Aprende Ingeniería de PocketQubes y CubeSats

Por qué reducir un satélite de 10 cm (1U) a 5 cm (1P) altera la relación área/masa, la constante térmica y la inercia rotacional.

• La dimensión lineal escala como L (1:2), el área superficial como L² (1:4) y el volumen como L³ (1:8).
• Por el teorema de Cauchy, el área proyectada media de un cuerpo convexo en rotación es A_proj = A_total / 4 (37,5 cm² en 1P).
• El momento de inercia escala como m·L² (~1,0×10⁻⁴ kg·m² en 1P), haciéndolo 20 veces más sensible a pares magnéticos.

Órbitas heliosíncronas, fracción de eclipse y por qué la regla de 5 años de la FCC limita los 1P pasivos a ≈560 km en actividad solar moderada (≈490–500 km en mínimo solar).

• A 525 km SSO (i ≈ 97,5°), el período orbital es de ~95,1 minutos con hasta ~35,7 minutos de eclipse.
• La deceleración por arrastre es proporcional al parámetro balístico B = C_D·A / m.
• Con actividad solar moderada (F10.7 = 140 sfu), un 1P de 250 g reentra en menos de 5 años desde hasta ≈560 km (extrapolado sobre el límite de 500 km del modelo Kennewell 1999), mientras que en mínimo solar (F10.7 = 70 sfu) el techo cae a ≈490–500 km.

Celdas solares GaAs en el cuerpo, pérdidas MPPT, DoD en eclipse y reducción de tensión de carga a 4,10 V.

• Un cubo 1P genera ~0,75–0,85 W al sol, resultando en ~0,50–0,55 W de media orbital tras el eclipse.
• Mantener el DoD entre 15–20% y el corte de carga en 4,10 V (20 °C) ofrece ~7.700–12.100 ciclos LEO (~1,4–2,2 años al 80%), y limitar el DoD ≤ 12% supera los 15.000 ciclos (>2,7 años).
• Las celdas Li-ion nunca deben cargarse por debajo de 0 °C para evitar el recubrimiento de litio metálico.

Absortividad solar (α), emisividad IR (ε), constante térmica radiativa τ ≈ 56 minutos en 1P (frente a ~87–104 min en 1U/3U) y fatiga de soldadura.

• Como la capacidad térmica escala con la masa y el área con L², la constante de tiempo radiativa τ = m·c_p / (4·ε·σ·A_total·T₀³) es τ ≈ 56 min en un 1P de 250 g (frente a ~104 min en 1U y ~87 min en 3U).
• En cada eclipse de 35 minutos, un 1P completa 1 − exp(−t_ecl/τ) ≈ 46% de su relajación hacia el equilibrio frío (~29–33% en 1U/3U), sufriendo ~5.500 ciclos térmicos al año.
• Las grandes oscilaciones ΔT entre componentes cerámicos y FR-4 provocan fatiga termo-mecánica en las soldaduras.

Por qué el dipolo magnético residual domina los pares perturbadores en 1P, dimensionamiento PMAC y ley B-dot.

• A 500–550 km, un dipolo parásito de 1,5×10⁻³ A·m² genera ~6,5×10⁻⁸ N·m, superando el gradiente gravitatorio en un 1P.
• El control magnético pasivo (PMAC) usa un imán permanente y varillas de histéresis para alinear y amortiguar el satélite.
• El control activo B-dot aplica m = −k · (dB/dt) para disipar la velocidad angular inicial en 1–2 órbitas.

Cierre de enlace en 437 MHz con +22 dBm, despliegue de dipolo, FSK frente a LoRa y seguimiento Doppler de ±10 kHz.

• A 437 MHz (λ ≈ 68,6 cm), un dipolo de media onda mide ~34,3 cm, casi 7 veces el ancho de un cubo 1P.
• La pérdida de espacio libre a 525 km sube de ~140 dB en el cenit a ~150 dB (150,2 dB) a 10° de elevación.
• LoRa SF10–SF12 demodula señales de 15 a 20 dB bajo el piso de ruido térmico (−15 dB en SF10 a −20 dB en SF12).

Efectos SEU y SEL en la Anomalía del Atlántico Sur, memoria FRAM y arquitectura de recuperación watchdog.

