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Una publicación de la Universidad Autónoma de Nuevo León

Mtro. Rogelio Garza Rivera Rector M.A. Carmen del Rosario de la Fuente García Secretaria general Dr. Sergio S. Fernández Delgadillo Secretario de investigación, innovación y sustentabilidad Directora: Dra. Patricia del Carmen Zambrano Robledo Editor responsable: Lic. José Eduardo Estrada Loyo Consejo Editorial Dr. Sergio Estrada Parra / Dr. Jorge Flores Valdés / Dr. Miguel José Yacamán / Dr. Juan Manuel Alcocer González / Dr. Ruy Pérez Tamayo / Dr. Bruno A. Escalante Acosta / Dr. José Mario Molina-Pasquel Henríquez Asistente editorial: Jessica Yadira Martínez Flores Diseño: Rodolfo Tono Leal

Corrección y revisión bibliográfica: Luis Enrique Gómez Vanegas Abstracts: José Ángel Garza Cantú Coeditora: Melissa del Carmen Martínez Torres

Coedición electrónica: Ma. Rosaura González de la Rosa Portada: Francisco Barragán Codina Webmaster: Mayra Silva Almanza Asistente administrativo: Claudia I. Moreno Alcocer Arte y diseño página web: Rodrigo Soto Moreno Servicio social: Elizabeth Sauceda Mora, Emily Monserrat Vázquez Cano

Ciencia UANL Revista de divulgación científica y tecnológica Universidad Autónoma de Nuevo León, Año 19, Nº 81, septiembreoctubre de 2016. Es una publicación bimestral, editada por la Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Dirección de Investigación. Domicilio de la publicación: Biblioteca Universitaria Raúl Rangel Frías, Alfonso Reyes 4000 norte, 5º piso, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64290. Teléfono: + 52 81 83294236. Fax: + 52 81 83296623. Editor responsable: Lic. José Eduardo Estrada Loyo. Reserva de derechos al uso exclusivo No. 04-2013-062514034400-102. ISSN: 2007-1175 ambos otorgados por el Instituto Nacional del Derecho de Autor, Licitud de Título y Contenido No. 16547. Registro de marca ante el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial: 1437043. Impresa por: Serna Impresos, S.A. de C.V., Vallarta 345 Sur, Centro, C.P. 64000, Monterrey, Nuevo León, México. Fecha de terminación de impresión: 9 de septiembre de 2016, tiraje: 2,500 ejemplares. Distribuido por: Universidad Autónoma de Nuevo León, a través de la Dirección de Investigación, Alfonso Reyes 4000 norte, 5º piso, Monterrey, Nuevo León, México, C.P. 64290. Las opiniones y contenidos expresados en los artículos son responsabilidad exclusiva de los autores y no necesariamente reflejan la postura del editor de la publicación. Prohibida su reproducción total o parcial, en cualquier forma o medio, del contenido editorial de este número. Publicación indexada al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, LATINDEX, CUIDEN, PERIÓDICA, Actualidad Iberoamericana, Biblat. Impreso en México Todos los derechos reservados © Copyright 2016 revista.ciencia@uanl.mx revista.ciencia@gmail.com

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CiENCiAUANL Comité editorial CiENCiAUANL COMITÉ CIENCIAS DE LA SALUD COORDINADOR: Dr. Roque Gonzalo Ramírez COORDINADORA: Dra. Lourdes Garza Ocañas / Lozano / UANL UANL MIEMBROS: MIEMBROS: Dr. Jairo Iván Aguilera Soto / UAZ Dr. César González Bonilla / CVEAC Dr. Miguel Mellado Bosque / Universidad Autónoma Dr. Fernando Larrea Gallo / Instituto Nacional de Agraria Antonio Narro Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán Dr. Luis Ángel Rodríguez Del Bosque / INIFAP Dr. Félix Recillas-Targa / UNAM Dr. Manuel González Ronquillo / UAEM Dr. Ruy Pérez Monfort / UNAM Dr. Rafael Ramírez Romero / UANL Dra. Noemí Waksman de Torres / UANL Dra. Katiushka Arévalo Niño / UANL Dr. José Carlos Jaime Pérez / UANL Dr. Luis Edgar Rodríguez Tovar / UANL Joseph Varon / The University of Texas Health Science Center- EUA COMITÉ HUMANIDADES Y DIVULGACIÓN DE Dra. Rocío Castro Ríos/ UANL   LA CIENCIA Carlos López Otín / Universidad de OviedoCOORDINADOR: Dr. Óscar Flores Torres / España   Universidad Autónoma de Coahuila María E. Magallanes Lundback / Michigan State UniMIEMBROS: versity, EUA Dra. Magda Yadira Robles Garza / UDEM Dr. Maximiliano Asomoza Palacios / UAM   Dr. Francisco Xavier Moyssén Lechuga / Asociación Internacional de Críticos de Arte, Capítulo México COMITÉ CIENCIAS EXACTAS Dr. José Javier Villarreal Álvarez Tostado/ UANL COORDINADORA: Dr. José Roberto Mendirichaga Dalzell / Grupo Dra. Ma. Aracelia Alcorta García / UANL Milenio Monterrey MIEMBROS: Dr. Víctor Zorrilla Garza / Universidad Panamericana, Dr. Gerardo Romero Galván / UAT Liceo Monterrey Dr. Ricardo Rangel Segura /Universidad Michoacana Roberto Rebolloso / UANL de San Nicolás de Hidalgo, Morelia Dra. Lilia López Vera / UANL Dr. Rodolfo Cortes Martínez / CICESE, Unidad Lic. José Lorenzo Encinas Garza / Grupo Milenio Monterrey M.L.E. Minerva M. Villarreal Rodríguez / UANL Dr. Víctor Coello / CICESE, Unidad Monterrey Dr. Enrique Raúl Villa Diharce / CIMAT, Guanajuato COMITÉ CIENCIAS NATURALES Dr. Óscar Susano Dalmau Cedeño / CIMAT, COORDINADOR: Dr. Rahim Foroughbakhch Guanajuato Pournavab / UANL Dr. Martín Eduardo Frías Armenta / Universidad de MIEMBROS: Sonora Dra. Lorena Ruiz Montoya / Ecosur Dra. Nora Elizondo Villarreal / UANL Dra. Paula Lidia Enríquez Rocha / Ecosur Dr. Jorge X. Velasco Hernández / UNAM Dr. Juan Carlos Noa-Carrazana / Universidad Veracruzana COMITÉ CIENCIAS AGROPECUARIAS Dr. Adalberto Benavides Mendoza / UANL

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CiENCiAUANL Comité editorial CiENCiAUANL Dr. Juan Antonio Villanueva Jiménez / Colegio de Posgraduados Dr. Joel David Flores Rivas / Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica Dra. Patricia Tamez Guerra / UANL Dr. José Ma. Viader Salvadó / UANL Dr. José Santos García Alvarado / UANL Dr. Enrique Jurado Ybarra / UANL Dr. Glafiro Alanís Flores / UANL Dr. David Lazcano / UANL Dr. Javier Jiménez Pérez / UANL COMITÉ CIENCIAS SOCIALES COORDINADORA: Dra. Veronika Sieglin / UANL MIEMBROS: Dra. Rosa María Chávez Dagostino / Universidad de Guadalajara Dra. Irma Lorena Acosta Reveles / UAZ Dr. Daniel González / Universidad de Guadalajara Dra. Georgina Sánchez Ramírez / CFS Dr. Mario Italo Cerutti Pignat / UANL Dra. Teresa Elizabeth Cueva-Luna / CFN Dr. Pedro César Cantú Martínez / UANL Dr. Armando V. Flores Salazar / UANL Dra. Guadalupe Ruiz Cuéllar / Universidad Autónoma de Aguascalientes Dr. Héctor Manuel Jacobo García / Universidad Autónoma de Sinaloa Dr. Cirilo Humberto García Cadena / UANL Dr. José Antonio Padilla Arroyo / UAEM Dra. Lya Margarita Niño Contreras / UABC Dra. María Guadalupe Rodríguez Bulnes / UANL Dra. Leticia Romero / Universidad Autónoma de Tabasco COMITÉ INGENIERÍA Y TECNOLOGÍA COORDINADORA: Dra. María Idalia del Consuelo Gómez de la Fuente / UANL MIEMBROS: Dr. Raymundo Arroyave / Texas A&M University, EUA

Dr. Lucio Iurman / Universidad Nacional del Sur, Argentina Dr. José María Cabrera Marrero / Centro Tecnológico de Manresa, España Dr. Dionisio Antonio Laverde Catano / Universidad Industrial de Santander, Colombia Dr. Héctor D. Mansilla González / Universidad de Concepción, Chile Dr. Jesús de León Morales / UANL Dr. Mikhail Valentinovich Basin / UANL Dr. Juan Antonio Aguilar Garib / UANL Dr. Rafael Colás Ortiz / UANL Dra. Leticia Myriam Torres Guerra / UANL Dr. Konstantin Sobolev / UANL Dr. Maximiliano Asomoza Palacios / UANL Dr. Boris Ildusovich Kharissov / UANL Dr. Azael Martínez de la Cruz / UANL Dr. Héctor de León Gómez / UANL Dra. Yolanda Peña Méndez / UANL COMITÉ CIENCIAS DE LA TIERRA COORDINADOR: Dr. Carlos Gilberto Aguilar Madera / UANL MIEMBROS: Dr. Yam Zul Ernesto Ocampo Díaz / UASLP Dr. Gabriel Valdéz Moreno / Universidad Autónoma de Guerrero Dr. Antonio Cardona Benavides / UASLP Dr. Martin Alberto Díaz Viera / IMP Dr. Alberto Blanco Piñón / UAEH Dr. Juan Martin Gómez González / UNAM Dra. Elizabeth Chacón Baca / UANL Dr. Fernando Velazco Tapia / UANL Dr. Gabriel Chávez Cabello / UANL Dr. Javier Aguilar Pérez / UANL Dr. Uwe Jenchen / UANL Dra. Yolanda Pichardo Barrón / UANL


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c i e n c i a u a n l

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m x

CONTENIDO 81 Editorial /7 9/ CienCia y soCiedad: Picosatélites cansat, una herramienta para la educación en ciencias del espacio, Ángel Colín.

17/ Línea deL tiempo

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Historia de la industria aeroespacial en México y su vínculo con la industria aeronáutica, Rodrigo Nava Amezcua.

26/ opinión Red Temática de Ciencia y Tecnología del Espacio, Carlos Romo Fuentes.

30/ sustentabiLidad Basura espacial, Hermes Moreno Álvarez, María Poliakova y Antonio Gómez Roa.

34/ tendenCias eduCativas Construcción de un picosatélite cansat, Ángel Colín, Bárbara Bermúdez Reyes, Gorki Encarnación Morrobel, Gerardo Lira Ibarra, Darío Zúñiga Rosales, Luis Ávalos de la Cruz, Marcelo Villarreal Méndez, Jocelyn Mendoza Martínez y Brenda Álvarez Arce.

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26

Investigación / 39 40/ SONDA ESPACIAL Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés, José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno y Josué Mancilla Cerezo.

45/ CAPTEUR-SAT

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Rodrigo Santiago Flores, Homero Domínguez Barranco, Diego Mckinnon Govela, Alfredo Chimely Castillo, Mario O. Meraz Espinoza y Óscar Martínez Hernández.


CONTENIDO 81 50/ IGNICIÓN 2.0 Juan Julio César Campas Buitimea, Gustavo Adolfo Castillón Ramírez, German Garzón Manjarrez, Erick Alberto Méndez Mendoza, Christian Arturo Saavedra Ceballos y Silvia Karina Reyes Lio.

