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    Libertad 1 - Primer satélite colombiano en el espacio

    El Libertad 1

    Colombia inició oficialmente su camino en la temática aerospacial, al haber obtenido señales desde el espacio de su primer satélite, el Libertad 1. En este artículo se abordan diferentes aspectos del proyecto pionero desarrollado por la Universidad Sergio Arboleda, bajo la Rectoría del Doctor Rodrigo Noguera Calderón.

    El 17 de abril de 2007, Colombia tuvo éxito en su proyecto de poner en órbita, alrededor de la Tierra, el primer artefacto diseñado, programado e implementado por un grupo multidisciplinario de investigadores de la Universidad Sergio Arboleda denominado Colombia en órbita. Se comprobó por medio de diferentes estaciones terrenas de radio localizadas alrededor del mundo, que sí se recibía el beacon (paquete de datos técnicos comprimidos), objetivo básico de la misión llamada Libertad 1.

    Desde junio de 2004, nuestra institución buscaba seleccionar un nuevo proyecto de investigación para que profesores y estudiantes de nuestra Escuela de Ciencias Exactas e Ingeniería y del Observatorio Astronómico resolvieran una necesidad de carácter nacional. Un reto inicialmente abordado, fue el de construir un modelo o vehículo de lanzamiento al espacio, tema que fue conocido por el ingeniero Aeroespacial César Ocampo en la visita realizada a nuestra institución en octubre del mismo año, quien recomendó que sería mejor trabajar sobre un novedoso concepto de satélites llamado Cubesat que además era viable porque se adaptaba a nuestros recursos.


    Misión Libertad 1

    Objetivos generales:
    A. Desarrollar e implementar un pico satélite y contratar su puesta en órbita.
    B. Aprobar todas las pruebas técnicas exigidas para la integración al sistema de carga del cohete
    C. Contribuir con este desarrollo tecnológico a la temática aeroespacial en Colombia.

    Objetivos específicos:
    A. Comprobar los diseños electrónicos realizados por los investigadores y desarrolladores en todos los subsistemas y su respectiva programación y ensamble.
    B. Capturar una serie de datos del comportamiento propio del satélite como temperatura de las caras, baterías y microcontrolador, estado de voltaje y corriente de baterías, número de transmisiones hechas por el satélite y número de capturas exitosas de los sensores.
    C. Investigar el comportamiento de posicionamiento del Libertad 1 con la Tierra con ayuda del sistema implementado para la estabilización y orientación.

    El proyecto se inició con el aporte económico de personas naturales y algunas empresas privadas. Se sostuvo y culminó con recursos de la Universidad Sergio Arboleda, los cuales fueron invertidos en la construcción del laboratorio de vuelo espacial José María González Benito, el Centro de monitoreo Rodrigo Noguera Laborde y en equipos como computadores, osciloscopios, fuentes, antenas, radios, licencias, etc. También se recibió apoyo humano y técnico por parte de la Fuerza Aérea Colombiana y de otras instituciones como el Centro Internacional de Física.

    Durante dos años se desarrolló el cronograma propuesto. Este incluyó una prueba de escritorio, un estudio del diseño de ingeniería, una fase llamada análisis del diseño critico para pasar a un módulo de vuelo durante el cual se llevó a cabo gran parte del trabajo para la programación e integración de todos los subsistemas, el lanzamiento y la decodificación de información recibida.

    Entre los aportes y desarrollos tecnológicos de este trabajo se tiene:

    El sistema electrónico de potencia. Se creó una tarjeta electrónica para poder regular y suministrar energía a todos los circuitos. Utiliza micro componentes de fabricación extranjera y PCB (tarjetas base para instalar los componentes) que la industria colombiana elaboró, según los diseños implementados por los científicos colombianos. Todos los componentes fueron ensamblados en los laboratorios de la Sergio Arboleda.

    La programación del cerebro del satélite. Tarea realizada por medio de un microprocesador MSP430 de Texas Instruments, que recibía las tareas de encendido y apagado del artefacto, el despliegue de antenas, el envío de información y el almacenamiento de la misma, gracias al sistema operativo Salvo.

