Atravesando el cielo a 250 millas de altura hay un paquete de detectores y dispositivos electrónicos del tamaño de una caja de zapatos llamado Dellingr. El homónimo del dios nórdico mitológico del amanecer, Dellingr se encuentra entre una nueva generación de naves espaciales conocida como CubeSat. Estos pequeños satélites, medido en unidades estandarizadas de 10 por 10 por 10 centímetros cúbicos, no pesan más de unas pocas libras, y se parecen poco a los más grandes, naves espaciales del tamaño de una furgoneta como el telescopio Hubble por el que se conoce a la NASA. Pero SmallSats, que abarcan una amplia gama de tamaños, incluidos los CubeSats, son una herramienta cada vez más valiosa en el arsenal de los científicos espaciales.

Pero los CubeSats todavía están en su infancia, con tasas de éxito de la misión que rondan el 50 por ciento. Entonces, un equipo de científicos e ingenieros del Goddard Space Flight Center de la NASA en Greenbelt, Maryland, emprende una misión. ¿Su meta? Para construir un CubeSat más resistente, uno que pudiera manejar los inevitables contratiempos en vuelo que afligen a cualquier nave espacial, sin ir kaput. Querían un pequeño CubeSat que pudiera.

Para ellos era un territorio desconocido, un ejercicio de ingeniería por excelencia. El equipo estaba acostumbrado a construir grandes naves espaciales, con las capas de proceso, análisis y pruebas que los hacen fiables. Cambiar a CubeSats requeriría adaptar o, en algunos casos, crear nuevos procesos y enfoques, modificar las estructuras organizativas, todo ello mientras trabaja rápido y con un presupuesto limitado. Pero fue un experimento que valió la pena intentarlo, ya que las lecciones que seguramente aprenderían beneficiarían a toda la comunidad de CubeSat. Se pusieron a trabajar en 2014 y, después de tres años de desarrollo, Dellingr estaba listo para emprender el vuelo.

En el momento de escribir este artículo, Dellingr está volando sobre sus cabezas, transmitiendo valiosos datos científicos y de ingeniería y resolviendo sus problemas finales. Pero el viaje de Dellingr no ha sido nada fácil:la historia de su lanzamiento, Las complicaciones posteriores y las correcciones exitosas es una clásica historia de persistencia e ingenio de la NASA.

Cronología

14 de agosto 2017:Lanzamiento

Dellingr se lanzó a bordo de un cohete Space-X Falcon 9 en la misión CRS-12 de la NASA para reabastecer la Estación Espacial Internacional. Se sentó como carga durante los siguientes tres meses hasta el despliegue.

20 de noviembre 2017:Despliegue desde la ISS

Justo después del mediodía EST, el equipo de Dellingr vio una transmisión en vivo desde la Estación Espacial Internacional y aplaudió cuando Dellingr fue liberado del implementador de NanoRacks.

20 de noviembre 2017:Segundos después

Cuando Dellingr escapó de la ISS, La emoción del equipo se convirtió inmediatamente en angustia cuando notaron pequeños apéndices que sobresalían de la nave espacial. Un magnetómetro diseñado para medir los campos magnéticos de la Tierra, y ya sobresalía una antena, a pesar de haber sido programado para un período de retraso de 30 minutos después del despliegue. Algo estaba mal.

Las investigaciones revelaron que la nave espacial se había encendido accidentalmente durante la preparación para el despliegue, activando el magnetómetro y la antena mientras todavía está dentro del desplegador, y reduciendo la potencia de la nave espacial. Dellingr había sido expulsado al espacio con la batería descargada.

Afortunadamente, como la mayoría de CubeSats, Dellingr no depende de la propulsión para permanecer en órbita. Aunque "muerto" en el aire, el pequeño satélite cayó por el espacio hasta que sus paneles solares (que cubren todas las superficies de la nave espacial) recargaron suficientemente la batería. Ocho horas después Dellingr hizo su primer paso sobre su estación terrestre en la instalación de vuelo Wallops de la NASA en Wallops Island, Virginia. Los datos de la nave espacial indicaron que era completamente funcional, había apuntado automáticamente al sol, y tenía una carga de batería saludable. A pesar del despliegue anómalo, por lo demás, la nave espacial funcionó perfectamente como estaba diseñada.

21 - 30 de noviembre, 2017:desgasificación

Además de dos magnetómetros diseñados para medir los campos magnéticos de la Tierra, Dellingr lleva un instrumento llamado espectrómetro de masas de iones neutros, o INMS, que mide tanto los iones como las partículas neutras en la atmósfera. El instrumento INMS nunca se había validado completamente en el espacio. Mostrar lo que podía hacer era uno de los principales objetivos de la misión. Sin embargo, antes de que pudiera encenderse, INMS necesitaba completar el proceso de desgasificación, permitiendo que los residuos dañinos de la atmósfera de la Tierra se evaporaran de la nave espacial. Nada que hacer salvo esperar.