56/ KANZAT Óscar Martínez Hernández, Gerardo Antonio Lira Ibarra, Luis Ángel Avalos De La Cruz, José Guadalupe Nava Zavala, Darío Manuel Zúñiga Rosales y José Santos Tienda Bazaldúa.

61/ ICARUS Noel del Ángel Polanco, Eril A. Paulín Rodríguez, Pablo Nieto Martínez, Eliu Benítez Hernández y Ricardo Castillo Pérez.

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14

67/ OLIXTEL Gerardo Carrasco Lozada, David Emmanuel Coca Guevara, Rafael Morales Ramírez, Arturo Sánchez Mendoza, Gerardo Vera Castelán y Rosa María Martínez Galván. 71/ Curiosidad Cansat: lata-satélite, Bárbara Bermúdez Reyes. 76/ ejes CanSat Leader Training Program -Past, Present and Future-, Rei Kawashima. 83/ tópiCos Monitoreo de la humedad de suelo superficial a partir de observaciones satelitales de microondas activas y pasivas, Juan Carlos Hernández Sánchez, Enrique Zempoaltecatl Ramírez, José Carlos Jiménez Escalona, Alejandro Monsiváis Huertero y Antonio Mosqueda Sánchez

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89/ CienCia en breve 95/ Colaboradores

Nuestra portada Vista de la Tierra desde el espacio, así como algunos satélites artificiales que orbitan alrededor de ella. En la contraportada, imagen de Marte. Diseño: Francisco Barragán Codina. 6

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EDITORIAL

E

n la actualidad es inconcebible plantearnos la vida sin el uso de sistemas de comunicación celular, Internet o televisión digital. A pesar de ello, sólo una minoría de la población mundial tiene conocimiento de que estos servicios se proveen desde fuera de la atmósfera terrestre por medio de satélites que se encuentran orbitando en el espacio. Hasta ahora es muy poco lo que se conoce de los avances científicos y tecnológicos en materia del espacio que se han realizado o que se están llevando a cabo en las principales universidades de nuestro país. Sabemos que la historia aeronáutica y espacial mexicana data de 1910, cuando el presidente Porfirio Díaz compró el primer avión para México con motivo de conmemorar el centenario de la Independencia. Cuatro años después, en 1914, se llevó a cabo la primera batalla aeronaval del mundo en el puerto de Topolobampo, Sinaloa. Durante esta época se diseñaron aeronaves, hélices y motores en los pocos talleres aeronáuticos que se habían establecido en México. En 1956, en la Universidad Autónoma de San Luis Potosí (UASL), comenzaron a diseñar los primeros cohetes, lanzados desde la plataforma de lanzamiento en Cabo Tuna. Es importante señalar que en 1961, la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL) lanzó un cohete diseñado por profesores de la Facultad de

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Patricia Zambrano Robledo* Jaime Arturo Castillo Elizondo* Rogelio Juvenal Sepúlveda Guerrero*

Ingeniería Mecánica y Eléctrica (FIME) en conjunto con la Escuela Industrial “Álvaro Obregón”. Podría decirse que éstas fueron de las últimas actividades que se hicieron en nuestro país, debido a que por muchos años la investigación y el desarrollo espacial se redujeron de manera muy considerable. Sin embargo, algunas universidades y centros de investigación, como la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) y el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) pudieron mantener sus programas para el desarrollo de satélites. Podría considerarse que la actividad espacial se rea-nuda de manera nacional en la segunda década del siglo XXI. En 2010 se creó la Agencia Espacial Mexicana (AEM), que trajo consigo nuevos programas y proyectos innovadores. Asimismo, en 2011 se formalizó la Red Temática Nacional de Ciencia y Tecnología del Espacio (Redcyte), a la que pertenecen dos profesores de la UANL. En 2014 México ingresó al Consorcio Internacional para la Ingeniería del Espacio (UNISEC, por sus siglas en inglés), que engloba todas las universidades del mundo que realizan investigación y desarrollo en materia del espacio. Cabe señalar que la representante general del *Universidad Autónoma de Nuevo León. Contacto: patricia.zambranor@uanl.edu.mx

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Capítulo UNISEC-México es la Dra. Bárbara Bermúdez Reyes, profesora investigadora de la FIME, y a su vez, el Dr. Ángel Colín, profesor investigador de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM), es el representante de este capítulo en Nuevo León. Hoy en día, en México se están desarrollando proyectos científicos y tecnológicos en el sector aeroespacial, como sistemas satelitales, nuevos materiales, percepción remota, telemedicina, medicina espacial, entre otras. En la UANL se están diseñando estructuras para cubo-satélites y recubrimientos protectivos para sistemas satelitales. Además, se tiene un proyecto financiado por la Agencia Espacial Mexicana (AEM) para construir un cubo-satélite de dos unidades para validar sistemas e instrumentación astronómica. De

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manera adicional, en la UANL se han llevado a cabo dos programas de entrenamiento nacional en la construcción de picosatélites educativos (cansat). Es por esto que este número especial está dedicado al tema aeroespacial, y en la sección de investigación se incluyen los trabajos que se realizaron para participar en el 2° Concurso Nacional de Picosatélites Educativos CANSAT. Nuestra universidad será sede y recibirá a equipos de Tamaulipas, Puebla, Sonora, Baja California, entre otros, el 7 de octubre del año en curso. En conclusión, podemos decir que en la UANL estamos formando recursos humanos multidisciplinarios para el sector aeroespacial, algo que sin duda contribuirá en gran medida al desarrollo del país.

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CIENCIA Y SOCIEDAD

Picosatélites cansat: una herramienta para la educación en ciencias del espacio

H

Ángel Colín*

ace aproximadamente seis décadas que el primer satélite artificial, el Sputnik I, fue lanzado al espacio y puesto en órbita (NASA, 2007). Toda su electrónica e instrumentación estaba contenida en una esfera de aluminio de unos 60 cm de diámetro, cuya masa total era de alrededor de 80 kg. Lo más destacado en su misión fue la caracterización física de las capas altas de la atmósfera, así como la propagación de ondas de radio en la ionósfera. Logró transmitir datos de temperatura y presión por medio de telemetría a las frecuencias de 20 y 40 MHz.

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Aunque su tiempo de operación fue de apenas tres meses, dejó marcado en la historia el comienzo de una nueva era para las actividades espaciales. Desde entonces, muchos han sido los avances en materia de tecnología espacial. Hoy en día, se encuentran miles de satélites artificiales orbitando nuestro planeta, realizando una gran variedad de misiones específicas. El mercado de las telecomunicaciones es la principal aplicación comercial de estos satélites, pero también hay otros que han sido construidos para realizar investigaciones científicas: estudios meteorológicos, exploración y observación de la Tierra y muchos más en astronomía. De igual manera, otros han sido construidos para fines militares y de defensa. La inversión económica en la planeación, diseño y construcción de un satélite artificial es bastante elevada, debido a que, para su desarrollo, se requiere la mejor tecnología de vanguardia y de un personal altamente calificado. Tanto la Unión Europea como los Estados Unidos de América, así como el resto de los países desarrollados, cuentan con un gran número de satélites puestos en órbita y se han preocupado por establecer programas de capacitación para sus futuras generaciones de ingenieros (Walker et al., 2010). En contraste,

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los países en vías de desarrollo apenas tienen algunas instituciones que cuentan con oferta educativa para la formación de recursos humanos en el sector espacial, mientras tanto, las tecnologías emergentes utilizadas en esta rama siguen creciendo de manera exponencial. Las pequeñas dimensiones de los componentes eléctricos y electrónicos, que ahora se fabrican, cada vez son más solicitados en la mayoría de las tecnologías presentes. En particular, la construcción de satélites miniaturizados exige una gran demanda de ellos, pero exige también que dichos componentes sean sometidos a las pruebas correspondientes, según los estándares, para validar su desempeño en el espacio. Tales pruebas pueden comprender: alto vacío, choque térmico, radiación electromagnética, etcétera. Estos pequeños satélites juegan un papel muy importante no sólo en el sector académico, también en proyectos de investigación, en los que algunos instrumentos compactos pueden ser integrados en su carga útil. Pero, sobre todo, son importantes porque el tiempo y costo para construirlos es muy reducido en comparación con los satélites de tamaño estándar. La sustitución de los satélites de gran tamaño por constelaciones de satélites pequeños se está convirtien-

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do en una alternativa de mucho interés tanto para las agencias espaciales como para las instituciones académicas y las empresas dedicadas al sector espacial, por lo que, ahora, destinan parte de sus recursos económicos a la miniaturización de los satélites para llevar a cabo sus misiones. CLASIFICACIÓN DE SATÉLITES ARTIFICIALES

Los satélites artificiales pueden ser clasificados de diferentes maneras: tamaño, costo, función, tipo de órbita, etcétera, pero su clasificación por masa casi siempre suele estar relacionada directamente con los costos de lanzamiento para la puesta en órbita. En la tabla I se muestra una clasificación general adoptada en los últimos años.

Tabla I. Clasificación de los satélites por masa.

Tipo Grandes satélites Medianos satélites Minisatélites Microsatélites Nanosatélites Picosatélites Femtosatélites

Masa en [kg] Mayor que 1000 500 a 1000 100 a 500 10 a 100 1 a 10 0.1 a 1 Menor que 0.1

PICOSATÉLITES CANSAT

El concepto cansat (Can-Satellite, por sus siglas en inglés) fue propuesto en 1999 por el profesor Robert Twiggs, del Laboratorio de Desarrollo Espacial de la Universidad de Stanford (Twiggs, 1998). Su principal objetivo era transmitir a los estudiantes los conceptos básicos para el diseño y construcción de satélites. Un cansat consiste en una plataforma que simula un sistema espacial; en este caso, es un picosatélite que cabe en una lata de refresco. El conocimiento de estos simuladores se ha di-

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fundido en muchos países del mundo, por lo que sus instituciones educativas lo tienen establecido como un modelo complementario para la formación de sus alumnos (Wang y Grande, 2011; Carrasco y Vázquez, 2014; Nylund y Antonsen, 2007), porque a través de su diseño, construcción y pruebas, se les proporcionan los conceptos operacionales de una misión espacial y, en la práctica, estos dispositivos pueden ser utilizados como una herramienta poderosa, si se combinan e integran con instrumentos científicos para realizar experimentos profesionales de mayor envergadura (Colín, 2015). Los cansat no son puestos en órbita, pero pueden lanzarse a diferentes alturas mediante un cohete, un globo sonda, un avión a escala o un multirotor de control remoto. Para completar su misión, deben ser completamente autónomos. Durante su descenso (que puede ser en paracaídas u otro medio), deben transmitir información por telemetría hacia una estación terrena conectada a una computadora portátil. La misión puede consistir únicamente en transmitir datos, efectuar retornos controlados o probar pequeños mecanismos de despliegue. Los cansat se utilizan como una introducción a la tecnología espacial debido al bajo costo, corto tiempo de preparación y la simplicidad de sus diseños, comparados con otros proyectos que pueden resultar largos y costosos. DESCRIPCIÓN FÍSICA DE UN CANSAT

Los diseños y configuraciones de un cansat son muy variados, ya que dependen sobre todo de las misiones que se realizarán. Como un ejemplo, se describe un prototipo construido en diciembre de 2014, durante un curso patrocinado por la Agencia Espacial Mexicana (2016) en uno de sus proyectos para la formación y capacitación de profesores mexicanos. En la figura 1 se muestran los componentes principales que constituyen los subsistemas de un cansat. El

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subsistema de la computadora de vuelo está compuesto por un microcontrolador Arduino Pro-mini 328, que dispone de un chip Atmega328, operando a 8 MHz. El subsistema de potencia emplea una batería recargable de polímero de litio de 3.7 V, con una capacidad de carga de 1.2 mAh para alimentar todo el sistema. También cuenta con una microcámara 808 Car Key para la grabación de video y captura de fotografía durante el vuelo. Esta cámara tiene una resolución de imagen 720x480 y cuenta con su propia batería. El subsistema de comunicación comprende un módulo transmisor compuesto de una antena XBee, que utiliza el protocolo de comunicaciones inalámbrico Zigbee (IEEE 802.15.4). El módulo receptor consiste en una antena de características similares, conectada a una computadora portátil que, en conjunto, forman la estación terrena. Además, para conocer su ubicación en todo momento, el cansat tiene instalado un sistema de posicionamiento global o GPS (Global Position System, por sus siglas en inglés) modelo GP635T, cuyas pequeñas dimensiones lo hacen ideal para esta aplicación. Finalmente, el subsistema de la misión cuenta con un sensor de temperatura y humedad DHT11 con salida de datos digital y una tarjeta Arduino que contiene un acelerómetro ADXL345, un giroscopio L3G4200D, un compás HMC5883L y un barómetro BMP085 para medir la presión a diferentes alturas.

