EQUiSat

Otra forma en que Brown Space Engineering puede aumentar la accesibilidad al espacio es educando a los jóvenes sobre el diseño y el papel de los satélites en la sociedad. Brown Space Engineering está colaborando con escuelas y museos de todo el país para desarrollar un plan de divulgación educativa que enseñe a los estudiantes y al público en general sobre EQUiSat y su impacto, junto con el de satélites similares, en el avance científico de la sociedad. Tras su lanzamiento, la oportunidad de localizar, escuchar y ver fácilmente EQUiSat en el cielo nocturno proporcionó un componente tangible importante a estos esfuerzos de divulgación. Otra forma de divulgación es la disponibilidad en línea del código fuente y los archivos CAD de EQUiSat. ^{[ 7 ]}

El subsistema de destello era una baliza óptica que permitía a quienes se encontraban en la Tierra rastrear visualmente el EQUiSat tras su lanzamiento. La baliza consistía en una matriz de cuatro LED extremadamente brillantes (~10 000 lúmenes cada uno) que emitían destellos de 0,1 segundos tres veces en rápida sucesión cada minuto cuando el EQUiSat estaba en el cielo nocturno. ^{[ 5 ]} La matriz tenía una magnitud aparente de 3, aproximadamente la misma intensidad que Polaris. Para aumentar aún más la intensidad de la luz para quienes se encontraban en la Tierra, la matriz de LED de alta potencia estaba integrada en un único panel que se orientaría hacia el hemisferio norte de la Tierra mediante control de actitud pasivo.

Un transceptor a bordo del EQUiSat transmitía una señal en la banda de radioaficionados UHF de 70 cm a 435-438 MHz, que consistía en una baliza con indicativo registrado y datos de sensores. Las transmisiones podían ser recibidas por radioaficionados, pero también se publicaban en línea para facilitar el acceso al público en general. La radio también funcionaba como baliza para rastrear la posición del satélite. La estación terrestre principal, construida en colaboración con el Club de Radioaficionados de Brown, era el punto de contacto principal del EQUiSat y podía interrumpir las comunicaciones con el satélite si era necesario. ^{[ 12 ]}  

La antena se enrolló para el lanzamiento, ya que la especificación CubeSat exige que ninguna parte del satélite sobresalga de los rieles laterales más de 1  cm antes del lanzamiento. Por lo tanto, se utilizó un sistema de despliegue que consistía en un cable de nailon que mantenía la antena tensa. Este cable de nailon se enrolló alrededor de filamentos de nicromo, que se quemarán 30 minutos después del despliegue. Posteriormente, la antena volvió a su posición original.

EQUiSat utilizó un sistema pasivo de control de actitud magnético (ACS), que no requería un sistema de determinación de actitud, ni consumo de energía de bobinas de torsión o ruedas de inercia, ni la utilización de los complejos algoritmos necesarios para estabilizar y corregir la inestabilidad del satélite. Se emplearon dos pares de varillas de histéresis para impartir torsión al satélite y contrarrestar la inestabilidad causada por el lanzamiento desde la ISS y el despliegue de la antena. Estas varillas no solo impartían torsión, sino que también amortiguaban la respuesta transitoria de dicha inestabilidad. Esto reducirá la inestabilidad a lo largo de varios días. El ACS también utiliza un imán permanente para alinear EQUiSat con el campo magnético terrestre, manteniéndolo orientado hacia la superficie terrestre en el hemisferio norte. ^{[ 5 ]}

El subsistema electrónico conectaba todos los demás subsistemas para permitir el correcto funcionamiento del satélite. Este subsistema constaba de cinco placas de circuito impreso (PCB) fabricadas a medida , cada una de las cuales estaba apilada físicamente dentro de EQUiSat. Las cinco placas eran:

• Panel Flash : El panel Flash albergaba los cuatro LED, el sistema de despliegue de antenas, cuatro sensores de temperatura, un sensor IR y un fotodiodo.
• Placa controladora de LED : Esta placa se ubicaba justo debajo del panel de control. Contenía los cuatro circuitos reguladores elevadores, uno por cada LED. Estos reguladores extraían 60 A a 6,6 V de las baterías, que luego se convertían en 36 V y 2,7 ​​A para los LED. También incluía el circuito de control del sistema de despliegue de la antena.
• Placa de baterías : Esta placa se ubicaba entre las dos capas de baterías. Contenía circuitos que realizaban el seguimiento del punto de máxima potencia para optimizar continuamente la carga de la batería en función de la producción del panel solar. También incluía controles para gestionar la producción de la batería y monitorizar sus propiedades.
• Placa de control : La placa de control contenía el cerebro del satélite, incluyendo el procesador Atmel SAMD21J18A, la memoria y los demultiplexores que gestionan los datos entrantes de todas las demás placas. La placa de control también se comunicaba con la radio y contenía una IMU y un magnetómetro .
• Placa adaptadora de radio : Esta era una placa más sencilla que proporcionaba una interfaz entre la radio y la placa de control.