    El satélite cuenta también con un Sistema de Comunicaciones. Se compone de una tarjeta electrónica, con receptor y transmisor, que se trabajó conjuntamente con la Universidad de Virginia. El equipo de investigadores colombiano diseñó y construyó un grupo de antenas que se desarrolló en uno de los laboratorios de la Sergio Arboleda. Igualmente, se hizo el sistema de despliegue tanto mecánico como electrónico. Todo esto para lograr la transmisión de datos desde el pico satélite a la estación terrena ubicada en el Observatorio Astronómico de la Universidad.

    Se calculó, se diseñó y se instaló un sistema de orientación y estabilización para el satélite. Se requirió de este subsistema para obtener una mejor comunicación entre la tierra y el pico satélite. Como es tan reducido su tamaño no se pusieron micro propulsores, sino imanes y barras de histéresis.

    En enero de 2007 se inició la etapa definitiva de pruebas técnicas que se realizan en los laboratorios de la facultad de Ingeniería Aerospacial de la Universidad de Calpoly, que incluyen: vibración para simular las condiciones a las que se someterá el artefacto en el cohete y pruebas de vacío y temperatura. Estas se le practican a cada Cubesat y luego en conjunto con los otros similares en su dispositivo de transporte y puesta en el espacio. Se aprobaron satisfactoriamente todas estas pruebas y quedaron definidos los puestos para fijarlos en la zona de carga del cohete. Era la primera vez que nuestro emblema nacional estaba plasmado en un vehículo espacial con un satélite colombiano en su interior, ilustrando que conquistaría el espacio.


    En órbita y funcionando

    El martes 17 de abril a la 1:47 a.m., hora colombiana, se llevó con éxito el lanzamiento al espacio.

    La agencia espacial de Rusia, Kosmotras logró colocar los 16 satélites en el espacio según lo programado; el satélite Libertad 1 desplegó sus antenas 20 minutos después de estar a la altura seleccionada y posteriormente a los 15 minutos empezó a emitir su primer paquete de datos. Las primeras estaciones de radio que reportaron el beacon están ubicadas en Estados Unidos en la Universidad de Stanford y en Dinamarca por un radioaficionado. Operó por 34 días hasta agotar la energía de sus baterías.

    Tuvimos la oportunidad de participar por segunda vez en un congreso internacional para desarrolladores de Cubesats en California, llevado a cabo en abril de 2007, en el cual se expusieron los novedosos diseños de nuestra misión y por supuesto la efectividad de éstos al exhibir la telemetría recibida.

    Resultados:

    Se comprobó que el satélite transmitió más de 3000 paquetes de datos. La designación preliminar que recibió nuestro objeto a nivel mundial en el espacio es 31128 y el código internacional es el 2007-012N. Su ubicación exacta puede ser consultada al visitar la página de Internet: http://www.n2yo.com/satellite.php?s=31128 que registra todos los satélites que orbitan la Tierra.

    El Libertad 1 gira entonces alrededor de la Tierra de polo a polo, a 800 km pasando sobre el territorio colombiano al menos dos veces por día y cada paso dura hasta doce minutos.

    Investigaciones en curso: Se trabaja en el análisis y verificación de los datos de
    telemetría recibidos por el Libertad 1 y en el análisis de orientación y estabilidad del pico satélite. Actualmente se está llevando a cabo la investigación sobre la línea de programación y desarrollo de cubo satélites y en un sistema de adquisición de imágenes denominado Cubesatcam. También se está trabajando para ser parte del proyecto de la red mundial de estaciones terrenas para monitoreo de pequeños satélites, en la línea de telecomunicaciones.

    Finalmente, deseamos apoyar con nuestra tarea cumplida, a la nueva Comisión Colombiana del Espacio; agradecer a todas las personas y entidades que ofrecieron su colaboración, sin la cual hubiese sido imposible cumplir este logro. A la Universidad Sergio Arboleda por haber creído y apostado por una nueva cultura en el campo de la ciencia y el conocimiento.