Cada uno de los subsistemas está conectado entre sí para formar todo el sistema, como se muestra en la figura 2, en donde el ensamble es comparado con una lata de refresco. La figura 3 nos muestra el sistema completo, introducido en la lata de refresco. Se debe tomar en cuenta que el mecanismo de descenso es un elemento adicional, externo al sistema. Un paracaídas, por ejemplo, podría estar sujetado con sus hilos en el aro superior de esta lata. El lenguaje de programación comúnmente utilizado para este sistema es el Arduino, no sólo porque la configuración de los elementos principales de cada subsistema es compatible con este lenguaje, sino porque es didáctico y relativamente fácil de aprender para los estudiantes. Además, es útil en otras aplicaciones de las carreras de ingeniería. La figura 4 nos muestra un fragmento del código utilizado para medir los parámetros físicos con los sensores DHT11 y BMP085. En estas líneas se da la orden para realizar una lectura y escribirla en la pantalla de la computadora para monitorear el funcionamiento, como puede verse en la figura 5. Cada lectura adquirida es almacenada en un archivo de datos para luego proceder a construir su respectiva gráfica.

Figura 2. Ensamble del sistema, comparando su tamaño, con el de una lata de refresco.

Figura 1. Cuatro subsistemas que conforman la configuración básica de un sistema cansat. De arriba a bajo y de izquierda a derecha: subsistema de computadora, subsistema de potencia, subsistema de comunicación y subsistema de la misión.

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Figura 3. Sistema cansat completo, introducido en el interior de una lata de refresco.

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Figura 4. Fragmento del código escrito en Arduino para obtener los parámetros físicos de temperatura, presión y altura.

Figura 5. Resultados obtenidos en el laboratorio con el cansat operativo en modo de prueba.

Los resultados que se muestran en la figura 5 fueron obtenidos en el laboratorio, debido a que las condiciones ambientales en el exterior no fueron favorables para realizar la práctica de vuelo en la fecha programada.

e investigadores de diferentes países, con el fin de extender estos conocimientos en sus lugares de origen y para establecer puntos de contacto y colaboración. Con este programa se pretende que los estudiantes de las instituciones superiores puedan tener acceso y participación en proyectos del espacio. El programa tiene una duración de cuatro semanas. En las dos primeras se imparten los contenidos teóricos vía Internet. Las dos últimas son presenciales para el entrenamiento, en donde los participantes llevan a cabo el ensamble y las pruebas necesarias para la caracterización del modelo o prototipo. Año tras año, el CLTP presenta nuevos prototipos, como es el caso del modelo i-CanSat versión 6, en el que implementaron una batería alcalina comercial de 9 V, con nuevos componentes electrónicos, poco cableado y la cámara de fotografía que ahora se encuentra integrada en el mismo circuito de la tarjeta PCB. Este modelo también puede ser integrado en un envase de tereftalato de polietileno (polyethylene terephtalate, PET, por sus siglas en inglés), que cumpla con las dimensiones de una lata de refresco. En la figura 6 se muestra el i-CanSat versión 6 y en el fondo se aprecia la carátula del manual de ensamble, en el que se describe todo el procedimiento y las pruebas que se llevaron a cabo durante el sexto programa de entrenamiento, en la ciudad de Sapporo, Japón, en agosto de 2015. RESULTADOS

Además de las pruebas de funcionamiento y operación que se hicieron durante y después del ensamble, se rea-

UN PROGRAMA DE ENTRENAMIENTO PARA LÍDERES EN PICOSATÉLITES CANSAT

En 2011, el Consorcio de Universidades para la Ingeniería del Espacio (University Space Engineering Consortium, UNISEC, por sus siglas en inglés) (UNISEC, 2015), en colaboración con la Universidad de Hokkaido, Japón (Hokkaido University, 2015) comenzaron el programa anual de entrenamiento para la formación de líderes en picosatélites cansat (CanSat Leader Training Program, CLTP, por sus siglas en inglés) (CLTP7, 2015). El principal objetivo de este programa es proporcionar la capacitación a profesores CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

Figura 6. Modelo i-CanSat versión 6 listo para integrarlo en un envase de PET de 345 mL.

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lizaron dos pruebas complementarias para verificar la operatividad del i-CanSat bajo condiciones extremas: la primera, sometiéndolo a un ambiente de vacío térmico a temperaturas de 0 hasta 40°C durante dos horas y la segunda sobre una mesa vibratoria, sometido a frecuencias de 5 a 2000 Hz, con aceleración media de 1.4 G en un lapso de 7 s. Para verificar el despliegue del paracaídas se realizó una tercera prueba, lanzando el i-CanSat por la ventana de un edificio a una altura de nueve metros. Todas las pruebas fueron superadas con éxito. Luego procedimos a preparar el lanzamiento mediante un cohete basado en un modelo de papel, diseñado por la empresa Uematsu Electric Co. Ltd., especializada en la fabricación de cohetes profesionales. Este cohete fue armado y ensamblado por cada participante, ya que forma parte del programa de entrenamiento. En la figura 7 se observa el i-CanSat, antes de ser introducido como elemento de carga del cohete. Se aprecia, también, el momento de despegue en la plataforma, donde es propulsado por un cartucho comercial de propelente sólido La figura 8 nos muestra el momento de separación del cohete, cuando ha alcanzado su máxima altura (100 m aproximadamente). Se aprecia el despliegue completo de los tres paracaídas y el descenso hasta unos instantes justo antes del aterrizaje. En la figura 9 se muestran cuatro fotografías tomadas a diferentes alturas durante el descenso. Nótese que el lugar es un área restringida en un campo despejado, con escasa circulación vehicular.

Figura 7. Izquierda: i-CanSat antes de introducirlo en el cohete. Derecha: momento del lanzamiento del cohete.

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Figura 8. Etapa de separación del cohete a una altura aproximada de 100 m. Aquí se aprecia el despliegue de los tres paracaídas y el descenso del i-CanSat hasta unos instantes justo antes del aterrizaje.

Figura 9. Fotografías obtenidas a diferentes alturas durante el descenso.

Esta prueba se realizó en las instalaciones de la empresa patrocinadora del cohete, ubicada a unos 100 km fuera de la ciudad. La misión en vuelo tuvo una duración de 250 segundos, contando desde la preparación de la plataforma hasta el punto de aterrizaje. Los resultados obtenidos se muestran en las fotografías de la figura 9 y en las gráficas de las figuras 10 y 11. En estas gráficas se observa un cambio abrupto en las curvas cuando transcurrieron 200 segundos; esto corresponde con el momento de separación del cohete y descenso del i-CanSat. Durante el descenso, en los últimos 50 segundos, se observa un cambio de temperatura de poco más de medio grado centígrado, lo que nos indica la diferencia de temperaturas entre el interior y el exterior del cohete. CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


H [%] Giro1 [°/s] Giro2 [°/s] Ac_X [g] Ac_Y [g] Ac_Z [g]

En contraste, la humedad mostró una disminución de 5% durante el descenso. Para el acelerómetro se observa una aceleración constante en los ejes xyz durante el ascenso, pero al descender, los cambios son abruptos debido al movimiento del i-CanSat. Lo mismo ocurre con la velocidad angular del giroscopio en uno de sus ejes. Finalmente, toda la trayectoria del ascenso y descenso está proyectada en un área de 50 x 50 m2 con las coordenadas del GPS. 2 0 -2 2 0 -2 2 0 -2

1000 0

-1000 1000 0

-1000 78 75

T [°C]

72 25.8 25.5 0

50

100

150

200

250

Tiempo [S eg]

Figura 10. Resultados obtenidos durante la misión en vuelo. De arriba abajo: aceleración en los ejes xyz; velocidad angular de los giroscopios 1 y 2; humedad y temperatura.

141.99965 141.99960

Longitud [grados]

141.99955 141.99950

Punto de despegue

141.99945 141.99940

Punto de aterrizaje

141.99935 141.99930

ción superior de los países que se encuentran en vías de desarrollo. Es evidente que construir pequeños satélites es mucho más barato que hacer dispositivos de grandes dimensiones, destinados a la ciencia o a las comunicaciones; no obstante, el costo de estos pequeños satélites todavía sigue siendo muy elevado para las universidades públicas. Una manera de afrontar la dificultad presupuestal en materia de educación espacial en nuestro país es abordar este problema utilizando proyectos educativos económicos. Los simuladores de satélite cansat son una buena alternativa, ya que proporcionan los conocimientos básicos y los principios de operación esenciales de una misión espacial. Además, pueden ser diseñados y construidos utilizando componentes electrónicos comerciales; los códigos y la programación pueden hacerse mediante una computadora personal. La importancia de estos mecanismos es que permiten la integración de pequeños instrumentos en su carga útil. En la práctica, estos dispositivos pueden resultar una herramienta muy poderosa al combinarlos con mecanismos científicos en experimentos profesionales. Los programas de entrenamiento en picosatélites que se ofrecen en el extranjero, a través de instituciones que cuentan con una trayectoria de experiencia en el sector espacial, nos brindan la oportunidad de traer estos conocimientos para transmitirlos a nuestros estudiantes, con el fin de motivarlos a incursionar en este sector educativo. A la fecha, México cuenta con ocho profesores mexicanos que han obtenido la certificación del CLTP. Tres de ellos (Bárbara Bermúdez Reyes; Ángel Sánchez Colín; Antonio Gómez Roa) forman parte del capítulo UNISEC-Mexico-North (UNISEC-México, 2016), establecido para crear una red nacional e internacional de colaboración entre estudiantes y profesores, en actividades académicas y en proyectos educativos que estén relacionados con el espacio.

141.99925 141.99920

43.5795

43.5796

43.5797

43.5798

43.5799

43.5800

AGRADECIMIENTOS

Latitud [grados]

Figura 11. Trayectoria de ascenso y descenso mediante el GPS.

CONCLUSIONES

Los picosatélites educativos cansat están desempeñando un papel muy importante en las instituciones de educa-

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Este trabajo fue financiado en parte por Promep (proyecto DSA/103.5/14/10812), por la Agencia Espacial Mexicana (proyecto Conacyt-AEM-2014-01-248438) y por la Dirección de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM-UANL).

