nuestras carencias y errores como de las fortalezas de nuestros compañeros, y estas son las experiencias que se quedaran con nosotros para navegar y controlar los obstáculos de la vida.


¡Conócenos!
Subsistema GNC de Misión Colibrí. CDMX.

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