AMSAT-CE y el Proyecto CESAR-1: Un Sueño que Podría Renacer

Transcripción

1 AMSAT-CE y el Proyecto CESAR-1: Un Sueño que Podría Renacer Presentación para el Workshop en Desarrollo y Uso de Tecnología Espacial en Chile Italo Mazzei Haase, Presidente de AMSAT-CE Santiago, 14 de octubre de 2015 AMSAT-CE Fundación de Desarrollo de Satélites de Aficionados a las Radio Comunicaciones 1

2 Temario Los Radioaficionados y las Bandas que Ocupan en el Espectro Radioeléctrico AMSAT en el Mundo La Fundación AMSAT-CE Características del Satélite CESAR-1 Estaciones Terrenas Típicas El Aporte del Proyecto CESAR-1 al país Costo del Proyecto y su Financiamiento Estado del Proyecto Perspectivas Futuras Conclusiones 2

3 Los Radioaficionados y las Bandas que Ocupan en el Espectro Radioeléctrico La radioafición nació en todo el mundo a comienzos del siglo XX, como una actividad practicada por desinteresados cultores de las radiocomunicaciones; al principio carecía de regulación y no se diferenciaba de otras ramas, como la radiodifusión. Los radioaficionados existen desde el inicio de las radiocomunicaciones. La radioafición es una actividad recreativa muy especial, sin fines de lucro, que no sólo entretiene y educa a sus cultores, sino que además presta valiosa ayuda a la comunidad -en casos de emergencia, por ejemplo-; adicionalmente, en muchas ocasiones ha sido un laboratorio vivo, donde se han desarrollado y experimentado nuevas ideas y tecnologías, que luego sirven a toda la humanidad. 3

4 Los Radioaficionados y las Bandas que Ocupan en el Espectro Radioeléctrico Por ejemplo, en los años 20 del siglo pasado, se pensaba que el espectro radioeléctrico -por entonces un recurso muy desconocido- era útil sólo hasta frecuencias del orden de 1 MHz, y que de ahí para arriba no servía. Fueron radioaficionados los que descubrieron la enorme potencialidad de las ondas cortas (3 a 30 MHz), que permitieron establecer comunicaciones a grandes distancias, con el uso de transmisores de relativamente poca potencia. Por lo anterior, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y casi todos los Estados del mundo le han asignado valiosos segmentos del espectro a los radioaficionados. En Chile hay actualmente unos radioaficionados con licencia, que son autorizados por la Subsecretaría de Telecomunicaciones. 4

5 Los Radioaficionados y las Bandas que Ocupan en el Espectro Radioeléctrico 30 khz 135,7-137,8 300 khz LF 300 khz ,000 khz MF 3 MHz 3,5-3,75 7-7,3 10,1-10, ,35 18,068-18, ,45 24,89-24, ,7 30 MHz HF 30 MHz MHz VHF 300 MHz MHz UHF 3 GHz 3,3-3,4 5,65 5,85 10,45-10, ,25 30 GHz SHF Principales bandas asignadas en Chile a los radioaficionados. 5

6 AMSAT en el Mundo En 1961, sólo cuatro años después del vuelo del primer Sputnik, radioaficionados de la costa oeste de los Estados Unidos de NA construyeron y lanzaron el primer satélite OSCAR (Orbital Satellite Carrying Amateur Radio). Maqueta del primer satélite Oscar que se encuentra actualmente en el museo Smithsoniano de la ciudad de Washington 6

7 AMSAT en el Mundo En 1969 se forma AMSAT-NA en los Estados Unidos, como una corporación de carácter educacional, sin fines de lucro, cuya misión ha sido continuar y ampliar el trabajo de los radioaficionados en el espacio. Posteriormente se han formado corporaciones similares en otros países del mundo, varias de las cuales han lanzado hasta la fecha más de cien satélites de radioaficionados. Por más de 40 años, las organizaciones AMSAT han jugado un rol clave en el avance de la ciencia y la tecnología espacial, que ha ido mucho más allá del campo de los radioaficionados 7