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El autor agradece al Prof. Tsuyoshi Totani, al Dr. Kim Sangkyun y a los asistentes del CLTP6 por su apoyo durante el entrenamiento. REFERENCIAS Agencia Espacial Mexicana. (2016). Consultado el 29 de septiembre de 2016, http://www.educacionespacial. aem. gob.mx/ cansat.html Carrasco D., R. y Vázquez H., S. (2014) Nanosatélite basado en microcontroladores PIC: CanSat, 3er. Congreso Virtual, Microcontoladores y sus aplicaciones, Cuba. CLTP7. (2015). The 7th CanSat Leader Training Program. Consultado el 20 de noviembre de 2015 http://cltp.info/ Colín, A. (2015). CanSat technology for climate monitoring in small regions at altitudes below 1 km, IAA Climate change & Disaster management. Conference, México City, September 17. Hokkaido University. (2015). Consultado el 19 de noviembre de 2015, https://www.oia.hokudai.ac.jp/ NASA. (2007). Sputnik and The Dawn of the Space Age. Consultado el 10 de noviembre de 2015, http://history .nasa.gov/sputnik/

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LÍNEA DEL TIEMPO

Rodrigo Nava Amezcua*

Historia de la industria aeroespacial en México y su vínculo con la aeronáutica

L

a fascinación del hombre por el espacio y las estrellas siempre ha estado presente; ya desde la antigüedad, en diferentes culturas, se pueden observar leyendas como la de Dédalo e Ícaro en Grecia, donde el afán de volar y querer alcanzar el Sol le costó la vida a este último. En la culturas originarias de nuestro país, podemos encontrar, dentro de las crónicas y códices mexicas y mayas, un sinnúmero de leyendas y estudios sobre el espacio, desde las leyendas de Quetzalcóatl y Kukulkán, que bajaban del espacio a la Tierra en el equinoccio de primavera (Esquivelzeta, 2008: pp. 18-19), hasta

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los avanzados estudios astronómicos plasmados en la arquitectura y en el arte prehispánico. Para hablar de la historia de la industria aeroespacial es necesario identificar que ésta es el resultado conjunto de las industrias aeronáutica y espacial: la primera tiene su campo de estudio en la troposfera –la primera capa de la atmosfera– donde se llevan a cabo la mayor parte de los vuelos de las aeronaves, y la segunda va más allá de la termosfera, incluso en el espacio exterior, y su principal campo son las comunicaciones con los satélites. Sin em * Fuerza Aérea Mexicana. Contacto: amezcuaneguer@hotmail.com

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bargo, como es evidente, estas dos industrias van de la mano, debido a que, primeramente hay que pasar por la troposfera y por el estudio de la aeronáutica para poder llegar al espacio exterior. El presente trabajo tiene la finalidad de hacer un breve recuento histórico, hasta nuestros días, de los aspectos más relevantes de la aeronáutica y de la industria espacial en México, a fin de obtener un panorama general del estado de la industria aeroespacial nacional y conocer sus altas y bajas a través de los años. LOS ORÍGENES DE LA AERONÁUTICA EN MÉXICO

Para poder a hablar de la historia de la industria aeroespacial en México, es necesario hablar también de sus orígenes aeronáuticos, que se remontan a los estudios de aerostación desde las épocas del Virreinato de la Nueva España, cuyo registro más antiguo data de 1784. Muchos de esos estudios llegaron a nuestro país por medio de espectáculos extranjeros, sin embargo, en 1842, siendo presidente de la nación Antonio López de Santa Anna, el ingeniero Benito León Acosta inicia sus primeros ascensos en un globo aerostático. Asimismo, son relevantes los estudios de aerostación que realizó el ingeniero Joaquín de la Cantolla y Rico, quien, en 1863, durante el Segundo Imperio Mexicano, construyó tres globos aerostáticos: el Moctezuma I, Moctezuma II y el Vulcano. Incluso hoy en día, muchos mexicanos, al referirse a un globo de aire caliente de cualquier tamaño, lo suelen llamar globo de Cantolla (Nava, 2016). Posteriormente, a finales del siglo XIX e inicios del XX, en nuestro país la aerostación fue considerada como un simple espectáculo; en cambio, países como Francia, Italia, Alemania y Estados Unidos lograron grandes avances en aerostación y su empleo para fines militares. No fue sino hasta finales del gobierno de Porfirio

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Díaz que se comenzó a reconocer en los estudios aeronáuticos una verdadera utilidad para fines militares. El 17 de diciembre de 1909 se nombró al teniente del Cuerpo de Ingenieros Constructores, Federico Cervantes Muñozcano, para que marchara a Francia a realizar estudios sobre aerostación militar y los necesarios para la organización de una compañía de señales en el ejército (Cámara de Diputados et al., citada en Hernández 2015). Con estos hechos y otros más, se sembró la semilla de los estudios en materia aeronáutica en México, al inicio con fines demostrativos y de espectáculo, pero siempre bajo la consigna de un empleo para fines militares, como el de Alberto Braniff que, en 1910, realizó el primer vuelo motorizado en México y América Latina, seguido por entusiastas de la aviación como Miguel Lebrija (Cámara de Diputados et al., citada en Hernández 2015). El éxito de los espectáculos aéreos, en todo el mundo, propició que, el 19 de febrero de 1911, la empresa Moisant International Aviators realizara una gira en México, a fin de promocionar la comercialización de sus aviones. Se hicieron demostraciones enfocadas a exponer la eficacia de los medios aéreos en campañas militares (Cámara de Diputados et al., citada en Hernández 2015). Por las mismas fechas, durante el periodo posterior a la salida de Porfirio Díaz, durante el gobierno interino de Francisco León de la Barra, se registró un intento de formar un cuerpo de aeronáutica militar con una escuadrilla de aviones y la primera Escuela Militar de Aviación, sin éxito por falta de tiempo y presupuesto. Sin embargo, no fue hasta el gobierno de Francisco I. Madero, cuando, el 30 de noviembre de 1911, éste fue invitado a participar en un vuelo de exhibición, a bordo de un avión Deperdussin de dos plazas, convirtiéndose en el primer mandatario en funciones en volar un aeroplano. Así, Madero quedó impresionado y decidió autorizar la compra de cinco aviones, por lo cual mandó a estudiar a cinco mexicanos a la escuela Moisant Avia-

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tion School en Nueva York, que luego serían conocidos como los “primeros cinco” (Nava, 2016). Posteriormente, se presentaron nuevos proyectos ante la Secretaría de Guerra y Marina para formar el cuerpo de aviadores militares, algunos incluían la construcción de aeronaves en México; por asuntos presupuestales, dichos proyectos no prosperaron. Sin embargo, estos hechos tuvieron un impacto en muchos entusiastas como los hermanos Juan Pablo y Eduardo Aldasoro, quienes, en 1912, lograron construir el primer motor de explosión interna para un avión en México (Secretaría de la Defensa Nacional y Secretaría de Marina Armada de México, 2013). Después del asesinato de Madero, el 19 de febrero de 1913, la nación se convulsionó en una lucha armada entre el usurpador Victoriano Huerta y las Fuerzas Constitucionalistas lideradas por Venustiano Carranza, por lo que el destino de la aviación mexicana tomó un nuevo camino (Cámara de Diputados et al., citada en Hernández 2015). Victoriano Huerta, consciente de la importancia de contar con esta nueva tecnología, el 7 de abril de 1913, reunió en los llanos de Balbuena a Miguel Lebrija, Horacio Ruiz Gabiño, Juan Guillermo Villasana y Antonio Sánchez Saldaña, a fin de llevar a cabo unas pruebas aéreas, conformando la primera Escuadrilla Aérea de la

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Milicia Auxiliar del Ejército Federal. Asimismo, mandó a estudiar aviación en Francia a treinta alumnos de la Escuela Militar de Aspirantes. Este hecho es de gran importancia para la aeronáutica nacional, ya que algunos de estos primeros pilotos militares mexicanos fueron los pioneros de la aviación civil en México (Nava, 2016). Otro dato relevante es que, para el 15 de noviembre de 1915, se crea la Escuela Nacional de Aviación (ENA) y los Talleres Nacionales de Construcciones Aeronáuticas (TNCA), impulsados por el piloto aviador militar Alberto Salinas, quien en tan sólo cinco años –y a pesar de lo convulsionado que se encontraba el país y con las carencias materiales que originó la Primera Guerra Mundial– logró crear una industria aeronáutica de calidad. La aviación militar mexicana se volvió totalmente autosuficiente; se construyeron aeronaves y refacciones para la conservación y mantenimiento de la flota aérea, la cual contaba ya con 58 naves, la mayor parte de consFigura 1. Juan Guillermo Villasana a bordo de un prototipo de helicóptero que él mismo diseñó (Cámara de Diputados, LXII Legíslatura et al., citada en Hernández, 2014).

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trucción mexicana, como las aeronaves serie A y serie H, con motores Aztalt y hélices Anáhuac (Dávila, 2003). A pesar de ser un periodo de grandes convulsiones para el país, los finales de la década de 1910 y la década de 1920 son consideradas como las épocas de oro para la aviación mexicana, ya que es cuando la industria aeronáutica alcanzó su cúspide, impulsada por los primeros pilotos militares. También se registraron grandes hazañas, como el primer correo aéreo en México en 1917, las primeras maniobras acrobáticas en 1918, así como los vuelos de larga distancia sin escalas México-Washington, Cuba y Centroamérica en 1928; vuelos de buena voluntad en Centro y Sudamérica en 1929 y México-Nueva York en 1930, entre otras. Estas hazañas fueron el impulso para la creación de compañías civiles, primeramente con la creación de la “Mesa de navegación aérea”, durante el gobierno de Pascual Ortiz Rubio, que dio origen a la actual Dirección General de Aeronáutica Civil, dirigida por Juan Guillermo Villasana y, también, con la creación de compañías como Mexicana de Aviación y Aeroméxico (Nava, 2016). Para 1923, y hasta la Segunda Guerra Mundial, ya se habían construido en México más de cien aeronaves, como los Sesquiplanos Azcárate, los bimotores Lascurian, lo biplanos Ares, los monoplanos Teziutlán, los Baja California (el BC-1, BC-2 y el BC-3), estos últimos fabricados en Tijuana por Flavio Rivera, entre muchos otros (Nava, 2016). No obstante el impulso de la industria aeronáutica en México durante los años veinte y treinta, la situa20

ción económica del país y las continuas rebeliones (delahuertista, cristera, escobarista, serrano-gomista, cedillista, del yaqui) no permitieron que la industria despegara en forma permanente. Los TNCA pasaron a manos extranjeras sin que lograran producir un solo avión. Con la entrada de México a la Segunda Guerra Mundial, las compras al extranjero se convirtieron en una constante y los TNCA fueron poco a poco limitándose a labores de mantenimiento (Cámara de Diputados et al., citada en Hernández 2015). Hasta ahora, sólo se han mencionado algunos hechos relevantes de los inicios de la aviación en México, los cuales tienen sus orígenes con fines militares. Sin lugar a dudas, existen muchos hechos más, sin embargo, lo que se pretende demostrar es la importancia del vínculo entre la industria militar aeronáutica y la industria aeronáutica nacional que tuvieron una cuna en común. LA INDUSTRIA ESPACIAL Y LA HISTORIA SATELITAL DE MÉXICO

