Grizu-263A

Antecedentes

Grizu-263A lo desarrolló el Grizu-263 Space Team de la Universidad Bülent Ecevit de Zonguldak (ZBEÜ), un equipo de estudiantes fundado en 2016 cuyos trabajos anteriores se centraban en proyectos de tipo CanSat. El equipo y el satélite llevan el nombre de los 263 mineros que perdieron la vida en la explosión de grisú de la mina de carbón de Kozlu, en Zonguldak, el 3 de marzo de 1992[1]. El trabajo en una plataforma PocketQube modular comenzó a finales de 2018; tras unos dos años de desarrollo, el modelo de vuelo se entregó al proveedor de lanzamiento en octubre de 2020[2]. Grizu-263A fue el primer PocketQube de Turquía; el segundo, el 1P Istanbul de Hello Space, le siguió en 2023.

Objetivos

La misión era una demostración tecnológica con un servicio de radioafición. Sus objetivos eran[1]:

1. diseñar, construir y operar una nave capaz de realizar las funciones básicas de un satélite dentro de la envolvente de un 1P;
2. demostrar una plataforma central modular a la que puedan añadirse cargas útiles sin cambiar los subsistemas centrales;
3. caracterizar el comportamiento en órbita del control pasivo de actitud magnético y la eficiencia del sistema de potencia mediante la telemetría de la IMU, de corriente y de tensión;
4. ofrecer a los radioaficionados de todo el mundo telemetría decodificable abiertamente, oportunidades de observación Doppler y un digipeater que retransmitiera mensajes cortos enviados desde tierra.

El enlace ascendente era deliberadamente mínimo: además de los mensajes para el digipeater, la nave aceptaba una orden para cambiar el periodo de la telemetría y la orden de apagado del transmisor que exige el servicio de aficionados por satélite.

El resultado de un vistazo

Grizu-263A despegó el 13 de enero de 2022 en el lanzamiento compartido Transporter-3 de SpaceX y funcionó hasta su reentrada el 3 de octubre de 2023: 628 días, unas 9500 revoluciones, mucho más allá del año de operación activa previsto. Cumplió su objetivo principal de comunicaciones, con telemetría recibida y compartida por estaciones de todo el mundo; ambos modos de enlace descendente se seguían recibiendo en varios países entre el 29 de septiembre y el 1 de octubre de 2023, días antes de la reentrada[1].

Arquitectura

Paneles montados en cinco caras alimentan el sistema de potencia, que aloja la batería y siete monitores de corriente y tensión de bus de tipo INA: uno en la línea del EPS al ordenador, uno en el bus principal y uno en cada panel. El ordenador de a bordo da formato a la telemetría de esos monitores, de una IMU de tres ejes y de un sensor de temperatura, y gestiona el digipeater. La radio transmite a 4800 Bd o 2400 Bd mediante un monopolo de cuarto de onda desplegable. Si se pierde la comunicación entre la radio y el ordenador, la radio comunica un código de error directamente al sistema de potencia, de modo que el fallo puede tratarse sin el ordenador[1].

flowchart TB
  SP["Paneles solares en cinco caras"] --> EPS["EPS: batería, 7 monitores de corriente y tensión"]
  EPS --> OBC["Ordenador de a bordo: telemetría, digipeater"]
  EPS --> COMM["COMM: 2-FSK, 4800 y 2400 Bd"]
  EPS --> SENS["IMU, sensor de temperatura"]
  SENS --> OBC
  OBC <--> COMM
  COMM -. "código de error si falla el enlace con el OBC" .-> EPS
  COMM --> ANT["Monopolo desplegable"]
  ANT --> GS["Estación de ZBEÜ y SatNOGS"]
  PMAC["PMAC: 4 imanes de AlNiCo-5, 12 varillas de HyMu-80, sin alimentación"]

Potencia

El balance de potencia presentado para la coordinación de frecuencias da una generación media de 0,75 W y un consumo activo medio de 1,5 W, así que el modo de alto consumo funcionaba por ciclos y la batería cubría eclipses y transmisiones. La cifra de generación coincide con la media al sol que predice la ec. 1 de la revisión sin el factor de eclipse, 0,71–0,86 W para cinco o seis caras pobladas, que corresponde a una media orbital de 0,46–0,55 W[1].

Control pasivo de actitud magnético

Cuatro cubos de AlNiCo-5 de 8 mm alinean un eje con el campo geomagnético y doce varillas de HyMu-80 de 0,2 × 0,2 × 33,5 mm amortiguan el movimiento; la dinámica previa al vuelo se simuló con el Smart Nanosatellite Attitude Propagator. La revisión estima el momento del imán a partir de la curva de desmagnetización del AlNiCo en 0,31 A·m² para cubos aislados y 0,91 A·m² para una columna apilada, y deriva el balance de pares[1]:

El imán sobredimensiona el par de restitución en más de un orden de magnitud; unos 0,02 A·m² habrían dado un margen de diez veces. Con ese momento y distancias entre imán y varillas de 20 mm o menos, el campo disperso a lo largo de las varillas supera el geomagnético salvo que las varillas queden a una fracción de milímetro del plano medio del imán, y el magnetómetro de la IMU mide un sesgo de varios militeslas salvo que esté lejos de los imanes. La entrada sobre PMAC explica ambos efectos.