8 AMSAT en el Mundo Los países más activos en el desarrollo de satélites de radioaficionados son Estados Unidos de NA, Rusia, Alemania, Inglaterra, Francia, Italia, Australia, Japón, Argentina, Brasil, México, Corea, Israel, Sud Africa, Arabia Saudita, China e India. En los últimos años ha habido un fuerte aumento de proyectos del tipo Cubesat. Total de satélites lanzados: alrededor de 400 (*) Satélites en operación: alreredor de 110 Satélites fuera de servicio: alrededor de (*) No todos son de organizaciones AMSAT. 8

9 La Fundación AMSAT-CE La Fundación de Desarrollo de Satélites de Aficionados a las Radiocomunicaciones (AMSAT-CE) es una institución sin fines de lucro, creada en 1993 por la Federación de Clubes de Radioaficionados Chile (Federachi), dedicada a la investigación científica y tecnológica en el campo espacial. Los socios de Amsat CE son en su mayoría radioaficionados, de diversos radio clubes, y su consejo ( ) lo componen: Presidente, Italo Mazzei Haase CE3LD Vicepresidente, Eduardo Díaz Araya CE3GA Secretario, Oscar Cabello Araya CE3AFX Tesorero, Carlos Godoy Bize CE2HI Director, Axel Kruuse Zamora CE3AFC Director, Patricio Lancellotti Fuentes CE3BSK Director, Mario Ponce Díaz CE3MJP Director, Rubén Santibáñez Montenar CE6TTL Director, León Villán Escalona 9

10 AMSAT -CE Ø La Fundación AMSAT-CE Actualmente AMSAT-CE tiene su laboratorio en Calera de Tango, en dependencias facilitadas por uno de sus socios. Laboratorio actual de AMSAT-CE 10

11 La Fundación AMSAT-CE AMSAT-CE está diseñando y construyendo cinco satélites, para ser empleados por los radioaficionados de todo el mundo, que permitirán efectuar una serie de experimentos científicos en el campo de las comunicaciones digitales, así como estudios gravimétricos y orbitográficos. De estos cinco satélites, uno será el prototipo de ingeniería, otro se usará para comprobar o replicar en tierra el funcionamiento del software y del hardware de las unidades que estén en el espacio y los tres restantes serán unidades de vuelo. El primer proyecto de AMSAT-CE, que actualmente está en construcción, se denomina CESAR-1, sigla que proviene de CE (prefijo asignado a Chile por la Unión Internacional de Telecomunicaciones) Satélite de Aficionados a las Radiocomunicaciones. 11

12 La Fundación AMSAT-CE AMSAT-CE también ha impulsado la instalación de tres estaciones terrenas, en Iquique, Temuco y Pto. Montt. Socios del RC Provincial Iquique Instalando antenas en la estación terrena local. 12

13 Características del Satélite CESAR-1 El satélite es de tecnología MICROSAT. Tiene la forma de un cubo de 23 cm por arista. Frecuencias de recepción del satélite: 145 MHz (5 canales) y MHz (GPS). Frecuencias de transmisión del satélite: 436 MHz (2 canales). Modulación: FSK (AX.25 9,6 kbps) ó FM. 13

14 Características del Satélite CESAR-1 El satélite CESAR-1 tendrá cinco experimentos (E) principales: E1 Un transpondedor digital entre dos estaciones terrenas, para ser usado en tiempo real, durante el lapso en el que ambas estén siendo iluminadas por el satélite (radio-paquetes en AX.25 a 9,600 kbps). E2 Un transpondedor digital entre dos estaciones terrenas, para ser usado en tiempo diferido, como buzón electrónico de mensajes (Store & forward con radio-paquetes en AX.25 a 9,6 kbps). E3 Una repetidora análoga que permitirá unir a dos estaciones terrenas que estén siendo iluminadas por el satélite, para retransmitir audio (voz) en tiempo real, en modo FM. E4 Comunicación entre dos repetidoras terrestres, con enlace hacia el satélite, que permitirá llamados a gran distancia, pero temporales, a estaciones portátiles de baja potencia (voz, FM, acceso en 147 MHz), y E5 Un receptor GPS a bordo, que recolectará información para investigaciones gravimétricas y orbitográficas. 14