La industria aeroespacial a nivel mundial tiene su origen y su mayor auge principalmente después de la Segunda Guerra Mundial, cuando el mundo quedó dividido en dos polos ideológicos, periodo conocido como la Guerra Fría. Esta época se caracterizó por un rápido avance en la industria aeronáutica, los motores a reacción y las turbinas comenzaron a sustituir a los grandes motores radiales recíprocos y, posteriormente, las amenazas de una guerra nuclear obligaron a los países a retomar los CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


estudios en lanzamiento de cohetes balísticos, lo que dio origen a la llamada “carrera espacial”, en la que la Unión Soviética se disputó la supremacía espacial con Estados Unidos por décadas (Dávila, 2003). El Año Geofísico Internacional, que se celebró en 1957-1958, fue el punto de partida para que la comunidad internacional formulara el programa de actividades espaciales más ambicioso en la historia, que incluyó la puesta en órbita del primer satélite artificial en 1957, el lanzamiento de más de mil objetos al espacio ultraterrestre con fines de estudio y el arribo del hombre a la luna en 1969 (Dávila, 2003). La carrera espacial también logró impactar a nuestro país, y el 10 de agosto de 1962, durante el gobierno de Adolfo López Mateos, se crea la Comisión Nacional del Espacio Exterior (CNEE), cuyo principal objetivo fue controlar y fomentar, en México, todo lo relacionado con la investigación, exploración y utilización con fines pacíficos del espacio exterior (Dávila, 2003). La misión fundamental que se le asignó a este organismo gubernamental fue utilizar con finalidades prácticas los beneficios que se derivan de la tecnología espacial, como las comunicaciones, meteorología, estudios de la Tierra, percepción remota, entre otros. Uno de sus principales estudios consistió en el desarrollo de cohetes-sonda para fines meteorológicos, como el MITL I, que podía levantar una carga útil de ocho kilogramos y volar a más de 55 kilómetros, el HULTE I, cohete que tenía dos etapas y el MITL II, con más capacidad de peso que su predecesor (Dávila, 2003). En ese mismo año, 1962, la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), a través de su Instituto de Geofísica, creó el Departamento del Espacio Exterior, hoy Departamento de Ciencias Espaciales (Dávila, 2003). Para 1968, la necesidad de contar con un sistema satelital para la transmisión mundial de los juegos olímpicos, obligó al gobierno a afiliarse al sistema satelital Intelsat y se construyó, en el estado de Hidalgo, la primera estación terrena del país, rentando un satélite ATS-3, propiedad de la NASA. Dos años después se inició el uso del satélite para fines domésticos (Cinvestav, 2015). Cuando todo parecía indicar que nuestro país entraba de lleno en la carrera espacial, y a pesar de los éxitos obtenidos, la CNEE, desafortunadamente, desaparece en 1977, durante el gobierno de José

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López Portillo, cuando nuestro país vivía una de las crisis económicas más fuertes hasta ese momento, y la investigación en materia espacial entró en aislamiento por muchos años, con proyectos autónomos pero sin coordinación ni participación del Gobierno Federal (Dávila, 2003; Cinvestav, 2015). En 1982, México adquiere su primer paquete de satélites propios, conocido como Sistema Morelos. Los satélites Morelos I y Morelos II fueron puestos en órbita en 1985, para su manejo se creó Telecomunicaciones de México (Telecomm). Durante la puesta en órbita del Morelos II, el Ing. Rodolfo Neri Vela, a bordo del transbordador Atlantis, se convierte en el primer y único astronauta mexicano1 (Cinvestav, 2015). El mencionado organismo descentralizado (Telecomm), en 1993, obtiene un segundo paquete de satélites, llamado Sistema Solidaridad. Ese mismo año se lleva a cabo la puesta en órbita del Solidaridad I y en 1994 el Solidaridad II, al tiempo que se daba de baja al Morelos I (Cinvestav, 2015). Sin embargo, a pesar del impulso del gobierno y la fuerte inversión que se hizo para la adquisición de estos sistemas, la tecnología seguía dependiendo del extranjero. De manera simultánea, la UNAM crea el Programa Universitario de Investigación y Desarrollo Espacial (PUIDE), que, en 1991, inicia con la construcción y el diseño del primer satélite, 100% construido en México, el UNAMSAT-1, destruido en su lanzamiento en 1995. Un año después se pone en órbita el UNAMSAT-B, que funcionó aproximadamente un año (Secretaría de Comunicaciones y Transportes, 2011). Figura 2. UNAMSAT-1 (UNAM, 2016).

1 Existen otros astronautas de ascendencia mexicana como José Hernández, sin embargo, éste nació en Estados Unidos y es de nacionalidad estadounidense, por lo que no se considera como astronauta mexicano

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En 1990 se fundó la Sociedad Espacial Mexicana, A.C. (SEM), que trabajó para impulsar el sector en algunas escuelas mexicanas y en proyectos de cohetes de aficionados, pero con poco impacto en el resto del país y de la sociedad. Existieron otros proyectos satelitales mexicanos como el SATEX-1, que comenzó en 1994, desarrollados por un consorcio de instituciones mexicanas con el patrocinio y la coordinación del extinto Instituto Mexicano de Telecomunicaciones, participaron: el Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE), el Centro de Investigación y Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), el Instituto de Investigaciones Eléctricas (IEE), el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica (INAOE), el Instituto de Ingeniería de la UNAM, la Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica (ESIME) unidad Zacatenco y unidad Ticomán del IPN y la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla (BUAP). Éste ha sido uno de los proyectos interinstitucionales más ambiciosos por la cantidad de científicos e instituciones involucradas, sin embargo, nuevamente la falta de apoyos económicos y la desaparición del Instituto Mexicano de Telecomunicaciones originaron que el proyecto se detuviera cuando llevaba más de 80% de avance (Secretaría de Comunicaciones y Transportes, 2011).

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Figura 3. Mapa de las ubicaciones de los clúster aeronáuticos (elaboración del autor).

Todo parecía indicar que, en la década de los noventa, la industria espacial mexicana volvía a renacer, pero en 1997 recibe un nuevo golpe, cuando el gobierno mexicano pone a la venta el sistema satelital del país a través de Satélites Mexicanos, S.A. de C.V. (Satmex), el cual queda bajo el control de la compañía norteamericana Principia Loral Space & Communications. No fue hasta 2010 cuando el gobierno mexicano anunció la creación de un nuevo sistema satelital para seguridad nacional, llamado Mexsat, que consta de tres satélites: el Bicentenario, puesto en órbita exitosamente el 19 de diciembre de 2012; el Centenario, destruido

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durante su lanzamiento el 16 de mayo de 2015, y el Morelos III, funcionando desde el 2 de octubre del mismo año. Este sistema es administrado por Telecomunicaciones de México (Telecomm-Telégrafos). Cabe señalar que el nuevo sistema satelital está nuevamente en manos del Gobierno Federal, la tecnología se vuelve a adquirir en el extranjero –son construidos por la Boeing Satellite Systems International, Inc.– (Mendieta et al. 2002). A pesar de la falta de apoyo económico, la industria aeroespacial sigue creciendo a grandes pasos en nuestro país. En la última década, México se ha colocado entre las naciones líderes en manufactura aeronáutica y aeroespacial con más de 287 empresas, en su mayoría extranjeras, que generan una gran cantidad de empleos, pero, sobre todo y más importante, que crean a su alrededor otras empresas nacionales vinculadas al sector, lo que convierte a las grandes compañías en organismos madre con empresas más pequeñas en su entorno. Este conjunto de industrias conforman los grandes clusters aeronáuticos en varios estados de la república. Como consecuencia, se ha generado la necesidad de que estas entidades transformen sus sistemas educativos y creen carreras relacionadas al medio aeronáutico para poder competir en el ramo y proveer a estos clusters de personal capacitado. Así es como aparecen las escuelas aeronáuticas más importantes del país: el ESIME Ticomán del IPN; el Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica (CIIIA) de la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL), uno de los centros de investigación aeronáutica más modernos del país; la Universidad Aeronáutica de Querétaro (Unaq), entre otras. Todas ellas generan una gran cantidad de profesionales para la industria aeroespacial nacional. De esta forma, nuestro país entra al siglo XXI con un nuevo impulso en la industria aeroespacial, y con recursos humanos capacitados. Así lo demuestra el proyecto Ulises I, que inició, en 2010, el Colectivo Espacial Mexicano, el cual consiste en la integración de un nanosatelite. Dicho proyecto atrajo la mirada tanto de instituciones nacionales como de extranjeras, ya que es promovido y patrocinado por un grupo CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

de ciudadanos que pretende demostrar que la realidad puede ser cambiada y que nuestro país puede avanzar en las tecnologías espaciales de bajo costo. La historia de la industria aeroespacial en México cuenta con un sinnúmero de proyectos impulsados por entusiastas investigadores del desarrollo tecnológico aeroespacial, proyectos como Satedu, que es un satélite educativo, diseñado y fabricado por el Instituto de Ingeniería de la UNAM, para ser empleado en laboratorios escolares y aulas de clases; el proyecto Sensat, diseñado por el CICESE, que se basa en la investigación de microsatélites como una continuación del proyecto Satex; así como proyectos de muchos estudiantes universitarios que se aventuran a estudiar el espacio con globos aerostáticos, cohetes, aeronaves no tripuladas, estudios de astrofísica y astronómicos, entre otros, los cuales sería imposible mencionar en un trabajo como éste, sin embargo, existen y son el motor para el impulso de la investigación aeroespacial en México (Pacheco et al. 2013). La relevancia de este último aspecto radica precisamente en el vínculo que existe entre la aeronáutica y lo espacial, ya que una gran parte de los profesionistas egresados de las escuelas aeronáuticas se están especializando en materia aeroespacial (Pacheco et al. 2013). LA AGENCIA ESPACIAL MEXICANA (AEM)

Con la creación de la Agencia Espacial Mexicana en 2010, se abrió –para nuestro país– una nueva coyuntura para desarrollar y consolidar una industria aeroespacial. Se abrieron, a su vez, áreas de oportunidad en electrónica, aviónica, telecomunicaciones, entre otras, con metas como la fabricación de satélites con mano de obra y tecnología mexicana, convirtiéndose esta agencia de la administración pública federal en un vinculador e impulsor del sector (Agencia Espacial Mexicana, 2015). No fue fácil crear este organismo, tuvieron que pasar muchos años para que se lograra, ya que después de la disolución del CNEE, en 1977, muchos investigadores intentaron impulsar, sin éxito, la creación de un nuevo organismo que 23


diera dirección a las investigaciones aeroespaciales. No fue sino hasta 2005 que unos jóvenes entusiastas fundaron una sociedad llamada Aexa, para impulsar la creación de una agencia espacial en México. Presentaron una iniciativa de ley ante la Cámara de Diputados, la cual fue aprobada en 2006 y turnada a la Cámara de Senadores, en donde se organizaron foros de consulta nacionales para integrar a la comunidad científica. Después de una serie de modificaciones, la iniciativa fue aprobada por el Senado el 4 de noviembre de 2008. El proyecto fue regresado a la cámara de origen para someterse a un segundo análisis y ronda de votaciones (Agencia Espacial Mexicana, 2015). Así es como, para el 31 de julio de 2010, la ley que crea la AEM fue promulgada, sin embargo, este organismo no comenzó a funcionar de manera inmediata. Se conformó primero la Junta de Gobierno, integrada por secretarías de Estado e instituciones de educación superior, se crearon nuevos foros de consulta pública a nivel nacional, a los que se invitó otra vez a la comunidad científica y se publicaron las líneas generales de política espacial de México. No fue hasta el 2 de noviembre de 2011 que se nombró a su primer director general, el Dr. Francisco Javier Mendieta Jiménez, quien tuvo que presentar un proyecto de programa nacional de actividades espaciales y un estatuto orgánico para la agencia, por lo que la Agencia Espacial Mexicana, prácticamente comenzó sus funciones reales el 1 de marzo de 2013 (ProMéxico, 2012). Como se puede apreciar, la Agencia Espacial Mexicana es un organismo muy joven, con un presupuesto muy limitado y con menos de cuatro años de estar en funciones, sin embargo, ha logrado ser un gran impulsor del sector, creó el primer plan nacional para la industria aeroespacial del país, llamado Plan de Órbita que, junto con ProMéxico, promueve esta industria y la vincula al sector aeronáutico existente a través del llamado Plan de Vuelo. Estos dos planes representan las principales guías de la industria aeroespacial nacional. En la actualidad, cada año, la AEM promueve decenas de proyectos con universidades e instituciones de investigación, por lo cual se generó un fondo sectorial, en coordinación con Conacyt, y un fideicomiso público para poder financiar dichos proyectos (ProMéxico, 2012). De igual forma, se ha impulsado el reconocimiento internacional de México como un gran sector dentro de la industria aeroespacial mundial, se han creado víncu24

los con las principales agencias espaciales del mundo. Tan sólo a un año de su funcionamiento como agencia espacial, se logró que México ganara la cede para el 67 Congreso Internacional de Astronáutica a celebrarse en Guadalajara en 2016, considerado como uno de los eventos internacionales más importantes dentro del sector aeroespacial internacional. CONCLUSIONES