30 de noviembre 2017:Perdiendo el sol

Dellingr determina su orientación en parte al encontrar el sol y rastrear su posición mientras orbita la Tierra. Para el 30 de noviembre el equipo había notado que Dellingr no estaba bloqueando el sol y parecía estar inquieto en el espacio. El sistema de control de orientación de la nave espacial aceleró sus ruedas de reacción, que giran para inclinar la nave espacial de una forma u otra, mientras intentaba corregir el rumbo.

Pero abajo en el suelo algo no se veía bien. Dellingr tiene dos indicadores solares:uno personalizado, uno de alta precisión, y uno comprado comercialmente y probado en vuelo (aunque de menor resolución). Solo el puntero solar personalizado devolvía datos de aspecto salvaje. La nave espacial no se tambaleaba, el puntero solar personalizado no funcionaba correctamente.

Los ingenieros de Dellingr cargaron un código de solución rápida para desconectarlo hasta que pudieran descubrir la raíz del problema. Pero antes de que pudieran hacer eso, surgió un problema aún mayor.

16 de diciembre 2017:pérdida de GPS

Menos de un mes en órbita, El sistema GPS comercial de Dellingr redujo abruptamente su potencia, bajó la temperatura y tartamudeó hasta detenerse. El sistema GPS estaba muerto.

La pérdida de GPS significó que el equipo no pudo determinar con precisión la posición de Dellingr, y tampoco pudieron determinar su dirección de movimiento, fundamental para la correcta orientación del instrumento INMS. INMS funciona como un quitanieves, recogiendo iones y partículas neutrales en la parte delantera de la nave espacial mientras vuela por el espacio. no podían estar seguros de que la primicia estuviera orientada en la dirección correcta.

El equipo puso a Dellingr en modo operativo mínimo y comenzó a trabajar en un plan sobre cómo continuar sin GPS. A mediados de enero habían formulado un plan y comenzaron a hacer preparativos para implementarlo. Pero, una vez más surgió un nuevo problema.

27 de enero 2018:el problema del reinicio

Las naves espaciales en órbita siempre corren el riesgo de sufrir lo que se denomina perturbaciones de un solo evento que pueden alterar las señales eléctricas de la nave espacial, como ser golpeada por un rayo cósmico de alta velocidad o una partícula energética del sol. Para protegerse contra trastornos ocasionados por un solo evento, Dellingr fue diseñado para completar una vez al día, reinicio completo de la nave para mantenerse fresco; este reinicio ya había protegido la nave espacial en varias ocasiones. Además del reinicio diario, Dellingr se reinicia si ve algo mal. Si bien un reinicio ocasional no sería motivo de preocupación, a mediados de enero, Los restablecimientos de Dellingr comenzaron a activarse con más frecuencia de la que deberían. Para el 27 de enero, Dellingr se reiniciaba cada 63 segundos. Las comunicaciones con tierra se volvieron imposibles.

28 de enero - 5 de febrero 2018:tramando un plan

Dellingr estaba en un estado de parálisis inducida por el reinicio. En el piso, el equipo había rastreado el problema de reinicio en una línea de código en un controlador de dispositivo de bajo nivel que involucraba el protocolo de comunicación utilizado para controlar las ruedas de reacción, utilizado para orientar la nave espacial. Necesitaban apagar las ruedas de reacción, pero los constantes reinicios les impedían completar los comandos para hacerlo.

El equipo tramó un plan:en un paso sobre la estación terrestre de Dellingr en Wallops Flight Facility, enviarían una serie repetida de comandos a la nave espacial a un ritmo rápido, atascando efectivamente la computadora para que nunca llegara lo suficientemente lejos como para reiniciarse. Si pudieran atascarlo el tiempo suficiente, desencadenaría un reinicio total de energía, el equivalente a desconectar la computadora, dándoles tiempo para cargar la solución y apagar las ruedas de reacción de la nave espacial. Era una posibilidad remota pero sigue siendo su mejor apuesta.

6 de febrero 2018:regreso a los negocios

En un pase sobre Wallops el 6 de febrero, el equipo probó el truco, y esperaron 90 minutos para la siguiente pasada cuando pudieron comprobar los resultados. Poco después de, recibieron un correo electrónico del operador terrestre:"Confirmamos que Dellingr vuelve a funcionar". Funcionó.