15 Características del Satélite CESAR-1 La órbita del CESAR-1 será baja, polar y heliosincrónica (800 km de altura). 15

16 Características del Satélite CESAR-1 Estabilización magnética mediante imanes permanentes. Freno magnético (la rotación debida al spin fotónico será frenada mediante siete barras de acero al hidrógeno, que cortarán líneas de fuerza del campo magnético terrestre). Vida útil estimada: 10 años. Masa aproximada: 12 kg. Periodo: 100 minutos (14 revoluciones al día). Plataforma del satélite: 5 módulos hechos de aluminio espacial AL6061-T6. bandas de frecuencias usadas a bordo: - recepción: 145 MHz y MHz (GPS). - transmisión: 436 MHz. Energía eléctrica: batería Saft NiCd, con 8 pilas de 7 Ah c/u. Celdas solares: Spectrolab, triple juntura (GalnP 2 -GaAs-Ge). 16

17 Características del Satélite CESAR-1 ANTENA DE VHF ANTENA GPS CELDAS SOLARES (6 CARAS) Receptores de VHF (módulo Nº 5) Receptor GPS (módulo Nº 4) Fuente de poder y batería (módulo Nº 3) Computador y módems (módulo Nº 2) Transmisores de UHF (módulo Nº 1) ANTENAS DE UHF (4 ELEMENTOS) 17

18 Características del Satélite CESAR-1 Módulo Nº 1 - Transmisores de UHF 436 MHz Híbrida, redes desfasadoras y de adaptación Transmisor 1 Transmisor 2 DATA PTT CONTROL DE POTENCIA DATA PTT TELEMETRIA TELEMETRIA A A R T B U S A A R T 18

19 Características del Satélite CESAR-1 Contenido del Módulo Nº 1 Transmisores de UHF Dos transmisores para 436 MHz, conectados al sistema de antena mediante una híbrida. Una tarjeta AART (addressable asynchronous receiver/ transmitter) con un switch para voz y datos. 16 niveles de control de potencia de ambos transmisores. Malla de desfase para generar y radiar polarización circular a través de la antena de 436 MHz. El módulo Nº 1 lleva la antena de 436 MHz, las cajas de adaptación de impedancia de esa antena, el interruptor de conexión de la batería, el indicador de separación y un espacio para alojar el resorte de eyección y el perno de corte. 19

20 Características del Satélite CESAR-1 Vistas de algunos elementos ya construidos, relacionados con la parte transmisión del satélite 20

21 Características del Satélite CESAR-1 Módulo Nº 2 - Computador y módems BOARD CPU 1 PROCESADOR NEC V40 ROM BOOTLOADER RAMDISK 12 MB ADC RAM EDAC 256 KB CONTROLADORES HDLC NEC upd72001 DEMODULADOR FSK DEMODULADOR FSK DEMODULADOR FSK MODULADOR FSK RX 1 RX 2 RX 3 TX 1 A A R T B U S A A R T BOARD CPU 4 BOARD CPU 3 BOARD CPU 2 MODULADOR FSK TX 2 21

22 Características del Satélite CESAR-1 Contenido del Módulo Nº 2 Computador y módems OBC (on board computer) Cuatro tarjetas: Microprocesador V-40, conversor análogo-digital y controladores de comunicación. Memoria RAM EDAC (error detection and correction) de 256 kb. Disco RAM de 12 MB. Banco de módems compatibles con G3RUH (4 demoduladores y 2 moduladores). 22

23 Características del Satélite CESAR-1 Vistas de algunos elementos ya construidos del computador del satélite 23

24 CELDAS FOTOVOLTAICAS + X Características del Satélite CESAR-1 Módulo Nº 3 Fuente de poder y batería - X +10 VCC + Y - Y + Z - Z CONTROLADOR DE CARGA DE BATERÍA REGULADORES DE TENSIÓN SE CIERRA AL EYECTARSE VCC +5 VCC TELEMETRIA Y CONTROL A A R T B U S A A R T mantiene la carga de la batería cuando está en el lanzador CARGADOR EXTERNO BATERIA COMPUESTA POR 8 PILAS DE Ni/Cd 1.25 V 7 A/H C/U 24

25 Características del Satélite CESAR-1 Contenido del Módulo Nº 3 Fuente de poder y batería Controlador de carga de batería de NiCd. Fuentes de poder para 10, 8,5 y 5 Vcc. Sensores de voltaje y corriente (consumos de batería y energía de los circuitos). Sensores de temperatura. 8 pilas de NiCd. AART (addressable asynchronous receiver/transmitter) para telemetría y control. Cargador de batería externo, para mantener cargada la batería del satélite mientras permanece en el vehículo lanzador. 25