    Referencias:
    www.cubesat.org : Proyecto cubesat.
    www.cubesatkit.com Proveedor de componentes principales
    www.amsat.org Organismo internacional de satélites amateur. Designaciones y matrículas
    www.iaru.org Organización mundial de radioaficionados. Frecuencias
    https://es.rbth.com/blogs/2014/04/23/de_colombia_al_espacio_pasando_por_rusia_39541
    http://www.nanosats.eu/


    POR:
    Raúl Andrés Joya Olarte
    Títulos:
    Ingeniero Mecánico – Universidad de América
    Especialista en astronomía – O. A. N. – Universidad Nacional de Colombia
    Maestría en investigación y docencia universitaria. Universidad Sergio Arboleda
    Académico de la Academia Astronáutica Internacional – IAA –
    Cargo Actual:
    Director del departamento Observatorio Astronómico.
    Director Maestría Gestión de Información y Tecnologías Geoespaciales (en convenio con el Instituto Geográfico Agustín Codazzi).
    Escuela de Ciencias Exactas e Ingeniería.
    Universidad Sergio Arboleda.


    EL PICOSATÉLITE LIBERTAD 1

    El Libertad 1 a

    Se diseñó una misión con objetivos básicos y concretos, debido a las limitaciones de espacio y a los consumos de corriente para operar bajo condiciones extremas de vacío y temperatura.

    Este proyecto está cumplido y resultó ser la primera experiencia de Colombia.

    Nombre del artefacto: Libertad 1

    Propietario: Universidad Sergio Arboleda

    País: Colombia

    Director del proyecto: Ing. Raúl Joya Olarte

    Dimensiones: 10x10x10 cm

    Peso: 1 Kg.

    Periodo de traslación alrededor de la Tierra: 90 minutos

    Velocidad: 7km/s

    Altura a la que se encuentra actualmente: 600 km

    Lanzamiento: 17 de abril de 2007. Enviado en un cohete Dneper de 32m de alto y 3m de diámetro.

    Lugar: Baikonur, Kasajistán.

    Empresa: Agencia Espacial Kosmotras

    Qué tarea haría:
    – Enviar desde el espacio distintas señales comprimidas para ser escuchadas con equipos apropiados por estaciones terrenas en el mundo.
    – Telemetría. Datos importantes de su estado de funcionamiento, temperatura en sus paredes exteriores y la corriente de sus circuitos.
    – Comprobar todos los diseños efectuados ( comunicaciones, corriente, software)
    – Conocer su posición respecto al Sol y a la Tierra
    – Verificar todos los diseños para futuras misiones.

    Para qué esta tarea:
    Es la primera experiencia de la Universidad Sergio Arboleda en este campo, es una misión básica, que involucra varios campos de investigación de nuestra Universidad:
    • Ingeniería electrónica
    • Ingeniería de sistemas
    • Ingeniería de telecomunicaciones
    • Matemáticas
    • Derecho
    • Observatorio Astronómico


    equipo humano

    equipo libertad 1

    Julio de 2011

    Por: Raul Andrés Joya Olarte al estar dirigiendo el Proyecto Libertad 1.

    El equipo humano

    El corazón de un trabajo está en las personas que lo desarrollan, por ello es importante recordarlas en este capítulo. Se nombran los cargos que en su momento desempeñaron y se presentan excusas a aquellos que se omiten, pues muchos dieron un aporte que pudo pasar desapercibido, pero que permitió que la maquinaria no se detuviera. Gracias a todos los que apoyaron esta causa.

    En los primeros días del mes de diciembre del año 2004, cuando se presentó a rectoría el proyecto del Phd, Robert Twiggs, del departamento de investigación del laboratorio aeroespacial de la Universidad de Stanford para desarrollar un pico satélite, se inició al interior de la universidad, la búsqueda de personal idóneo para realizar esta tarea. Se comenzó con el Departamento de Matemáticas y la Escuela de Ingeniería, sondeando entre los docentes y estudiantes de especializaciones. Igualmente se hizo con el personal del departamento del Observatorio Astronómico quienes, por estar ya desarrollando tareas con el Espacio durante cuatro años de labores exitosas y con un espacio físico eficaz para llevarla a cabo, fueron ideales para el proyecto. Las recomendaciones para esta selección estuvieron impartidas por el Sr. rector Dr. Rodrigo Noguera Calderón, el decano de matemáticas Reynaldo Nuñez, el científico y docente Dr. Cesar Ocampo, el Dr. Álvaro Leyva y el ingeniero Raúl Joya, director del Departamento Observatorio Astronómico.