• Los MCU comerciales en LEO toleran la dosis total (~1–3 krad/año) pero sufren inversiones de bit (SEU) en la SAA.
• La memoria FRAM resiste impactos de radiación y soporta 10¹⁴ ciclos de escritura.
• Un watchdog externo por hardware y un ciclo de potencia en el EPS garantizan la recuperación ante bloqueos.

Corrosión bajo tensión en aluminio, límites de desgasificación ECSS y erosión por oxígeno atómico en LEO.

• Todos los polímeros deben cumplir TML < 1,0% y CVCM < 0,10% según ECSS-Q-ST-70-02C / ASTM E595.
• El Al 7075-T6 es sensible a corrosión bajo tensión (SCC); se prefiere 7075-T7351 o 6061-T6 (Clase 1 ECSS).
• El oxígeno atómico a 7,6 km/s (~4,5 eV) erosiona el Kapton desprotegido; el recubrimiento SiOx reduce la erosión >98%.

Filosofía test-as-you-fly, barrido sinusoidal, vibración aleatoria GEVS de 14,1 G_rms y ciclado termo-vacío (TVAC).

• Los barridos sinusoidales antes y después de la vibración aleatoria verifican que la frecuencia fundamental f₁ no se desplace >5%.
• Una placa base 1P simplemente apoyada de 50 × 50 × 1,6 mm en Al 7075-T6 (con 38 g de masa asociada) alcanza f₁ ≈ 1997 Hz, muy por encima del umbral de 200 Hz y del mínimo de 100–120 Hz del lanzador.
• El ensayo TVAC valida el despliegue del hilo térmico en vacío y la disipación del amplificador RF.

Integración en AlbaPod y CubeSat, temporizadores de inhibición (≥30 min desplegables / ≥45 min RF según CDS Rev. 14.1 §2.4.4–2.4.5), coordinación IARU/UIT, identificación TLE y red SatNOGS.

• Las misiones en 435–438 MHz requieren coordinación de frecuencias IARU y notificación UIT entre 9 y 18 meses antes del lanzamiento.
• Los interruptores de inhibición mantienen el satélite apagado en el cohete; tras la eyección, CDS Rev. 14.1 (§2.4.4–2.4.5) exige ≥30 min antes de desplegar antenas y ≥45 min antes de transmitir RF >1 mW (PocketQube Standard Issue 1 es solo mecánico y delega los temporizadores al ICD del desplegador).
• La red abierta SatNOGS junto con la estación de mando principal acelera la identificación del objeto TLE tras el despliegue.

Escalado de CubeSats 1U–16U desde rieles de 100×100×113,5 mm hasta dispensadores 6U, anodizado duro Tipo III, interruptores de pie y pila PC/104 de 90×96 mm.

• Según CDS Rev. 14.1, un CubeSat 1U mide 100,0 × 100,0 × 113,5 mm (±0,1 mm) con hasta 2,00 kg de masa, deslizándose sobre cuatro rieles de esquina de 8,5 × 8,5 mm.
• Los rieles deben ser de Al 6061-T6 o 7075-T6 con anodizado duro MIL-A-8625 Tipo III (Ra ≤ 1,6 µm) para evitar soldadura en frío dentro del P-POD o ISIPOD.
• Las pilas 1U–3U emplean tarjetas PC/104 de 90,17 × 95,89 mm con conector de 104 pines (I²C, SPI, CAN, 3,3V/5V/VBAT), mientras que los buses 6U/12U migran a backplanes CAN/SpaceWire.

Escalado desde frenado magnético 1P hasta star trackers de segundos de arco, desaturación de ruedas de reacción, paneles desplegables de 20–60 W y enlaces X-band de 50–150 Mbps.

• Una tríada de ruedas de reacción almacena momento angular H = I_w · ω_w (2–30 mN·m·s), logrando puntería <0,05° junto con un star tracker CMOS en miniatura.
• Los pares perturbadores seculares saturan las ruedas; los magnetorquers de 3 ejes aplican τ_desat = m × B para descargar el momento acumulado contra el campo geomagnético.
• Pasar de UHF (9,6 kbps) a banda S (1–4 Mbps) y banda X en 8,025–8,400 GHz (50–150 Mbps, DVB-S2) permite a los CubeSats 3U/6U descargar gigabytes de imágenes por pase.