26 Características del Satélite CESAR-1 Vistas de algunos elementos ya construidos de la fuente de poder del satélite 26

27 Características del Satélite CESAR-1 Módulo Nº 4 Receptor GPS MHz ANTENA MONTADA EN MÓDULO Nº 5 LNA RECEPTOR GPS DATA +3.3 VCC INTERFAZ DE COMUNICACIONES, COMANDO Y ALIMENTACION. MICROPROCESADOR DATA +5 VCC A A R T B U S A A R T 27

28 Características del Satélite CESAR-1 Contenido del Módulo Nº 4 Receptor GPS Preamplificador de bajo ruido. Receptor GPS. Fuente de poder de 3,3 y 5,0 volts. Interfaz de comunicación entre el receptor GPS y el computador del satélite. Microprocesador del GPS. AART (addressable asynchronous receiver/transmitter) para control y telemetría del módulo Nº 4. 28

29 Características del Satélite CESAR-1 Módulo Nº 5 Receptores de VHF 145 MHz FRONT-END OSCILADOR DIVISOR DE POTENCIA RECEPTOR 1 RECEPTOR 2 : : RECEPTOR 5 MULTIPLEXOR ANALOGICO A A R T B U S A A R T 29

30 Características del Satélite CESAR-1 Contenido del Módulo Nº 5 Receptores de VHF Cinco receptores para 145 MHz. Frecuencia intermedia de doble conversión. AART (addressable asynchronous receiver/transmitter) para medir voltajes, corrientes, temperatura y transferencia de datos entre los módulos. Sensor de posición del sol y sensores de los niveles de corriente, voltaje y temperatura. La antenas de 145 MHz y del GPS están ubicadas en el plano +Z. 30

31 Características del Satélite CESAR-1 Vistas de algunos elementos ya construidos de los receptores de VHF del satélite 31

32 Estaciones Terrenas Típicas Antena direccional para 2 m Rotores de elevación y giro Antena direccional para 70 cm Computador Personal Módem FSK MHz TX/RX 2 m FM TNC MHz CAT TX/RX 70 cm FM Control Rotores 32

33 Estaciones Terrenas Típicas Antena Vertical Omnidireccional para 2 m y 70 cm P Preamplificador Computador Personal Módem FSK MHz TX/RX 2 m FM TNC MHz CAT TX/RX 70 cm FM 33

34 Estaciones Terrenas Típicas Antena Vertical Omnidireccional para 2 m y 70 cm P Preamplificador TX/RX Portátil 2m / 70 cm FM TX/RX Portátil 2m / 70 cm FM 34

35 Aportes del Proyecto CESAR-1 al país Los satélites de AMSAT-CE son los primeros que se están diseñando y construyendo íntegramente en el país, lo que constituye un desafío y a la vez un importante aporte científico y tecnológico para Chile. Entre los beneficios que el país y la radioafición podrán obtener de este proyecto, se destacan: Educación (interesar a los jóvenes por las radiocomunicaciones espaciales) Apoyo en situaciones de emergencia Experimentación científica (bastidor para experimentos) Desarrollo de una industria aeroespacial nacional Experimentación con Internet Unidad de la radioafición nacional, y Reconocimiento internacional para el país. 35

36 Costo del Proyecto y su Financiamiento El costo del proyecto (construcción de cinco satélites, lanzamiento de uno, implementación de dos estaciones de comando y control y de tres repetidoras terrestres) asciende a unos USD 600 mil, en dinero. Adicionalmente, el proyecto requeriría alrededor de horas hombre de directivos y especialistas. Del presupuesto en dinero, alrededor de USD 300 mil ya han sido aportados por auspiciadores externos, y por socios de la fundación AMSAT-CE. Falta aún el financiamiento de los USD 300 mil restantes, que lamentablemente no hemos podido obtener. Las horas hombre están siendo aportadas de manera voluntaria por los socios de la fundación. 36

37 Costo del Proyecto y su Financiamiento El principal auspiciador privado de este proyecto es ENTEL. Otros auspiciadores han sido la Armada de Chile, la Subsecretaría de Telecomunicaciones y la Universidad de Chile (a través del antiguo Centro de Estudios Espaciales). 37