El subsistema electrónico fue diseñado, probado y ensamblado completamente internamente, a excepción de la fabricación de las placas de circuito impreso (PCB). Todos los componentes eran comerciales estándar y se pueden adquirir fácilmente en línea. Las PCB se diseñaron con software CAD para PCB y los archivos CAD se subieron a GitHub para facilitar el acceso público. ^{[ 7 ]}

El subsistema electrónico contaba con el respaldo de un software que se ejecutaba en el procesador. Este procesador utilizaba un sistema operativo en tiempo real basado en FreeRTOS . El uso de un sistema operativo en tiempo real es habitual en sistemas embebidos pequeños y permitió que EQUiSat respondiera a los eventos de forma oportuna y predecible.

El software se encargaba de recopilar datos de los sensores mencionados en la sección del subsistema electrónico. Posteriormente, procesaba los datos tras leerlos de su convertidor analógico-digital (ADC) integrado y los transmitía adecuadamente a la Tierra, donde un servidor Node.js los recopilaba y procesaba para su monitorización en tiempo real. El software también era capaz de procesar las transmisiones entrantes de la estación terrestre principal.

La radiación cósmica ofrece la posibilidad de que se produzca una inversión de bit durante la órbita. Esto no supone un problema si se invierte un bit en la memoria de datos, ya que es volátil y, por lo tanto, un reinicio del sistema lo soluciona. Si se invierte un bit en la memoria de programa, un temporizador de vigilancia activa un reinicio del sistema, donde la memoria de programa se sobrescribe con una copia almacenada en una MRAM segura contra la radiación por el gestor de arranque. Este temporizador de vigilancia se restablece a su valor original durante el funcionamiento normal del programa, por lo que solo activa un reinicio si llega a cero debido a un programa corrupto.

En cuanto al resto de los subsistemas de EQUiSat, los archivos de software están disponibles en línea. ^{[ 7 ]}

El sistema de alimentación incluía paneles solares para la generación de energía en el espacio y dos sistemas de baterías para el almacenamiento de energía.

Los paneles solares se fabricaron a partir de células de arseniuro de galio de desecho mediante un proceso de producción bien documentado. Como resultado, costaron 35 veces menos que paneles comerciales de potencia comparable. Los paneles cubrían 5 lados del CubeSat y estaban compuestos por diversas configuraciones de células solares avanzadas triangulares (TSA) y células TrisolX. Debido a que el fabricante original quebró durante el desarrollo, solo los paneles superior e inferior del EQUiSat contienen estas células. Los otros tres paneles utilizaban células TrisolX: 24 células en una configuración 4S6P y 20 células en una configuración 4S5P. Los paneles superior e inferior se diseñaron para generar 8,76 V a 140-170 mA, con una potencia media de salida de poco más de 1,3 W a plena luz solar. Los demás paneles generaban un voltaje similar, con una potencia aproximada de 0,5-0,7 W.

EQUiSat contenía dos conjuntos de baterías: uno para alimentar el sistema de flash y otro para alimentar el sistema de radio y los microcontroladores. Las baterías que alimentaban el flash eran celdas A123 System 18650 LiFePO4 _en una configuración 2S2P. Las baterías que alimentaban la radio y el microcontrolador eran dos baterías recargables de iones de litio LIR2450 en paralelo. EQUiSat alternaba entre los sistemas de baterías, dando prioridad a las baterías LIR2450. ^{[ 5 ]}

El chasis y los demás componentes se fabricaron internamente para optimizar los costos. El chasis se mecanizó a partir de un bloque sólido de aluminio 6061 mediante una fresadora CNC de tres ejes, un torno y machos de roscar . Esto proporcionó la estructura del EQUiSat y los puntos de fijación para todos los componentes. Además, el bloque para alojar de forma segura las seis baterías se mecanizó en Delrin . Para perfeccionar el proceso de fabricación, se utilizó cera mecanizable, lo que permitió reducir el desperdicio de material.

El chasis, junto con otros componentes mecanizados y el conjunto completo, se diseñó con software CAD. Las trayectorias de la herramienta CNC y el código G se generaron a partir de estos archivos. ^{[ 5 ]}