Ingeniero Civil Eléctrico / Esta memoria se enmarca dentro del proyecto SUCHAI, el que busca diseñar, construir, integrar, programar, lanzar y operar un nano-satélite de estándar Cubesat con estudiantes de pregrado. En este contexto el objetivo de la memoria es formalizar, analizar y presentar: El proceso de diseño seguido hasta obtener los requerimientos. La arquitectura y operación de este. Y finalmente la verificación a las que fue sometido para comprobar su funcionamiento. En la primera etapa se muestra cómo a partir de la misión y restricciones del proyecto se extraen los requerimientos y se reúnen en la llamada Matriz de Trazabilidad de Requerimientos (Requirements Traceability Verification Matrix - RTVM en inglés). En la segunda parte se detalla la arquitectura y funcionamiento del bus-SUCHAI, haciendo para ello una analogía con el modelo OSI. En la tercera y final se somete al satélite a pruebas parciales en el laboratorio, y a una prueba total en una cámara de alto vacío, buscando comprobar si se cumplen cada uno de los requisitos, usando para ello nuevamente la mencionada matriz. Como conclusión de las tres etapas, se concluye que el SUCHAI aunque no satisface aún todos los requerimientos propuestos originalmente si lo hace con los más importantes. Lo que permite afirmar que se ha desarrollado un bus lo suficientemente modular, fiable y capaz para ser lanzado y operado en el espacio. Por último, tres aportes del trabajo de memoria son destacados, las propuestas de mejoras para el bus-SUCHAI, la aplicación de herramientas de Ingeniería de Sistemas como la RTVM en un proyecto Cubesat y la propuesta de un proceso de diseño para desarrollos similares.

Ingeniero Civil Eléctrico / Los sensores magnéticos son ampliamente utilizados siendo de gran ayuda en la navegación al ser usados como como una brújula, memorias magnéticas para ordenadores, sistemas automáticos, control de automóviles y detección. Incluso han sido determinantes en medicina mediante la medición del campo magnético del corazón, cerebro o pulmones, revelando información importante acerca de las corrientes dentro del cuerpo. Estas aplicaciones son ampliamente revisadas en la literatura actual, pero la importancia radica en que tienen el mismo centro: el magnetómetro. En el presente trabajo, un magnetómetro es parte de una misión de investigación que se desplegarán en la misión CubeSat SUCHAI 2 y 3 para mediciones in-situ de campo magnético en la magnetosfera bajo el nombre de MAG-SPEL (Magnetometer of Space and Planetary Exploration Laboratory). Este tipo de medición se realiza principalmente por medio de los magnetómetros de gama alta, tales como Search Coil o Flux Gate, que son grandes y robustos. La presente tesis tendrá un enfoque diferente: pequeña escala y sensores de poco valor para los satélites pequeños (CubeSat) solamente usando COTS (componentes comprables de manera fácil y rápida), siguiendo el trabajo realizado por Imperial College y su sensor MAGIC. En este caso los sensores son: pequeños, baratos, replicables, medianamente sensibles y de consumo moderado. Para esto se diseñó todo el sistema mediante el uso de un sensor comercial (HMC1001) y un front-end electrónico acorde para procesar la señal, utilizando las guías del magnetómetro MAGIC con la perspectiva de lograr mejoras tales como: diseño modular, cambio de rieles de voltaje, mejoras sobre el espectro de ruido y tratamiento de la señal differencial, culminando en una mejora de la sensitividad. Se realizaron pruebas para cuantificar las variables de interés, tales como corriente de polarización y consumo, para luego pasar a realizar una calibración utilizando una Helmholzt Cage y un magnetómetro de referencia para una calibración cruzada. Esta calibración se realizó en Boston University utilizando equipo especializado para tal calibración. Todo esto con el fin de demostrar que se puede lograr generar un sensor magnético competitivo basado en MAGIC. Finalmente se logró obtener un magnetómetro levemente superior en comparación al realizado por Imperial College, logrando una sensitividad de 10 50 nT cumpliendo todas las mejoras prometidas alcanzando rangos dinámicos de 45.000 nT y consumos alrededor de 1 W en funcionamiento tri axial además de cumplir con las restricciones impuestas por una misión CubeSat / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por CONICYT/PCHA/Magíster Nacional / 2015-22150792 y por el Departamento de Postgrado y Postítulo de la Universidad de Chile

Ingeniero Civil Eléctrico / Esta memoria se enmarca en el análisis de algoritmos de Súper Resolución (SR). Estos algoritmos recibirían imágenes tomadas por un futuro satélite Cubesat desde la órbita terrestre, obteniéndose una imagen con mayor resolución. El principal objetivo de esta memoria consiste en estudiar el coste en recursos, rendimiento y otras consideraciones de estos algoritmos. Así se podrá determinar cuál algoritmo de SR de los considerados pueda ser utilizado con ventajas en una plataforma Cubesat. Para lograr este objetivo se utiliza las experiencias de operación del primer Cubesat Chileno (SUCHAI 1). Usando esta información se ha podido determinarse cuáles serían los requerimientos que se deben cumplir en los futuros SUCHAI de manera de disponer de la capacidad de obtener imágenes en SR. Se realizaron evaluaciones de los algoritmos de SR implementándose una interfaz que permitió comparar visualmente, correr reiteradamente (cambiando sus parámetros) los algoritmos en una plataforma Matlab, de manera de evaluar sus prestaciones y obtener una estimación de la mejora en resolución resultante de la imagen final, el tiempo empleado en su ejecución y la memoria utiliza. Como complemento se utilizó un método llamado Mapas de Calor que permite construir comparaciones de un dataset (se dispusieron de 100 imágenes y se usó una métrica llamada Peak Signal to Noise Ratio -PSNR-) construido Ad hoc. Con los datos obtenidos se sugieren escenarios sobre los cuales utilizar los algoritmos a ser ejecutado a bordo del satélite (considerando sus características) y se postula que para obtener mejores prestaciones de SR lo práctico es bajar las imágenes y ejecutar en tierra (lo cual probablemente requerirá mucha más capacidad de cálculo). Se ven algunos pro y contra de la SR usando Deep Learning y se menciona como posible ampliación del campo de la SR a la combinación con Mapas Digitales de Elevación (DEM). / Este trabajo ha sido parcialmente financiado por Proyecto ANILLO ACT 1505