    El proyecto requirió de un organigrama básico para la distribución de tareas, el cual estuvo inicialmente liderado por el Dr. Leyva, quien debió retirarse a cumplir tareas de índole personal. Luego, estuvo coordinado y dirigido por el ingeniero Raúl Joya Olarte, director del Observatorio Astronómico. Igualmente se estableció un director científico, el PhD César Ocampo de la Universidad de Texas, Austin; un director de misión, el Ing. electrónico Iván Luna docente de matemáticas e ingeniería de la Universidad Sergio Arboleda; un responsable del área de comunicaciones y telemetría, el licenciado en electrónica César Valero y para el sistema de control principal, el licenciado en electrónica, Andrés Alfonso; estos dos últimos, estudiantes de la especialización en Sistemas Dinámicos del Departamento de Matemáticas. El subsistema de telecomunicaciones se reforzó con el trabajo del Teniente Coronel Álvaro Molano de la Fuerza Aérea Colombiana; el ingeniero electrónico Miguel Ariza encargado del módulo de la cámara (objetivo inicial del Libertad 1) y finalmente del diseño del sistema electrónico de potencia. El físico Paul Nuñez, del observatorio, condujo la orientación y estabilización, transferencia de calor y despliegue de antenas.

    Como auxiliares de investigación estuvieron la matemática Liza Pinzón; el planetarista del Observatorio Astronómico el Sr. Josiph Toscano y dos estudiantes, Andrés Carrillo y Nataly Méndez, de colegios público y privado respectivamente. El trabajo en el aspecto jurídico fue soportado por los estudiantes de derecho Juan Pablo Vidal, Juan Pablo King y el Sr. Ocampo, apoyados por el profesor Rafael Durán, recomendado por el decano de la Escuela de Derecho, Dr. José María del Castillo.

    El proyecto, que duró más de dos años en llevarse a cabo, tuvo un capítulo en el que la Rectoría consideró importante crear un comité directivo para darle una planeación y un desarrollo que permitieran cumplir con los objetivos necesarios para implementar este tipo de proceso. Así, el grupo dirigido por el Dr. Rodrigo Noguera Calderón, rector de la Universidad, estuvo conformado por el Dr. Germán Quintero vicerrector académico, el Ing. Campuzano, decano de ingeniería de la Universidad Sergio Arboleda, el Dr. Hernando Ruiz investigador de tiempo completo de Civilizar y Raúl Joya, director del Observatorio Astronómico. Fueron invitadas como personas expertas en estas áreas del conocimiento, el Teniente Coronel Álvaro Molano, representante de la Fuerza Aérea; y el PhD Mauro Flores, director de la Maestría de Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Colombia. En este comité, que duró consolidado algunos meses, se habló de cómo debía rebautizarse el proyecto, si Caldas, Mutis o la segunda expedición; si se debía lanzar o no el artefacto o dejarlo como trabajo en Tierra; si era necesario hacerlo extensivo a la comunidad académica y si se debería hacerlo con prontitud y en toda su extensión para conseguir ser los primeros en el espacio e impactar a la sociedad colombiana. Como resultado visible de este comité, se presentó un cronograma de tiempos con costos globales y un flujo de caja que se proyectó hasta la fase de lanzamiento y decodificación de la información.

    Durante la implementación del satélite, se realizaron diferentes vinculaciones de personas que por su experiencia sumaron un valor invaluable al proceso, como el servicio que prestaron los ingenieros Preziozzi, Roberto Velazco y Julio Barriga, todos en la estación terrena. También el acompañamiento del Dr. Ignacio Barraquer, quien suministró equipos y contactos a nivel internacional y nacional para frecuencias y matrículas ante el Ministerio de las Telecomunicaciones y la Organización Mundial de las Telecomunicaciones; y el asesoramiento del abogado Alfonso Plana para gestionar las relaciones internacionales y salvar las dificultades de orden jurídico que se presentaron para la remisión y posterior lanzamiento del pico satélite en Baikonur.

    La colaboración del Phd Andrew Kalman, presidente de la compañía Pumpkin (constructor del Cubesat Kit), la de los estudiantes de maestría, Davis Sabolish de Stanford y Karla Vega de Texas, Austin, fueron fundamentales para el apoyo del equipo local del Libertad 1.