La industria espacial en México tiene sus orígenes en la industria aeronáutica, si bien en apariencia tienen objetivos distintos –una en el área de las telecomunicaciones y en el estudio del espacio exterior, la otra en el campo de la aeronáutica– están vinculadas y son inseparables, por lo que el término correcto es industria aeroespacial. La historia de la industria aeroespacial en México es muy antigua y tiene sus orígenes en el virreinato, principalmente con fines militares. Sin embargo, ha tenido altas y bajas, y no se ha podido consolidar de manera fuerte, nacional e independiente. Por motivos presupuestales no se le ha permitido despegar de manera constante. Desde finales de los años sesenta, hasta la década de los noventa, se logró un avance muy importante en estudios en el área satelital y de las comunicaciones. México ha logrado establecerse de manera exitosa en la producción manufacturera, lo que ha generado un capital humano de técnicos y profesionistas a nivel nacional que pueden competir con cualquier país en el ramo. No obstante, en la actualidad se sigue dependiendo de la tecnología extranjera. Hoy en día, contamos con instituciones de educación superior dentro del sector aeroespacial y con organismos que impulsan el sector como la Agencia Espacial Mexicana, por lo que la industria está viviendo un resurgimiento; cada día se generan nuevos proyectos impulsados por jóvenes entusiastas –egresados precisamente de estas instituciones–, por ello, es muy probable que en los próximos años podamos ver que nuestro país logre consolidarse y obtener cierta independencia tecnológica dentro del sector aeroespacial. Pero, para poder ver este sueño hecho realidad, es necesario que todos los participantes en esta industria –instituciones educativas, estudiantes, ciudadanos, empresas, entidades paraestatales, así como los goCIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


biernos tanto federal como estatales– logren visualizar este nuevo resurgimiento y le ofrezcan todo el apoyo a este sector de manera sostenida, ya que la investigación y desarrollo no se hace de la noche a la mañana. Se requiere un impulso transexenal. REFERENCIAS Agencia Espacial Mexicana. (2015). Diario Oficial de la Federación de Acuerdo mediante el cual se expide el Plan Nacional de Actividades Espaciales. Consultado el 14 de abril de 2014. http:// www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo= 5388707&fecha=14/04/2015 (accesado). Cámara de Diputados LXII Legíslatura, Secretaría de la Defensa Nacional. (2015). Fuerza Aerea Mexicana. La aviación militar. Un siglo de historia (1915-2015), en Hernández, G. R., Origen de la aviación militar en México. México. Cámara de Diputados LXII Legíslatura. Ciudad de México. Centro de Investigación y Estudios Avanzados del Instituto Politécnico Nacional. (2015). White paper, Satélites México: CINVESTAV. Dávila, H. (2014). El último mohicano. Historia de un biplanonotable, en América Vuela, número 153-154, diciembre-febrero 2014-2015, pp. 16-30. Francisco Esquivelzeta Aguilera. (2008) En pleno vuelo (Los pájaros de acero). México: Edición. Mendieta, F.J. et al. (2002). The SATEX Project, A Mexican Effort. The development of a micro-satellite platform for space techno-

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Red Temática de Ciencia y Tecnología del Espacio

OPINIÓN

La Red Temática de Ciencia y Tecnología del Espacio (Redcyte) surgió en 2011 como iniciativa de un grupo de investigadores que, desde hace varios años, desarrollan proyectos tecnológicos y científicos en el área espacial. Desde entonces se establecieron 23 proyectos con diferentes temas en tecnología espacial, orientados al desarrollo: materiales; aplicaciones sociales de la tecnología espacial; instrumentación espacial; misiones espaciales para demostraciones de tecnología; instrumental y plataformas de pruebas de sistemas satelitales; infraestructura terrestre para prevención de desastres; estudios sobre aspectos legales y regulación internacional para realizar misiones espaciales; infraestructura para la integración y realización de pruebas de precertificación; estrategias para integrar y mitigar la basura espacial en misiones; infraestructura para observación de fenómenos espaciales y ciencia básica espacial. En todos los proyectos, la red ha contribuido al establecimiento de programas educativos en el área,

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Carlos Romo Fuentes*

en licenciatura y posgrado, en los que se ha realizado una intensa búsqueda de cooperación con instituciones nacionales e internacionales. La Redcyte se enfrenta a un problema endémico del sistema de investigación y desarrollo mexicano. Se han identificado varios retos en esta área, como la falta de una vinculación efectiva con el sector productivo, una desconexión sistémica de los estímulos para el personal académico y una imagen contradictoria de la ciencia y la tecnología del espacio con los tomadores de decisiones a nivel gobierno; mientras que el reflejo condicionado, por muchos años, en la industria y el gobierno mexicano, ha sido el tomar decisiones a cero riesgo. Debido a los sistemas de rendición de cuentas y a la concepción de que la inversión en investigación y desa *Universidad Nacional Autónoma de México, Redcyte. Contacto: carlosrf@unam.mx

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rrollo es un costo de alto riesgo, se han tomado decisiones no muy adecuadas durante 35 años, sin atender la formación de recursos humanos especializados. En otras áreas, históricamente se ha preferido comprar servicios y sistemas al extranjero en los mercados de alta rentabilidad como fotografía satelital, monitoreo de clima y, en general, aplicaciones de tecnología satelital en el sector gubernamental y privado (Santillán, 2013). Actualmente, México tiene una gran dependencia que causa un gasto constante de recursos que terminan en agencias extranjeras. Existe una gran carencia de especialistas, infraestructura y desarrollo mexicanos en un área que tiene un mercado mundial de cerca de $800 mil millones de dólares anuales.

vidual, los proyectos aislados y en la descalificación de los esfuerzos en otras áreas y grupos del conocimiento o proyectos que no son compatibles con el de los autodenominados investigadores reconocidos en el campo. El avance en la compactación de componentes electrónicos, el desarrollo de nuevos materiales y el establecimiento de centros de investigación y desarrollo en industrias de alta tecnología como la automotriz, la aeronáutica y la electrónica en el país, están demandando cambios importantes en la educación superior y en el enfoque para desarrollar aplicaciones concretas con utilidad social en los proyectos patrocinados por el Conacyt. En este contexto, la Redcyte plantea el objetivo claro de desarrollar una red de colaboración entre instituciones

Como ejemplo directo, no existen sistemas satelitales para prevención de desastres naturales. Hay una dependencia total de las instituciones del gobierno, de la investigación en geociencias, geomática, ciencias del mar, geografía, estadística, economía, etcétera, en la toma de imágenes satelitales del territorio nacional. El círculo vicioso se debe romper, es necesario lograr credibilidad con el sector productivo, desarrollar misiones de corta duración con resultados favorables y establecer una estrategia nacional para la formación simultánea de una industria alrededor de las aplicaciones espaciales; también es imprescindible crear infraestructura pública y privada para poder desarrollar tecnología y sistemas espaciales y aplicaciones en tierra. La Redcyte tiene una misión muy clara: conjuntar esfuerzos multidisciplinarios y multiinstitucionales para cambiar una cultura que se basa en el desarrollo indi-

académicas, centros de investigación, empresas y organismos internacionales para fomentar el desarrollo de la ciencia y la tecnología espacial, a fin de que tengan un impacto positivo sobre la sociedad mexicana; también plantea atender la demanda industrial para desarrollar nuevos equipos y servicios satelitales para la población, así como establecer la colaboración con instituciones nacionales e internacionales para el desarrollo de misiones espaciales que tengan impacto científico y social. Durante estos primeros periodos de operación de la Redcyte, hemos visto que México puede aprovechar la coyuntura que se ha creado con el uso de tecnología COTS (por sus siglas en inglés Commercial Off-The-Shelf) y el desarrollo de satélites de bajo costo para uso en órbita baja, donde la percepción remota, el monitoreo y desa-

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rrollo de micro y nanosatélites son posibles con presupuestos desde $300 mil a los $12 millones de dólares en misiones para demostrar tecnología con costos razonables para una economía como la nuestra, en algunos casos con resultados sorprendentes. En este rubro podemos mencionar los proyectos para el desarrollo de plataformas satelitales que se tienen registrados en la red, como el Quetzal, Ulises, Cóndor, Aztecsat (Santillán, 2014). Actualmente, existe un mercado de componentes de bajo costo en el área de nanosatélites que permite que universidades con financiamientos de $6 a $10 millones de dólares puedan desarrollar un satélite de hasta 50 kg en un periodo de tres años. Por esta razón, ahora surgen empresas, gobiernos y universidades que están desarrollando aplicaciones de comunicaciones, Internet, localización y monitoreo desde una órbita menor a los 1000 km. También dentro de la red existen proyectos como el desarrollo de instrumentación de percepción remota como propuesta para sistemas de observación en plataformas de nanosatélites. La articulación de Redcyte con la Agencia Espacial Mexicana (AEM) como un catalizador para desarrollar misiones científicas, aplicaciones sociales y programas para el establecimiento de infraestructura de investigación y desarrollo en las ciencias y tecnologías espaciales

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(CTE), requiere de esquemas que permitan tener una fuerte vinculación con el sector productivo, el sector social y el gubernamental a fin de poder detonar el desarrollo industrial en el área espacial. Para lograrlo, la AEM es parte del Consejo Técnico Académico (CTA) de la red, donde se discuten las líneas de acción tanto de la red como de la agencia, a fin de tener siempre el rumbo claro en el desarrollo de los proyectos de red. Por el lado de la ciencia espacial, se debe llevar a cabo una gran campaña de concientización para evitar los reclamos de cada área como la única que hace investigación relevante en el espacio. La finalidad es poder conjuntar a los astrónomos, expertos en ciencias de la tierra, ciencias del mar, astrofísicos y físicos, y hacerles ver que el desarrollo de instrumentación, misiones satelitales, pruebas en plataformas aéreas y otros elementos son fundamentales para el desarrollo de las CTE, lo que requiere de un trabajo conjunto con la comunidad de ingenieros de todas las áreas. Esto se ha logrado a través del acercamiento de nuevos colegas de las ciencias espaciales a integrarse con nuevos proyectos a la red, así como para compartir conocimiento y desarrollar nuevas propuestas. Por otra parte, la red debe desarrollar un área de regulación y derecho internacional, ya que todas las mi-

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siones deben atender múltiples requerimientos, son multidisciplinarias y de alto riesgo. En este punto se identificará un grupo de colegas que tienen experiencia en el tema de regulación espacial para permear los conocimientos en los demás proyectos. La Redcyte deberá colaborar en la elaboración de proyectos que permitan el desarrollo de una nueva imagen de las CTE en el público en general, una nueva cultura de cooperación y, sobre todo, resultados concretos de proyectos que puedan ser comunicados y entendidos por la sociedad, atractivos para la inversión nacional y extranjera. Es también importante obtener financiamiento de entidades de gobierno y empresas privadas. Se pretende lograr el objetivo a través de una revista que se publicará, así como los posibles números consecuentes que se generen y su distribución a nivel nacional (Fuentes 2015). La red debe buscar un paradigma que se concentre en aplicaciones sociales y comerciales de las CTE para los proyectos de investigación aplicada y desarrollo tecnológico en una dinámica de cooperación internacional.

