CubeBug-2 (Manolito)

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Analizando la primer telemetría: Generación de Energía

Después de las primeras horas de vuelo de Manolito (CubeBug-2) comenzamos a recibir paquetes con información sobre su funcionamiento y sensores en varios lugares, Holanda, Bariloche, Buenos Aires y Alemania. También lo escucharon y decodificaron en Japón, pero no pudimos analizar esa información todavía.

En algunas pasada muy bajas salieron solo unos pocos paquetes, y en otras muy buenas conseguimos hasta 21 beacons juntos lo cual es muy muy bueno. En este post voy a hacer solo un análisis de la generación de energía del satélite en estas primeras pocas horas de vida. Cabe destacar que el sate esta girando en sus 3 ejes con velocidades angulares de hasta 92°/sec por lo que algunos datos de power se ven en un principio, oscilatorios. Bueno ahi vamos:

Graficando los datos, lo primero que se puede ver es que los 4 paneles están generando potencia:

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La potencia que genera cada panel es aproximadamente la potencia entregada por el sol en la superficie de las celdas de cada cara multiplicada por el coseno del ángulo entre la normal del panel y el vector sol.

Manolito tiene los paneles distrubuídos asi (en Z+ y Z- no hay):


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Y cada una de las celdas genera aproximadamente 1W con incidencia normal, esperamos que las caras generen entre 4 y 5 W cada una. Como el sol muchas veces pega en más de una cara, si analizamos la generación total para cada posible ángulo esperamos algo asi (análisis teórico, esto no es telemetría):imageimage


un promedio de 4-5W si fuese uniforme. Obviamente en las caras Z+ y Z- el satelite no genera nada por que no tiene paneles.

Si usando la telemetría, sumamos la potencia generada por los paneles, obtenemos:


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Lo que muestra que estamos generando más de 5W casi todo el tiempo. Con picos de hasta 10 Watts! Pero volviendo al gráfico 3D esto no parece tener mucho sentido por que, supuestamente, no se generaría más de 7W en ningún ángulo. Pero, y un gran pero, si los datos de telemetría que estamos usando son correctos, parecería que el universo nos da una ayudita: el Albedo de la tierra. Este fenómeno es la refelxión de la radiación solar sobre la tierrra, que en promedio se toma del 31%, si bien varía dependiendo de la latitud y longitud (http://sandrolubis.files.wordpress.com/2012/04/albedo.png), llegando a un 75% en la antartida y groenlandia.

Dicho esto, si analizamos con más detalle una pasada buena sobre Argentina podemos ver algunas cosas interesantes.


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A las 14:05:58 UTC el panel X+ generaba 3.438W mientras que el X- generaba 1.2818W. Esto solo sería explicable si hay albedo (o la telemetría es incorrecta) ya que paneles opuestos no podrían generar al mismo tiempo solo por la incidencia del sol directa.

Lo interesante es que la relación entre ambos paneles es de 37%, bastante parecido al lo que se espera del albedo. Pero la verdad es que en Argentina esto es un poco menos, por debajo del 30%. Esto es llamativo, pero si continuamos con el análisis, podemos en realidad darnos cuenta, a partir del primer dibujo de los paneles, que X- tiene 5 celdas y el panel X+ solo 4, con picos de generación de 5.13W y 3.96W respectivamente. Entonces debería normalizar los valores de antes. Una regla de 3 simple nos dice que, si el panel X- tuviera solo 4 celdas, generaría 1.02W (en vez de los 1.28W) que corresponde con una generación por Albedo de un panel de 4 celdas en esa posición, dandouna relación de 29%, lo cual tiene más sentido y me deja aún más contento después de un día lleno de felicidades.

Conclusión:

Los 4 paneles estan generando como esperábamos y el satélite va a estar funcionando mejor de lo que esperábamos en cuanto a consumo de energía, ya que, cómo una vez me dijo Craig Clark de Clyde-Space (uno de nuestros proveedores) cuando discutíamos un power budget, el Albedo se lo puede considerar un regalo del universo!

Launch!

Launch!