38 Estado del Proyecto Si bien se trata de un proyecto de radioaficionados, no deja de ser un proyecto profesional y complejo. No ha sido fácil llegar al estado actual del proyecto, porque aún no existe suficiente conciencia en Chile respecto de las posibilidades que ofrece la actividad espacial a nuestro país. Con todo, la falta de recursos en los más de 20 años que llevamos trabajando -sin llegar a la meta- ha agotado a algunos de nuestros socios y ha generado una escasez de voluntarios. A pesar de ello, la construcción de los cinco satélites se encuentra bastante avanzada (más del 70%): Se encuentran construidas 5 estructuras mecánicas de satélites. Están terminados 8 transmisores de UHF alineados en sus frecuencias de trabajo. 38

39 Estado del Proyecto Están terminadas las fuentes de poder. Los receptores tienen un avance del 90%. El experimento GPS tiene un avance del 70%. En el OBC con su EDAC y RAM disk falta afinar el software. Concluyó la coordinación internacional de frecuencias en la UIT, pero hoy hay que reactivarla por el tiempo transcurrido. Faltan las celdas fotovoltaicas, el ensamble en Chile y las pruebas finales (probablemente en Brasil). Hay que reactivar la obtención del lanzador. En consecuencia, los recursos que aún faltan se necesitan esencialmente para financiar las celdas solares, para contratar servicios profesionales de modo de terminar la construcción de lo que está pendiente, y para cubrir los costos de pruebas y lanzamiento del CESAR-1. 39

40 Perspectivas Futuras A fines de los años 80, cuando Internet era incipiente y prácticamente desconocida, los radioaficionados chilenos estuvieron entre los primeros que crearon redes para transmisión de datos, en bandas de VHF y UHF. En Chile esa red se denominó Chilenet, operaba con nodos instalados preferentemente cerros y permitía caudales de hasta 9,6 kbps con el protocolo AX.25 (hoy parece insignificante, pero en esa época era todo un logro). Sin embargo, sólo duró unos cinco años, y luego fue gradualmente abandonada. Hoy, gracias a los software abiertos y a la reducción de costos en los equipos de radio de tecnología , la radioafición chilena podría implementar una red similar, pero pensando ahora en una Intranet de banda ancha, con nodos enmallados que operarían en las bandas de 2,4 GHz y 5,6 GHz. En tal caso podríamos pensar en caudales de 1 Mbps y más. 40

41 Perspectivas Futuras Integración de redes de radioaficionados de banda ancha y angosta Fase terrestre 41

42 Perspectivas Futuras Esta nueva red, además, podría servir de respaldo a las autoridades locales o nacionales en casos de emergencia, cuando sus sistemas de comunicaciones internos (Intranet gubernamental) se interrumpan. Sin embargo, para materializar ese proyecto es preciso resolver previamente algunos aspectos regulatorios, de modo de permitir el acceso de los radioaficionados a la banda ancha en 2,4 GHz, 3,4 GHz y 5,6 GHz, con el uso de protocolos abiertos. No obstante lo anterior, y aprovechando desarrollos de radioaficionados de los EEUU de NA y de Europa, radioaficionados chilenos ya están realizando pruebas para implementar una red como esa. Incluso, esa red nos permitiría pensar que -en el futuro- uno de esos nodos sea instalado a bordo del CESAR-2, o del CESAR-3, lo que constituiría un experimento revolucionario. 42

43 Perspectivas Futuras Integración de redes de radioaficionados de banda ancha y angosta Fase terrestre y satelital 43

44 Conclusiones Como señalamos anteriormente, no ha sido fácil llegar al estado actual del proyecto CESAR-1. Pero lamentablemente no hemos logrado conseguir todo el respaldo financiero que necesitábamos, ya que -como decíamos- aún no existe suficiente conciencia respecto de las posibilidades que ofrece la actividad espacial a Chile. Sin embargo, el proyecto CESAR-1 podría surgir nuevamente y ser terminado, si logramos contar con ese respaldo por parte del Estado, o de nuevos auspiciadores privados. De igual forma, con la experiencia del CESAR-1, los proyectos CESAR-2 y CESAR-3 podrían considerar el uso de nuevas tecnologías, como sería la banda ancha en el espacio. AMSAT-CE 44