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CONSEJO TÉCNICO ACADÉMICO

Saúl Daniel Santillán Gutiérrez – Academia de Ingeniería Sergio Autrey Maza – Globalstar José Guichard Romero – INAOE Beatriz Aguilar Salazar – Axon’s Cable José Francisco Valdés Galicia – Itto. Geofísica UNAM Sergio Viñals Padilla – IPN Francisco Javier Mendieta Jiménez – Agencia Espacial Mexicana REFERENCIAS Fuentes Romo, C. et al. (2015). Red de Ciencia y Tecnología del Espacio (Redcyte): informe técnico Redcyte periodo 2015-2016. México. D.F.: Redcyte. Santillán Gutiérrez, S.D. et al. (2013). Red de Ciencia y Tecnología del Espacio (Redcyte): documento del estado del arte de la industria espacial en México, México, D.F.: Redcyte. Santillán Gutiérrez, S.D. et al. (2014). Red de Ciencia y Tecnología del Espacio (Redcyte): informe técnico Redcyte periodo 2011-2013, México, D.F.: Redcyte.

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SUSTENTABILIDAD

Basura espacial

Hermes Moreno Álvarez*, María Poliakova* y Antonio Gómez Roa**

Como si se tratara de una película de ciencia ficción, en la que hay héroes al rescate del universo, los científicos ahora deben pensar en resolver un problema de tamaño “cósmico”: ¿cómo limpiar nuestra casa de la basura espacial? * Universidad Autónoma de Chihuahua. **Universidad Autónoma de Baja California. Contacto: hermes1713@hotmail.com

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A mediados de 1993, los rusos lanzaron, dentro del cohete “Cosmos 3-M”, el satélite denominado Kosmos 2251. La figura 1 muestra la configuración de este satélite ruso cuya tarea principal era la comunicación; posteriormente, el satélite norteamericano Iridium 33 fue lanzado, en septiembre de 1997, en un cohete Protón K, ambos se desempeñaban en órbita baja. En febrero de 2009, varios medios de información dieron a conocer la colisión entre estos dos satélites, era la primera vez que esto sucedía. El hecho era alarmante, el satélite Kosmos, con una masa de 900 kg (ya fuera de servicio) y, por otro lado, el satélite Iridium 33 con casi 700 kg de masa, al colisionar generaron fragmentos de diversos tamaños, potencializando el choque con otros satélites con órbitas similares. Inicialmente se dijo que no había amenaza para la Estación Espacial Internacional (EEI), la cual orbita entre 350 y 400 km de altura, sin embargo, en 2012 uno de estos objetos invadió la trayectoria de la EEI, lo que provocó una urgente corrección orbital para la EEI. Los fragmentos generados por la colisión del Kosmos no son la única amenaza, existen muchos otros elementos que se pueden considerar como tal, entonces cabría cuestionarnos, ¿cómo localizar la basura espacial? Los eslabones más importantes para evadir este tipo de accidentes son los telescopios. Localizar los objetos y

Figura 1. Satélite Kosmos 2251 (Van Hoften 1985).

hacer una base de datos de sus características, sin duda es una tarea que los astrónomos ya han iniciado, con ayuda de estos observadores sensibles y de alta tecnología que permiten vigilar todo el año el movimiento de los cuerpos celestes. Rusia ha montado un conjunto de telescopios (la figura 2 muestra los tres telescopios de observación) pequeños, pero de gran potencia, que sirven para localizar

Trayectoria del Iridium.

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Figura 2. Telescopio para detección de basura espacial (Yuraleva 2016).

Figura 3. Toma de fotografía estelar (Academia de Ciencias Rusa, 2015).

estos elementos, uno de ellos alberga una lente de 40 cm de diámetro, la cual tiene la capacidad de observar objetos de hasta 60 cm a una distancia de 36,000 km. Esta distancia corresponde a la órbita geoestacionaria, en ésta los satélites parecen estáticos respecto de un punto fijo de la Tierra en rotación y éste, sin duda, es el mejor lugar para facilitar los servicios de comunicación: televisión, etcétera; es decir, aquellos servicios en los se requiere una cobertura territorial determinada. Los otros dos teles-copios tienen la tarea de captar los objetos más grandes y en espacios más amplios, mientras que el tercero tiene la tarea de vigilar objetos que están en órbitas más cercanas a la Tierra. “Habitualmente los telescopios funcionan al mismo tiempo, vigilando algún objeto en particular; en particular, los nuestros realizan una observación de varios objetos en los espacios más amplios y diferentes” (I. Molotov, entrevista personal, octubre 2012). Una de las principales tareas de los astrónomos es recolectar datos celestes, a estos datos de los elementos observados y detectados como basura espacial se les conoce como catálogo, en este sentido la actualización y mejora de este catálogo necesita de mejores datos, es decir, más exactos. La noche es el mejor momento para que el observatorio empiece a ejercer funciones, no así el trabajo de los científicos, pues previamente es necesario dar a los telescopios la zona de observación, las partes que serán fotografiadas por los dispositivos ópticos durante toda la noche. La ubicación de estos objetos es posible mediante un tipo de coordenadas llamadas “celestes”, una vez localizado el objeto se toma una exposición y se pasa a la computadora, este proceso continua toda la noche y después es revisado. La figura 3 muestra una exposición tomada por estos telescopios, se pueden observar puntos y muchos

otros elementos parecidos a ciertas aberraciones de tipo astigmáticas, pero ¿qué significa esto? Estas aparentes aberraciones corresponden a imágenes de estrellas; se ven así por la exposición de cuadro en diez segundos que el telescopio permanece inmóvil, mientras la Tierra gira, pero a los astrónomos les interesan los puntos que no son tan numerosos. Al referirse a los puntos:

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Estos objetos se mueven junto con la Tierra, entonces significa que son o satélites o fragmentos de la basura espacial. Se toman muchas fotos, después se manda toda la información al centro de procesamiento, allá los datos son tratados y analizadas las coordenadas de esos llamados puntos en el momento dado, y comparados con la base de datos que se tiene en catálogos estelares, catálogos satelitales (V. Linkov entrevista personal, octubre 2012). Puede resultar que este punto sea una basura espacial o cualquier otro satélite desconocido, por lo tanto, es necesario identificarlo, catalogarlo, complementarlo con datos y actualizar el catálogo. La identificación es la parte especial de este trabajo, todos los objetos notados durante la sesión de observación, con ayuda de las coordenadas espaciales, son comparados con los ya existentes; si los datos coinciden, el objeto es conocido y no hay motivos de preocupación, pero si no, se sacan y se incorporan a un grupo especial de acompañamiento. Por un año los astrónomos registran alrededor de 700 objetos de este tipo, la mitad de éstos es basura espacial. Son los restos de las etapas de los cohetes que giran cerca de la órbita de la Tierra, bloques propulsores que se desprenden del cohete cuando los objetos toman la órbita, aparatos

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Figura 4. Camino del análisis de los datos recabados.

descompuestos que ya terminaron su servicio y que tuvieron que quedarse allí como basura. Mikhail Lazareue es uno de los responsables por tratamiento de datos de los telescopios, según este autor, la amenaza de los objetos en el espacio es sólo una parte del problema, el otro es la posible caída de la basura a la Tierra, eso puede pasar con los dispositivos descompuestos ubicados en las órbitas bajas, Lazareue nos relata: “Tuvimos casos del abandono, no autorizado, de las órbitas y como hay aparatos del destino especial que no planeábamos bajar –todo eso en unos 40 o 50 años– empezarán a caer a la Tierra bastante rápido”(M. Lazareue, entrevista personal, octubre 2012 ). En las oficinas de Moscú, concretamente en el Centro de Ciencias Astronómicas, es donde se piensa evadir los peores escenarios. Aquí llega la información de todos los objetos sospechosos o situaciones preocupantes sobre los acercamientos en el espacio. La información es recibida de observatorios de todo el mundo, incluyendo la aportación mexicana. Ahora son más de 30 observatorios, según los científicos, el flujo anual de medidas de volumen cubrió todo lo que fue recibido de los últimos 40 años. Todos juntos, incluyendo el centro de tratamiento de datos, forman un complejo que se dedica a la prevención de situaciones peligrosas en el espacio, una estructura única y original, la que nunca se ha hecho para el espacio civil. Este complejo actualmente está en pruebas y se espera un pronto éxito; este sistema, por primera vez, será dedicado directamente al problema de la basura espacial. El principio del sistema es muy simple: Según la figura 4, los datos de los telescopios, al principio, son tratados en el centro de análisis, es importante ir filtrando los datos o posibles objetos

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sospechosos que se analizan para conocer en qué partes hay posibilidad de acercamiento, después pasan al centro de control de vuelo el cual inspecciona a los cosmonautas. Los especialistas revisan la información nuevamente y en caso de que se confirme, la pasan a los propietarios del satélite, a la agencia federal espacial, al ministerio de defensa o a las compañías privadas. Ellos decidirán qué hacer, si dejar el satélite esperando a que la amenaza desaparezca o llevarlo a algún lugar. La pérdida del satélite representa mucho dinero, además de los gastos que se generarán para un lanzamiento nuevo o producción del satélite, su explotación, etcétera. El tiempo que requiere reponer esa merma implica la pérdida de un ingreso considerable, y si el satélite es comercial, se pierde también el beneficio. La corrección de órbita, hoy por hoy, es el método principal para combatir la basura espacial; sin embargo, incluso este método tampoco garantiza el resultado. Para dejar de funcionar, un satélite sólo necesita chocar con un trozo de un centímetro, pero la basura tan pequeña no puede ser detectada por ningún sistema moderno, eso quiere decir que para solucionar el problema se necesita una limpieza global del espacio. Ya se han propuesto varias soluciones de ingeniería: la captura de los objetos con ayuda de remolques, sistemas de cables electromagnéticos, naves recolectoras, hasta se han propuesto mallas para basura más pequeña, pero por ahora todo se ha quedado en proyectos. ¿Qué tan pronto se realizarán?, depende de varios factores al mismo tiempo: el primero es el factor de ingeniería, porque la dificultad del sistema debe ser primero realizada; el segundo factor es la seguridad, es necesario remolcar la basura sin dañar los satélites que funcionan; y el tercero, la cuestión jurídica, cada elemento de basura pertenece a algún país, entonces se necesitará un permiso para su eliminación. Todos estos temas son discutidos en los foros internacionales ¿se llegará a un acuerdo único para solucionar el problema?