Oct 9

Telemetry

Manolito (@CubeBug-2) will broadcast messages periodically, similar to what El Capitán Beto did (@CubeBug-1), but with a different format, periodicity and content.

Signal modulation and encoding

Manolito will be using the same radio we used in El Capitán Beto, an AstroDev Li-1. Signals will be transmitted in UHF at 437.445 MHz, either AX.25 over 1200 bps AFSK or 9600 bps GFSK modulated on FM.

Decoding @CubeBug-1’s signals was not easy. The Li-1 was successfully used in previous CubeSat’s, but everybody used it at 9600 bps. For different reasons (mainly theoretical decodability), we decided to launch @CubeBug-1 modulating at 1200 bps… and apparently we were the first to use the Li-1 with this modulation, and though all tests in ground passed ok, we found out, too late, that the radio had a hardware bug that made it really hard to decode.

So for Manolito we decided to launch in a safer configuration: The satellite will periodically (every 12 hours) switch from 1200 bps to 9600 bps and back, until we decide to fix a baud rate.

The AX.25 packets will have CUBEB2-6 as source address and CQ as destination.

Periodicity

In the early days of @CubeBug-1 we learned that it was very important to be know some of the state of the satellite even if it’s not possible to decode the telemetry packets. For Manolito we took it a bit further, and encoded some more information in the interval between each beacon.

The interval time varies from 13 seconds to 36 seconds. 36, 35 and 34 seconds reflect three different internal errors related to obtaining the current battery voltage. Any other value is inversely proportional to the battery voltage. The main idea is twofold, to have a reading of the voltage and two make the radio consume less power when the battery is emptier. The formula to go back from seconds to voltage is:

battery_v = 8.4v - (interval_s - 13s)/10


With this we’ll be able to tell the state of the batteries, whether the solar panels and power subsystem are working properly, if the CPU is working, etc.

Data format

The data in every packet Manolito sends starts with three bytes identifying the type of package, the most common anybody will receive are:

  • FF FF F0: Binary telemetry beacon
  • 3A 45 4D: ASCII telemetry beacon (APRS format)
  • FF FF F4: Experiments results
  • FF FF F5: Image fragment

Manolito will only start to broadcast the last two if everything goes well, there is good battery level, it has moved to MISSION mode and it started to automatically run some experiments. We’ll talk about this packets in a future post, as soon as we start seeing them.

The ASCII telemetry beacon is just a text stating some basic telemetry, including battery voltage, gyroscopes measurement, uptime and temperature. It looks like:

Upt: 03:24:06 Bat:7.98v Temp:27.6C Gyr:0.45d/s

The binary telemetry beacon is bit more complex, and contains lots of interesting information about the Manolito’s health condensed in 78 bytes:

Manolito's binary telemetry format and formulas

Sep 8

Camino a Holanda

Hola todos! así comenzamos la saga de Manolito. Desde el lunes 2 de Septiembre Manolito está camino a Holanda, quizás ya haya llegado, pero no tenemos noticias por ahora.

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Así es como viajó. Dentro de esa valija Pelican van el TESTPOD, y dentro del TESTPOD, Manolito!

El TESTPOD es una “caja” muy similar a la que, finalmente, se atornilla al cohete para transportar a Manolito. Dentro del TESTPOD hay un resorte, como el que lo soltará una vez en órbita.

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Acá está la valija abierta, el satélite al fondo, y al lado el contenedor metálico donde viajó. Haciendo un poco de esfuerzo se puede ver en la foto el resorte y sobre el una base celeste, que es donde apoya el satélite para comprimir el resorte.

Y finalmente, acá está Manolito! Con las antenas plegadas, pero tal cual dará vueltas a la tierra, si todo sale bien, antes de fin de año.

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El lanzamiento está planeado para antes de fin de año en un cohete Dnepr desde una base de lanzamiento en Yasny, junto con otros 22 satélites!, la mayoría CubeSats.

El lanzamiento está planeado para las 7:10:11 utc y la órbita planeada es sol sincrónica a 97.8°, con un LTAN a las 22:30.

Que nervios! Crucen los dedos!