Ingeniero Civil Eléctrico / El avance científico y tecnológico en materia aeroespacial, más la experiencia acumulada a lo largo de los años por centros de investigación, ha permitido que se mejoren las téc- nicas de diseño e integración de satélites y los experimentos de diversa índole que estos transportan al espacio. El paradigma clásico consiste en diseñar la carga útil del satélite y luego el vehículo que la transportará. Esto provoca que cada nuevo satélite tiene una forma personalizada, lo cual implica en mayores costos para el cohete que lo va a enviar al espacio. Los CubeSat rompen ese esquema al establecer un peso, volumen y forma bien definidos, de tal manera que la carga o payload del satélite debe ajustarse a esa especifica- ción. Esto implica una drástica disminución del costo de misiones espaciales, ya que se ha transformado en un estándar adoptado por decenas de universidades, centros tecnológi- cos y organizaciones en el mundo lo que conlleva a que el sistema de acoplado al cohete sea también estándar. Una de las partes esenciales de un CubeSat es su sistema de comunicación, el cuál a pesar de tener una tendencia a dismuir su costo, sigue teniendo un precio elevado, trans- formándose en una barrera de entrada para establecimientos educacionales que ven en los nanosatélites una herramienta no sólo de investigación sino que también educativa. Un transceptor de bajo costo permite no solo reducir el impacto económico del nanosatélite, sino que también agregar redundancia al sistema, teniendo la posibilidad de transportar más de uno en un mismo CubeSat. Esta memoria se enmarca en el SUCHAI 2 y 3, los cuales son la continuación del primer nanosatélite de la Universidad de Chile, el SUCHAI. Se implementó y evaluó un sistema de comunicación que pueda ser utilizado en satélites de diverso tamaño, desde femto a nano- satélites, basado en el módulo RFM22B. Se implementó un protocolo de comunicación, se realizaron múltiples pruebas en terreno y utilizando un globo sonda. Las pruebas en terreno permitieron demostrar que la mejor modulación y tasa de transferencia de datos disponibles considerando la cantidad de paquetes enviados exitosamente es FSK a 2 kb/s. Con radiosonda se probó esta configuración y se recibieron paquetes a 38,9 km con una antena omnidireccional de 3 dBi de ganancia y a 477 km con la antena Yagi de la estación terrena del proyecto SUCHAI que posee 18,9 dBiC de ganancia. Estos resultados demuestran que el RFM22B es una opción viable para nanosatélites en la órbita de la estación espacial internacional (416 km en apogeo) y para constelaciones de femtosatélites.

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil Eléctrico / En el vuelo espacial, una maniobra orbital corresponde al uso de sistemas de propulsión para cambiar la órbita de un vehículo espacial. Es actualmente casi la única manera de desplazarse a través del espacio exterior y por lo tanto su aplicación resulta de gran importancia para el diseño físico como para el diseño de misiones de satélites. En el caso particular de nanosatélites, los sistemas de propulsión presentan grandes restricciones tanto de capacidad como tamaño, por lo cual normalmente se hace necesario utilizar sistemas de propulsión eléctrica, los cuales poseen un nivel de empuje bajo, resultando comúnmente en tiempos de propulsión de larga duración, del orden de cientos de órbitas. El presente trabajo pretende calcular los propulsivos, energéticos y temporales de llevar a cabo maniobras orbitales de bajo empuje predeterminadas. Es decir, la cantidad de propelente, potencia, energía y tiempo necesarios para ejecutar una maniobra sub-óptima definida manualmente en base a resultados de la literatura. En la primera parte del presente trabajo se presenta el marco teórico donde se describen los conceptos necesarios para poder comprender y analizar el modelo realizado. Se mencionan principalmente conceptos relacionados con la astrodinámica, los principios de propulsión y la ejecución de maniobras orbitales. Se construyó un modelo en python basado en las ecuaciones de variación de parámetros incorporando perturbaciones gravitacionales de la Tierra, el Sol, la Luna, el arrastre atmósférico y la presión solar. Este modelo además incorporó la capacidad de perfilado del empuje a lo largo de su órbita y finalmente la fijación de órbitas objetivo basado en leyes de control derivadas analíticamente. Además se validó la dinámica básica y perturbada del modelo mediante comparaciones con el software comercial de simulación de satélites Systems Toolkit STK. Una vez completado el modelo se procedió a realizar las simulaciones de intéres, incluyendo desorbitación, mantenimiento orbital y movimiento relativo. A partir de los escenarios estudiados se estima, en primer lugar, que el satélite SUCHAI tendrá un tiempo de desorbitación de 7 años, cayendo entre 2024 y 2025. Éste tiempo puede ser reducido entre un 20% y 30% utilizando propulsión basada en componentes comerciales. Las maniobras probadas, a nivel general, no poseen mayor problema energético. En el caso de mantenimiento orbital en órbita baja, la perturbación que genera mayor efecto es el arrastre atmosférico, por lo cual sólo resulta conveniente modificar el semieje-mayor. Finalmente se observa para el escenario de movimiento relativo, que en ausencia de perturbaciones es imposible que un chipsat expulsado de un cubesat en órbita quede orbitándolo.