Enlace de radio

El enlace descendente usaba la PIRE coordinada de 20 dBm. Frente a una estación de aficionado directiva y otra omnidireccional[1]:

• Directiva, 4800 Bd
• Directiva, 2400 Bd
• Omnidireccional, 4800 Bd
• Omnidireccional, 2400 Bd

Mostrar los datos como tabla

Elevación (°)	Directiva, 4800 Bd	Directiva, 2400 Bd	Omnidireccional, 4800 Bd	Omnidireccional, 2400 Bd
5	−2,4	0,7	−14,9	−11,9
10	−0,7	2,4	−13,2	−10,2
15	0,9	4,0	−11,6	−8,6
20	2,3	5,4	−10,2	−7,2
30	4,7	7,7	−7,9	−4,8
45	7,1	10,2	−5,4	−2,4
60	8,7	11,7	−3,9	−0,8
75	9,6	12,6	−3,0	0,0
90	9,8	12,9	−2,7	0,3

A 4800 Bd, decodificar exigía una antena directiva por encima de unos 12° de elevación y nunca fue posible con la estación omnidireccional; el modo de 2400 Bd ganaba 3 dB y llegaba a las estaciones directivas hasta 3°, y a las omnidireccionales solo cerca del cenit. Los márgenes estrechos concuerdan con la observación, al principio de la misión, de que muchas grabaciones de la red carecían de la relación señal-ruido necesaria para decodificar.

Telemetría

Cada trama llevaba 31 campos: identificación y hora (7), temperatura (1), corrientes y tensiones (14) y datos de la IMU (9), con cinco tramas cada 10 s. Todos los formatos se publicaron sin cifrar, y un decodificador en Kaitai Struct[3] en la base de datos de SatNOGS decodificaba los campos automáticamente[4].

Montaje, integración y ensayos

El desarrollo siguió una secuencia de «ensayar como se vuela» con pruebas en banco, del modelo de ingeniería, de termovacío y de vibración. El modelo de vuelo pasó la vibración de protocualificación dentro de su contenedor de vuelo el 21 de septiembre de 2020 en el Laboratorio de Vibraciones y Acústica de la Facultad de Ingeniería Mecánica de la Universidad Técnica de Estambul: barridos de resonancias y ensayos aleatorios en los tres ejes, sin daños. Se integró en un AlbaPod en octubre de 2020 y se liberó su interruptor de desactivación para el vuelo[1].

Lanzamiento y primeras operaciones

El lanzamiento se retrasó desde una ventana a caballo entre 2020 y 2021 hasta el 13 de enero de 2022, cuando Transporter-3 despegó de Cabo Cañaveral a las 15:25 UTC con otros PocketQubes, entre ellos Delfi-PQ, HADES, EASAT-2, SATLLA-2A/2B, Unicorn-1 y Unicorn-2A/2D[5]. La estación terrena de ZBEÜ recibió los primeros datos el 14 de enero. Antes de que se asignaran números de catálogo, la comunidad de SatNOGS siguió el satélite con el identificador provisional 99488; los primeros decodificadores de la comunidad suponían otra codificación de línea y fallaron hasta que se aclaró el entramado, y las tramas se decodificaron el 19 de enero de 2022. El satélite recibió después el número NORAD 51025[1].

Decaimiento orbital: previsión y resultado

El equipo esperaba unos cuatro años en órbita; Grizu-263A reentró tras 21 meses. La revisión reconstruye el decaimiento desde una órbita circular de 525 km con el modelo de densidad de Kennewell alimentado con el $F_{10.7}$ mensual observado[6], una media de 141 sfu durante la misión, y $A_p=12$ constante[1]:

Con parámetros balísticos a priori, el modelo predice 845, 774 y 666 días, un 6–35 % más de lo observado, lo que está dentro de la precisión de un modelo de una sola altura de escala y de la incertidumbre de la órbita inicial: ±10 km de altitud inicial mueven la predicción entre 669 y 885 días, mientras que un $A_p$ entre 6 y 18 la cambia menos de un ±5 %. Con el parámetro efectivo de ≈0,050 m²/kg y 100 sfu constantes, el modelo da 3,4 años, cerca de la expectativa previa al lanzamiento. La diferencia entre previsión y resultado es, por tanto, sobre todo solar: el flujo estuvo alrededor de un 40 % por encima del nivel que reproduce la previsión de cuatro años, porque el ciclo solar 25 subió más deprisa que lo previsto en 2019[7] y alcanzó un máximo más temprano e intenso, como reconoció la NOAA en 2023[8].

Lecciones aprendidas

El estudio de caso completo, con figuras y la reconstrucción del decaimiento, está en la revisión sobre PocketQubes.