Más tarde ese día, el equipo encendió el instrumento INMS, y se recopilaron las primeras mediciones científicas reales de los iones en la atmósfera con el novedoso instrumento INMS. El equipo de Dellingr había validado la parte iónica del instrumento INMS, logrando uno de los principales objetivos de la misión.

10 de febrero - 5 de marzo, 2018:volver a poner las ruedas poco a poco

Para resolver el problema de reinicio, Los ingenieros de Dellingr habían apagado las ruedas de reacción de la nave espacial, su principal herramienta para reorientarse. Como resultado, no podía permanecer estable y, en cambio, giraba lentamente a lo largo de su órbita, recolectando datos solo cuando el instrumento INMS giraba por el frente donde podía recoger partículas. Después de algún tiempo, el equipo se dio cuenta de que las ruedas se podían utilizar mínimamente, hasta 24 horas seguidas, sin provocar los reinicios. Desarrollaron un horario para encender las ruedas al comienzo de cada semana, ajustar la orientación, y apáguelos por el resto. Funcionó, por un tiempo.

6 de Marzo, 2018:el problema del giro

Para el 6 de marzo quedó claro que el uso mínimo de las ruedas de reacción no era suficiente:Dellingr había entrado en un trompo incontrolado. Tambaleándose como una pelota de fútbol mal lanzada, Dellingr giraba más de tres veces más rápido de lo que podía manejar su sistema de control de orientación.

Durante los próximos dos meses, el equipo trabajó en soluciones de software para controlar la velocidad de giro de Dellingr sin utilizar las ruedas de reacción. La técnica que eligieron se basó en el hecho de que los imanes quieren alinearse. La Tierra es un imán gigante, y Dellingr contenía tres electroimanes que la nave espacial podía encender y apagar. Al utilizar los magnetómetros de Dellingr como una herramienta de orientación para detectar los campos magnéticos de la Tierra, y cronometrar cuidadosamente cuándo se encendió cada imán integrado, la nave espacial podría aprovechar la física para ralentizar su giro, alineando la nave espacial con su dirección de movimiento.

19 - 20 de mayo, 2018:Dellingr vuelve a la normalidad

Después de que se cargó y ejecutó la tercera implementación del algoritmo de eliminación de hilado, la nave espacial se había estabilizado. Dellingr había entrado en un giro controlado muy lento, rodando como una rueda a lo largo de su órbita. El instrumento INMS ahora gira hacia el frente con un regular, cadencia predecible.

25 de mayo, 2018:INMS está de vuelta

Con la nave espacial en un giro controlado, los datos del INMS pasaron de ser un lío ruidoso a despejarse, oleadas periódicas de datos. Después de tener en cuenta la rotación de la nave espacial, los resultados fueron sorprendentemente limpios, mostrando la detección de hidrógeno ionizado (H +), helio (He +) y oxígeno (O +) en la atmósfera.

1 ° de Junio, 2018:Apuntando a los neutrales

Los datos válidos del instrumento INMS, en modo iónico, continúan fluyendo. Modo neutral, que es un poco más complicado, todavía está fuera de línea, pero es el foco de los esfuerzos actuales.

5 de octubre 2018:encontrar el sol de nuevo

Con una gran carga de software, que tomó varias semanas debido a limitaciones con la radio CubeSat, el equipo restauró el control total de las ruedas de reacción, permitiendo a Dellingr mantener su orientación con respecto al sol. Los paneles solares ahora pueden cargarse para la máxima generación de energía mientras Dellingr gira lentamente sobre ese eje, recolectando datos. Casi un año después del despliegue, y después de superar una serie de problemas inesperados, el equipo había restaurado gran parte de la funcionalidad de Dellingr. Continúa el trabajo en el modo neutral del instrumento INMS.

Dellingr ya sirve como testimonio de los desafíos únicos asociados con el empaquetado de la ciencia grande en una caja pequeña. Mantenerlo vivo y en funcionamiento durante tanto tiempo era un objetivo importante:no se ha validado una vida útil estándar de misión para CubeSats, y la misión de Dellingr puede ayudar a establecer un punto de referencia. El equipo logró con éxito una misión de nave espacial resistente, sin dejar de mantener el aspecto de bajo costo que es el sello distintivo de CubeSats. El valor de la misión se extiende a otros:ya se están publicando artículos que describen las mejores prácticas aprendidas de la misión, y estas lecciones aprendidas han contribuido al éxito de las propuestas de tres nuevas misiones Goddard CubeSat:petitSat, GTOSat y BurstCube.

El espectáculo no ha terminado, sigue mirando los cielos para seguir la historia de este pequeño CubeSat que pudo.