En la Unidad de Alta Tecnología (UAT) de la Facultad de Ingeniería de la UNAM, Campus Juriquilla, se encuentra el Laboratorio de Integración y Entrenamiento de Sistemas Espaciales, el cual recién fue inaugurado con el apoyo de la Secretaría de Desarrollo Sustentable del Estado de Querétaro.
Este laboratorio está enfocado en investigación y desarrollo de tecnología espacial, a través de la cual se pueda dar soporte a problemas sociales. Por ejemplo, a través de sistemas espaciales es posible obtener imágenes del territorio mexicano que brinden información sobre incendios forestales, crecimiento demográfico, clima; interconectar zonas remotas, entre otras situaciones.
Para desarrollar este tipo de tecnología, es necesario contar con infraestructura que permita evaluar los sistemas espaciales bajo las condiciones ambientales en las que se encontrarán una vez puestos en órbita, como por ejemplo las condiciones de ultra alto vacío y los ciclados térmicos a los que serán sometidos.
En los últimos años ha crecido el interés en actuadores magnéticos para satélites, como las magnetorcas, principalmente por el incremento en el número de satélites pequeños lanzados. Los satélites pequeños son una buena opción para universidades y centros de investigación para probar sistemas experimentales y nueva tecnología con un presupuesto limitado. En este contexto, probar sistemas de estas características requiere contar con infraestructura adecuada en la Tierra para garantizar el éxito de la misión, que involucra emular los campos magnéticos a los que será expuesto el sistema espacial en órbitas bajas menores a 1,000 km de altitud.
Es por esta razón que el Departamento de Ingeniería Aeroespacial, apoyado por alumnos de licenciatura y posgrado, se encuentra desarrollando el proyecto Banco de pruebas para control de orientación de nanosatélites, como propuesta de solución a la necesidad de emular el entorno espacial magnético para probar algoritmos de control de orientación que utilizan sensores y actuadores magnéticos en órbitas bajas.
Dentro del núcleo externo de nuestro planeta, se encuentran grandes mares de metales ferromagnéticos en estado líquido, cuyo movimiento produce un campo magnético alrededor de la Tierra, llamado magnetósfera, extendiéndose desde los 500 hasta los 60,000 km de altura. Esta capa nos protege de eventos tan peligrosos como los vientos solares, atrapándolos y produciendo los fenómenos de las auroras boreales. Sin embargo, debido al movimiento incesante de los metales antes mencionados, este campo magnético no es estático, por lo que varía a lo largo del tiempo (variación secular).
Debido a estas variaciones, es necesario contar con un sistema que permita recrear el cambio del campo magnético en cada instante de tiempo mientras el satélite se encuentre en órbita. El primer paso para lograr esto es conocer algunos parámetros de la órbita en la que estará el satélite, como son su semi eje mayor, la inclinación orbital, la excentricidad, su anomalía verdadera, el argumento de perigeo y su ascensión recta del nodo ascendente. Estos parámetros en conjunto reciben el nombre de elementos keplerianos.
Los elementos keplerianos se utilizan para realizar el diseño de la misión espacial y mediante software especializado es posible calcular los valores del campo magnético al que será sometido un satélite en órbita a cada instante.
Una vez conocido el campo magnético deseado, para emularlo un método común es el uso de bobinas magnéticas en una configuración de bobinas de Helmholtz. La configuración de bobina Helmholtz consiste en un par de bobinas circulares o cuadradas ubicadas de forma paralela una a otra dentro del área experimental a lo largo de un eje común, separadas a una distancia L. Cada bobina está formada por N vueltas de cable conductor. El estudio del comportamiento del campo magnético generado por las bobinas Helmholtz se puede realizar mediante la ley de Biot-Savart.
El par de bobinas se conecta en serie y por ellas se hace circular una corriente eléctrica de intensidad I, generando un campo magnético que es prácticamente uniforme en una región del espacio comprendido entre ellas. En esta región es donde se coloca el dispositivo que será sometido a prueba. Al variar la intensidad del campo magnético en esta región, es posible reproducir perfiles de campo magnético específicos y validar el correcto funcionamiento de sistemas espaciales con actuadores magnéticos.
Este tipo de proyectos son cruciales, ya que no sólo permiten validar que los sistemas funcionarán de acuerdo a cómo fueron diseñados, sino que permite que alumnos de nivel licenciatura se capaciten en áreas de alta tecnología, como lo es el sector espacial.
Con la publicación de un resultado de validación obtenido el 6 de noviembre de 2023, el equipo conformado por Eduardo Muñoz Arredondo, Luis Granados Cruz, Víctor Hugo Mejía Trejo, Juan Carlos Garibaldi Vallejo, Luis Samuel Pérez Sánchez, y los doctores Rafael Chávez Moreno y Carlos Romo Fuentes, ganó el primer lugar de licenciatura en la categoría ingeniería y tecnología del onceavo Encuentro de Jóvenes Investigadoras e Investigadores del Estado de Querétaro, con la presentación del proyecto Banco de pruebas para control satelital mediante bobinas magnéticas.
AQUI PUEDES LEER TODAS LAS ENTREGAS DE “DESDE LA UNAM”, LA COLUMNA DE LA UNAM, CAMPUS JURIQUILLA, PARA LALUPA.MX
https://lalupa.mx/category/aula-magna/desde-la-unam/
