Design of a multidisciplinary 1U CubeSat Simulation Platform

Abstract

The main purpose of this project is developing a multidisciplinary Simulation Platform for CubeSats. It will be composed of three differentiated blocks, around which the project is structured: a mechanical simulation platform, a Ground Station management software and a CubeSat prototype that will be the base for the future GranaSAT-I. This Master’s Thesis is addressed from a double perspective: on the one hand, the development of a Simulation Platform of great usefulness in an academic environment, as a way to get students from multiple degrees closer to the aerospace world, and particularly to CubeSats, given its current context of peak, being fostered by institutions such as European Space Agency (ESA); on the other hand, in a research environment, providing with a mean to implement new communication algorithms, orbit controllers, and generally speaking, for the development and test of new technologies and techniques, before launching. The development and implementation of this project is performed following methodologies of System Engineering contrasted in the aerospace industry, giving realism and getting the student closer to professional techniques, widely recognized in the job market. Furthermore, the complexity and multidisciplinary scope of this Master’s Thesis allows covering not only the different specialties of the Master in Telecommunication Engineering but also acquiring knowledge and transversal abilities from other fields of the Engineering, such as Mechanical or Aerospace. Besides specific software of each of the mentioned areas, advanced techniques of machining (aluminum milling), manufacturing (solder reflow) or characterization of different devices (lithium batteries, silicon solar cells...) among others, have been analyzed and applied. The result of the exposed culminates with the obtention of a complete and functional simulation environment, which complies with the requirements defined in the preliminary stages, and supposes the finalization of the Master.

El objetivo principal del presente proyecto es desarrollar una Plataforma de Simulación multidisciplinar de CubeSats. Estará compuesta de tres bloques diferenciados, en torno a los cuales pivotará el proyecto: una plataforma de simulación mecánica, un software de gestión de Ground Station y un prototipo de CubeSat, que constituirá la base del futuro GranaSAT-I. Este Trabajo Fin de Máster se aborda desde una ambiciosa doble perspectiva: por un lado, el desarrollo de una Plataforma de Simulación de amplia utilidad en el ámbito académico, como medio para el acercamiento del alumnado de múltiples titulaciones al mundo aeroespacial y en concreto a los CubeSats, en el contexto de auge actual, fomentado por instituciones como la Agencia Espacial Europea (ESA); en segundo lugar, en el ámbito de investigación, proveyendo de un medio para la implementación de nuevos algoritmos de comunicación, de control orbital y, en general, para el desarrollo y testeo de tecnologías y técnicas novedosas, de manera previa a su lanzamiento. El desarrollo e implementación de este proyecto se lleva a cabo siguiendo metodologías de Ingeniería de Sistemas contrastadas y asentadas en la industria espacial, dotándolo de realismo y acercando al alumno a técnicas profesionales de amplio reconocimiento en el mercado de trabajo. Asimismo, la complejidad y ámbito multidisciplinar de este Trabajo Fin de Máster le permite cubrir, no sólo las diferentes especialidades del Máster de Ingeniería de Telecomunicación, sino también adquirir conocimientos y habilidades transversales o específicos de otros campos de la Ingeniería, como la Mecánica o la Aeroespacial. Así, además de software especialista de cada uno de los campos mencionados, se han analizado y aplicado técnicas avanzadas de mecanizado (fresado de aluminio mediante control numérico), fabricación (soldadura utilizando técnicas de reflow) o caracterización de diferentes dispositivos (baterías de litio, células solares de silicio...), entre otros. El resultado de todo lo expuesto culmina con la obtención de un entorno de simulación completo y funcional, que cumple con los requisitos definidos en etapas iniciales, y con el cual se cierra la etapa universitaria de Máster.