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La industria española en el sector espacial: participación española en el proyecto espacial Fobos
el proyecto, como han participado científicos y organizaciones de muchos países en el diseño de los experimentos y posterior análisis de los datos. Por parte de Francia el CNES Centro Nacional de Estudios Espaciales participará procesando la telemetría en bruto grabada en las estaciones de la DSN Deep Space Network, de forma paralela al JPL Jet Propulsión Laboratory y es de su responsabilidad el envío a la URSS por líneas de alta velocidad de los datos procedentes de las estaciones de seguimiento occidentales. La dificultad que para la red de NASA supone una misión asi viene dada por la incompatibilidad de las estaciones de la DSN con los vehículos espaciales soviéticos, debido a las diferencias de banda de frecuencias y métodos de modulación. El problema de la diferencia de frecuencias NASA usa las bandas S y X, mientras la URSS usa la banda L se ha solventado instalando en las antenas de las estaciones involucradas un preamplificador de muy bajo ruido 35° K para banda un conversor de banda La El problema de la incompatibilidad de los sistemas de modulación es más grave, ya que podría obligara la instalación de un sistema nuevo de receptores, demoduladores de subportadora, sincronizadores de símbolos, etc., una cadena completa de telemetría en cada estación. Los sistemas de receptores de la DSN utilizan técnicas de demodulación coherente basadas en el PLL diseñados para una modulación PCMPSKPM, con subportadoras de frecuencias lo suficientemente elevadas para que el espectro a unos cuantos cientos de ciclos a ambos lados de la portadora esté limpio, e índices de modulación que no sobrepasan unos 85 grados, de forma que no provoquen excesivas supresiones de la portadora. La propia frecuencia de la portadora, medida con gran precisión, es un dato de gran importancia para la navegación, ya que se utiliza el efecto Doppler sobre la portadora de telemetría para medir la velocidad radial de los vehículos. Los vehículos soviéticos, por el contrario, utilizan potencias bajas 4.2 W, subportadoras de frecuencias muy bajas 1026.4 Hz en este caso, con un índice de modulación que en ciertos modos es de 90 grados, lo que implica usar receptores basados en otras técnicas como el Costas Loop. Asimismo, al menos en la misión que nos ocupa, no disponen de transporders que permitan que la señal recibida en las estaciones de seguimiento sea coherente con la transmitida desde las mismas hacia el vehículo se hace con equipo aparte, en banda C, con lo que la inestabilidad del oscilador de a bordo se suma al efecto Dqpler y hace difícil su modelado e imprecisa la predicción de la frecuencia recibida. Hay que tener en cuenta que debido a los niveles de señal esperados 165 dBm para la portadora sin modulación, la tasa de variación de frecuencia por efecto Doppler hasta 6Hzseg. y los anchos de banda utilizados, es necesario disponer de predicciones de la frecuencia recibida con una incertidumbre menor que 100 Hz. Debido al gran costo que supondría el diseño e instalación de nuevos receptores y sistemas de telemetría en todas las estaciones de la red, los responsables de la misión por parte de NASA se decidieron por digitalizar la señal según se recibe en las antenas y procesarla posteriormente haciendo uso de técnicas de tratamiento de señales por software. subsistema de Radiociencia DSPRS ya existente en las estaciones de la DSN. Este subsistema que se utiliza en experimentos donde la propia radio de un vehículo espacial hace las veces de sensor refracción, difracción, ocultaciones, etc., dispone de medios para convertir a Banda Base una ventana del espectro recibido, digitalizarlo y grabarlo en cinta magnética de ordenador. El contenido de estas cintas se enviará por líneas de datos de banda ancha 56 Kbd al JLP en Pasadena California y al CNES en Toulouse, donde todo el resto del proceso se efectuará por software. Este software deberá emular las funciones de la cadena completa de telemetría. Los datos obtenidos se enviarán al centro de control de la misión en la URSS por líneas de datos de alta velocidad 7.2 Kdb. Todo este proceso debe hacerse en tiempo cercano al real, debiendo los datos estar disponibles antes de 7 horas a partir de su recepción en las estaciones de seguimiento. El análisis, desarrollo, implementación y pruebas de este software ha sido contratado por NASAJPL a la empresa española Investigaciones Cibernéticas, S.A. ICI de El Escorial Madrid, en adjudicación directa, ya que en palabras de NASA ninguna otra compañía podría realizarlo en plazo y precio. Esto es debido a la experiencia anterior de ICI con la VENUS BALLOON MISSION, según terminología NASA. Se trataba de una misión de la URSS, en colaboración con EEUU y Francia que envió un ingenio espacial suspendido de un globo el cual desplegó en la atmósfera de Venus en 1985, realizando medidas de la composición y dinámica de dicha atmósfera. Para esta misión. ICI realizó un trabajo similar al actual, el cual fue un completo éxito, excediendo con creces las especificaciones. Las funciones principales que debe realizar este software son Un equipo idóneo pa digitalizar la señal es el Buscar y confirmar la presencia de la portadora, estimando frecuencia, fase y amplitud. Esto se realiza en los períodos en que ésta no se encuentra modulada, utilizando técnicas de FFT Transformada Rápida de Fourier. Actualizar constantemente el