    Por su parte, el ingeniero Jorge Eduardo Ramírez, desde su cátedra de laboratorios en la Escuela de Ingeniería, lideró el proyecto del Satélite Pedagógico, el cual implementó con estudiantes y con materiales de grado no espacial y de fácil adquisición en el comercio local. De esta manera logró un proceso paralelo al Libertad 1 y llegó a muchos colegios y ferias tipo Expociencia para demostrar las propiedades y características propias de un artefacto aeroespacial.

    En cuanto al aspecto de los medios de comunicación, el Departamento de Imagen Institucional y Marketing, elaboró un plan de acción para alimentar a los medios de comunicación. Este trabajo lo realizó su directora, la Dra. Victoria Tello y el director del proyecto Libertad 1, con el apoyo de la docente y periodista de la Escuela de Comunicaciones Lola Portela. En la web, se soportó con el trabajo del Sr. Enrique Alvarado.


    La investigación:

    En este aparte, es importante mostrar cómo fue remontarse al espacio con un proceso totalmente novedoso para el país, y más aún, para una institución académica en progreso. Para ese entonces, el marco para realizar investigación estaba empezando a sentarse en torno a publicaciones en la revista, aun no indexada, de Civilizar, órgano de investigación de la Universidad Sergio Arboleda. Para el efecto se inscribió el grupo de estudio bajo el nombre de Colombia en Órbita. Sus integrantes fueron los docentes, estudiantes y auxiliares que trabajarían en el Libertad 1.

    Este mapa muestra los Estados actuales con capacidad de lanzamiento independiente (Rojo) y los Estados que han operado o están operando sus propios satélites (Azul).

    Este mapa muestra los Estados actuales con capacidad de lanzamiento independiente (Rojo) y los Estados que han operado o están operando sus propios satélites (Azul).

    La enseñanza que dejó implementar algo novedoso fue que el proceso de documentación es de vital importancia. Por razones que hoy en día se analizan, el hecho de tener un reloj con una real cuenta regresiva para subir a un cohete de 34 metros de altura y que lo llevara a 800 km de altura sin dar espera, no permitió realizarlo debidamente. Si bien es cierto que se llevó a cabo la escritura de algunos procedimientos, aún quedaban situaciones que no se esperaban como la presión de tener en órbita un trabajo que funcionaba correctamente y responder simultáneamente por las cátedras, clases, reuniones y responsabilidades económicas en los hogares. Definitivamente, una primera experiencia armando algo de lo que no se sabía nada, sin grandes capacitaciones y con recursos justos. Eso sí, con una gran moral y ganas de aprender.

    Es de anotar también que para ese entonces los Phd eran muy escasos en el naciente ambiente de investigación. El equipo base apenas tenía pregrado y especialización. El Dr. César Ocampo veía más importante el trabajo físico y material para obtener el resultado. Durante el proceso se sintió siempre la imperiosa necesidad de manufacturar el pico satélite para realizar pruebas y cumplir con el objetivo primario de recibir la telemetría desde el espacio. Esto denotó una falta de experiencia para realizar documentación científica.

    Una vez puesto en órbita, en abril 17 de 2007, y luego de que el equipo técnico hubiera participado en un taller sobre pico satélites en California y a los cuatro días de recibir exitosamente las señales, donde fue aplaudido el proyecto, el equipo retorno a centrarse en la documentación científica del proyecto.

    Actualmente reposan en el Observatorio Astronómico y en la Escuela de Ingeniería algunos artículos de diferente índole que al revisarlos y publicarlos serán de valor.


    investigación

    Libertad 1 primer satélite colombiano
    generalidades y aspectos técnicos


    Orientación y Estabilidad Rotacional de Libertad 1

    14 de abril de 2008


    Análisis y verificación del sistema de adquisición y monitoreo de datos térmicos del picosatélite artificial “libertad 1”


    Análisis y verificación de datos térmicos y telemetría del picosatélite artificial “libertad 1”



    así se vivió en 2007 el proyecto SATÉLITE LIBERTAD 1


    Reconocimientos


    Galeria Fotográfica

    Bandera de Colombia en el Cohete Dnper. (Es la única orgullosamente, hasta la fecha.)

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