modelo generado de la portadora, siguiendo en particular las variaciones de fase debidas al efecto Doppler y a la deriva del oscilador de la nave. Se usa un filtro de solamente 1 Hz de ancho. Demodular la portadora, usando el modelo estimado para obtener la subportadora modulada. Se sincronizan los bucles de seguimiento de subportadora, pseudosimbolos y símbolos. Estos PLLs eliminan todas las posibles derivas. Integrar, cuantizar y adquirir los símbolos eliminando la subportadora, y el código Manchester. Se usa Decodificar el código de bloques BCC si el modo de telemetría incluye este código modos 2 y 3. Decodificar el código convolucional con una implementación del algoritmo de Viterbí. Generar bloques estándar y grabarlos en cinta. Asimismo, se deben obtener estimaciones de la relación señal ruido, tanto a nivel de portadora como de símbolo, como las tasas de errores BER, SER y otros valores estadísticos indicativos de la calidad de los datos tanto en forma gráfica como alfa numérica. Es de hacerse notar que debido a los pequeños márgenes disponibles, la degradación total introducida en la relación señalruido, incluyendo el ruido del sistema El software debe ser altamente configurable para poder acomodar los diversos modos de telemetría esperados, así como las incertidumbres en frecuencia recibida y otras. Conjuntamente con esta parte operacional. ha habido que desarrollar módulos de simulación, los cuales generan cintas similares a las que se obtendrán durante la misión real, con los distintos modos de telemetría, velocidades de transmisión, etc., así como distintas relaciones señalruido, que sirvan para probar el comportamiento del software operacional con patrones de datos conocidos antes de que sea posible disponer de los vehículos reales. El nivel de calidad que se exige a este software es muy elevado, tanto en lo que se refiere a prestaciones como a fiabilidad y documentación, debiendo superar los estrictos controles y pruebas que NASA tiene establecidos para sus sistemas involucrados en vuelos espaciales. Los algoritmos utilizados en este proyecto son en gran parte originales, desarrollados por José Luis Morales, Director Técnico de ICI y la dirección del proyecto está a cargo de Miguel Ángel Urech, Jefe del Departamento de Software, personas que cuentan con más de 15 años de experiencia en el desarrollo de software para comunicaciones espaciales. Este software se ha desarrollado para los ordenadores de que dispone el JPL, bajo sistema operativo de tiempo real y han sido escritos en más del 80 en Fortran IV, estando el resto en Ensamblador. En la actualidad se encuentra en la fase de pruebas de compatibilidad por parte de NASAJPL con los datos generados por el vehículo real. Posteriormente a la firma del contrato entre ICI y NASA, el CNES se hizo cargo de la responsabilidad de centro de control de la misión para las redes de seguimiento occidentales, desde sus instalaciones de Toulouse, implica tener que realizar el mismo tipo de proceso que el JPL. Para este fin, ha contratado también con ICI la implementación de otra versión del software descrito para funcionar en un ordenador distinto al de NASA y bajo otro sistema operativo, en este caso no de tiempo real. Estos trabajos se encuentran todavía en una fase preliminar. ENTEL Tecnologías e Ingeniería Informáticas aplicada a la problemática aeroespacial Texto Juan Carlos Martínez Peinado y Agustín Núñez Castain Partiendo de la descripción del Sistema que para la evaluación y diagnóstico en tiempo real del proceso de telemedida, telemando y seguimiento TTC en estaciones de seguimiento de satélites, que la empresa ENTEL, S.A. ha desarrollado para la Agencia Espacial Europea, se analizan las diferentes tecnologías implicadas en la solución final y su aplicabilidad a la problemática aeroespacial, así como la experiencia adquirida por ENTEL en este tipo de sistemas, lo que ha permitido su posicionamiento en el concierto industrial europeo cara a abordar los futuros grandes programas de cooperación europea en el sector aeroespacial COLUMBUS, HERMES, DRS. trabajó de Madrid INTANASA DSN t con Operaciones Desde I968hasra 1971 perteneció a los si TVE en Madrid. EL PROBLEMA La operación de ingenios espaciales necesita una infraestructura de comunicaciones que permita su control y monitorización desde un centro de operaciones en tierra. Dentro de esta estructura, las estaciones de seguimiento ejercen las funciones de radioenlace entre los sistemas de a bordo y la red de comunicacio Al ser este enlace la única conexión satélite tierra, su mantenimiento continuado en estado operativo constituye un factor critico para el éxito de cada misión espacial. Con el objetivo de minimizar el tiempo en el que la estación está fuera de servicio se concluyó que un sistema capaz en tiempo real de detectar anomalías tan pronto como se produzcan o incluso poder predecirlas con cierta antelación por extrapolación de la evolución instantánea del Sistema y además, evaluar las anomalías y proporcionar acciones correctoras o incluso preventivos en tiempo útil, es decir, antes que se produzca algo irremediable, v.gr. la pérdida de la conexión con el satélite, mejorará notablemente la monitorización y control convencional aplicada hasta este momento, reduciendo drásticamente el tiempo en estado no operativo de dichas estaciones. Estas son exactamente las funciones que desempeña el sistema desarrollado por ENTEL. Este sistema consta de Un módulo capaz de adquirir en tiempo real los
30 oct 2015