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TENDENCIAS EDUCATIVAS Construcción de un picosatélite cansat Ángel Colín*, Bárbara Bermúdez Reyes*, Gorki Encarnación Morrobel**, Gerardo Lira Ibarra*, Darío Zúñiga Rosales*, Luis Ávalos de la Cruz*, Marcelo Villarreal Méndez*, Jocelyn Mendoza Martínez*** y Brenda Álvarez Arce*** ­ os cansat son conocidos en casi todo el mundo. Su L principal objetivo es transmitir a los estudiantes universitarios los conceptos básicos de diseño y construcción de satélites artificiales. La mayoría de las universidades más importantes de diversos países que cuentan con una facultad de ingeniería y ciencias exactas han construido al menos uno de estos dispositivos como actividad extraescolar para sus alumnos, mediante cursos, talleres o a través de los programas de capacitación que las agencias espaciales ofrecen para captar las futuras generaciones de ingenieros y científicos en el área espacial (Walker et al., 2010). La historia de diseño y construcción de cansat en México es muy reciente, comienza apenas en 2013, cuando la Red Universitaria del Espacio (RUE), de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM), organizó su primer concurso interno (UNAM 2013). En 2014, la Agencia Espacial Mexicana (AEM) realizó un proyecto de capacitación en sistemas de ingeniería aplicados a una misión cansat (AEM, s.d.), en la que participaron más de 50 profesores de todo el país con la finalidad de que los profesores capacitados difundieran estos conocimientos a los estudiantes de sus universidades. La rápida y creciente aceptación por parte de la comunidad académica dio como resultado una serie de concursos regionales y nacionales como los organizados por el Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingenierías (CUCEI) de la Universidad de Guadalajara en 2015; para 2016 se realizó un concurso por parte de la AEM y otro por la Escuela de Ciencias de la Ingeniería y Tecnología (ECITEC) de la Universidad Autónoma de Baja California (UABC) (Sánchez et al., 2016). Es

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un hecho que estos concursos irán tomando mayor importancia con el paso del tiempo. Para este año se espera tener mayor afluencia en cada uno de los eventos; hasta ahora, se tienen registrados únicamente dos concursos nacionales: el que organizó el CUCEI en junio y el que se llevará a cabo en octubre de 2016, organizado por la Universidad Autónoma de Nuevo León (UANL). En la actualidad, la UANL forma parte de un comité de expertos certificados (2016) encargados de organizar y gestionar anualmente un concurso nacional de picosatélites, dicho concurso se realiza en una institución diferente cada año. Estos eventos nos conducirán paulatinamente a adquirir experiencia para participar en las competencias internacionales que se llevan a cabo en Europa, Estados Unidos, etcétera (ESA, 2016; ARLISS, 2016). En este artículo se presenta la descripción física y la construcción de un picosatélite cansat, elaborado en junio de 2016, durante el segundo programa de entrenamiento teórico-práctico que la UANL ofreció a estudiantes universitarios. DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DE UN PICOSATÉLITE CANSAT

Un cansat consiste en una plataforma que simula un sistema espacial; en este caso, es un picosatélite que cabe en una lata de refresco. * Universidad Autónoma de Nuevo León. ** Universidad APEC. *** Universidad Autónoma de Baja California. Contacto: angel.colin@fcfm.uanl.mx

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Estos simuladores de satélite no son puestos en órbita, pero pueden lanzarse a diferentes alturas mediante un cohete, globo sonda, aeromodelo o multirrotor de control remoto. Durante su descenso, deben transmitir información por telemetría hacia una estación terrena conectada a una computadora portátil. Los diseños y configuraciones de un cansat son muy variados, debido a que dependen del tipo de misión que se realizará. Una misión puede consistir únicamente en transmitir datos, efectuar retornos controlados o probar pequeños mecanismos de despliegue. En la figura 1 se muestran los componentes principales que constituyen los subsistemas de un cansat: de arriba abajo y de izquierda a derecha: a) subsistema de computadora, b) subsistema de comunicación, c) subsistema de la misión y d) subsistema de potencia con microcámara. A continuación se describe cada uno de los subsistemas anteriores: a) Subsistema de la computadora, compuesto por microcontrolador Arduino Promini 328 y un chip Atmega328 a 8 MHz. b) Subsistema de comunicación, con antena XBee y protocolo de comunicaciones Zigbee (IEEE 802.15.4) y GPS (Global Position System, por sus siglas en inglés) modelo GP635T. c) Subsistema de la misión, con sensor de temperatura y humedad DHT11, acelerómetro ADXL345, giroscopio L3G4200D, compás HMC5883L y barómetro BMP085. d) Subsistema de potencia, con batería de polímero de litio de 3.7 V a 1.2 mAh y microcámara 808 Car Key, para video-fotografía, con resolución de 720x480, y cuenta con su propia batería. Cada uno de

los subsistemas está conectado entre sí para formar el sistema completo (figura 2). En la figura 3 se observa el ensamble, listo para ser introducido en una lata de refresco. Por conveniencia el lenguaje de programación utilizado en la configuración de todo el sistema fue Arduino v1.6.6. Es importante considerar que el mecanismo de descenso es un elemento adicional, externo al sistema

Figura 2. Diagrama esquemático de conexiones para el sistema completo (cortesía del ECITEC-UABC).

Figura 3. Ensamble completo de un cansat (elaboración de los autores).

Figura 1. Configuración básica de los cuatro subsistemas de un cansat (elaboración de los autores).

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integrado. El paracaídas de la figura 4 está sujeto en los orificios que se hicieron en la parte superior de la lata. Con este modelo de paracaídas se realizó un análisis básico de su funcionamiento. Para ello se consideraron las condiciones ambientales en el interior del edificio de la Facultad de Ciencias Físico Matemáticas (FCFM). La densidad del aire, ρ = 1.1647, fue estimada tomando en cuenta una temperatura de 29°C, con una presión de 1019 hPa, humedad relativa 58% y un punto de rocío de 19.91°C. Al desplegarse el paracaídas, la masa total

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4. Paracaídas sujetado en la lata de refresco (elaboración del autor). Figura 5. Lanzamiento hacia el interior de la FCFM (elaboración del autor).

del cansat, m = 114 g, estará sometida a la acción de su peso y a una fuerza de rozamiento k proporcional al cuadrado de la velocidad. Para este caso particular, k = 1.94. Bajo estas condiciones, la fuerza de resistencia o de arrastre D produjo una velocidad vertical de descenso ve ~ 1.2 m/s, de acuerdo a las siguientes ecuaciones

(1)

(2)

donde: es el coeficiente de arrastre: A es el área transversal del objeto; v es la velocidad; Wt es el peso total y So es la superficie del paracaídas. Mientras que, para determinar la velocidad en cada instante a partir del despliegue, empleamos

(3)

donde: t es el instante de tiempo y g es la gravedad. Para confirmar la entera funcionalidad del dispositivo, se realizaron dos lanzamientos, hacia el interior de la FCFM, desde una altura de 12 m, como se muestra en la figura 5. Un tercer lanzamiento fue hecho desde la azotea de un edificio contiguo hacia el exterior y desde una altura de 15 metros, como se muestra en la figura 6.

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Figura 6. Lanzamiento hacia el exterior de la FCFM (elaboración del autor).

RESULTADOS

Los tres lanzamientos fueron consecutivos y sin desactivar el subsistema de potencia, esto con el fin de recabar toda la información de los sensores de forma continua, por lo que la misión completa tuvo una duración aproximada de 180 segundos, contando desde la preparación en el laboratorio hasta el último punto de aterrizaje. Por conveniencia, cada lanzamiento fue hecho manualmente por uno de los participantes, mientras que el resto de ellos permaneció junto a la

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Altura [m]

535 530 525

Humedad [%] Temperatura [°C]

520 34

Presion [Pa]

estación terrena, para la recepción y recuperación del cansat. Los resultados obtenidos se muestran en la figura 7 y en las gráficas de la figura 8. En la figura 7 se muestra una fotografía tomada con la microcámara durante el descenso en el tercer lanzamiento. Se puede apreciar parte de una pista deportiva y el cerro del Topo Chico en el horizonte. En la gráfica, que representa la altura, se observan tres acontecimientos, correspondientes a cada lanzamiento; los primeros 45 segundos fueron empleados para trasladar el dispositivo desde el laboratorio, que se encuentra en el primer piso del edificio, hasta el punto de lanzamiento en la azotea, ubicado a 12 m de altura (indicada en metros sobre el nivel del mar). El tiempo de vuelo en el primer evento fue, aproximadamente, de diez segundos hasta el punto de aterrizaje; caso muy similar para el segundo evento. Mientras que para el tercero, el tiempo fue más prolongado (alrededor de dos minutos), debido al traslado a un edificio contiguo con 15 m de altura. La duración del vuelo en este último fue de 13 segundos, aproximadamente. En la gráfica de temperatura se observa un pequeño cambio trascurrido el primer minuto. Esta diferencia de –8°C se debe al cambio del ambiente al que estaba sometido el dispositivo entre las condiciones controladas del laboratorio y la temperatura exterior, por lo

95250

32 30 28 26 36 33 30

95175 95100 0

50

100

150

200

Tiempo [seg.]

Figura 8. Resultados obtenidos durante toda la misión. De arriba abajo: altura (sobre nivel del mar), temperatura, humedad y presión (elaboración de los autores).

cual se consideró como constante. En contraste, en la humedad relativa se observa una disminución de –5%, causada por las mismas condiciones ambientales. El cambio de presión registrado en el interior y exterior del laboratorio fue de apenas –75 Pa en promedio, por lo que resultó ser poco significativo. CONCLUSIONES

Figura 7. Fotografía tomada durante el descenso en el tercer lanzamiento (elaboración de los autores).

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Los programas de capacitación y entrenamiento para construir picosatélites educativos cansat se están incrementando cada año en nuestro país. Es evidente que la aceptación por parte de la comunidad académica en ciencias e ingeniería contribuye en gran medida a poner en práctica esta actividad multidisciplinaria para los estudiantes universitarios. La importancia de estos dispositivos es que constituyen el primer paso hacia la exploración de la tecnología espacial a un costo muy reducido, comparado con cualquier proyecto que esté destinado hacia el espacio. Un cansat proporciona los conocimientos básicos y los principios de operación esenciales de una misión espacial. Además, puede ser diseñado y construido, utilizando una variedad de componentes electrónicos comerciales. En la actualidad, varias instituciones mexicanas cuentan con profesores calificados para realizar diseños

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y cursos de capacitación en este tema. Hay siete profesores que han obtenido una certificación internacional (CLTP7, 2015), reconocida por el Consorcio de Universidades para la Ingeniería del Espacio (University Space Engineering Consortium) (UNISEC, 2015). Tres de estos profesores han formado el capítulo UNISEC-México (2016), el cual se ha establecido para crear una red nacional e internacional de colaboración entre estudiantes y profesores en actividades académicas y proyectos educativos que estén relacionados con el espacio. AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado, en parte, por Promep (proyecto: DSA/103.5/14/10812) y por la Agencia Espacial Mexicana (proyecto: Conacyt-AEM-2014-01-248438). Los autores agradecen al M.C. Leopoldo Pineda, por facilitar el laboratorio de física moderna. REFERENCIAS AEM. (s.d.). Líderes cansat México. Consultado el 7 de julio de 2016. http://www.educacionespacial.aem.gob.mx/mapa_ Cansat.html AEM. (2016). Consultado el 11 de julio de 2016. http://www. educacionespacial.aem.gob.mx/ ARLISS. (2016). Consultado el 7 de octubre de 2016 http://www. arliss.org/

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CLTP7. (2015). The 7th CanSat Leader Training Program. Consultado el 13 de julio de 2016 http://cltp.info/ ESA. (2016). Cansat. Consultada el 7 de julio de 2016. http://www. esa.int/Education/CanSat NASA. (2014). Small Spacecraft Technology State of the Art. National Aeronautics and Space Administration, California. Technical TP-2014-216648. Consultada el 7 de julio de 2016. http:// www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/small_spacecraft_ technology_state_of_the_ art_2015_tagged.pdf Sánchez C., Á.E. et al. (2016). Picosatélites educativos cansat: Primer Concurso Nacional en México, Celerinet, año 4, vol. VII, pp. 20-28. Twiggs R. (1998). University Space System Symposium (USSS), Hawaii, USA. UNAM. (2013). Misiones cansat 2013. Consultado el 7 de julio de 2016. http://rue.unam.mx/Eventos/Realizados/CANSAT/ Misiones%20Cansat2013.pdf UNISEC. (2015). The Fourth UNISEC-Global Meeting. Consultado el 13 de julio de 2016. http://www.unisec-global.org/ UNISEC-Mexico. (2016). Members UNISEC Mexico. Consultado el 7 de octubre de 2016 http://www.unisec.mx/#ourteam Universidad de Guadalajara. (2015). Invitación a participar en el Concurso CanSat CUCEI. 2015 Consultado el 11 de julio de 2016 https://www.youtube.com/watch?v=G9BBp Ru1los Walker, R. et al. (2010). ESA hands-on space education project activities for university students: Attracting and training the next generation of space engineers. IEEE EDUCON Conference, Madrid. Consultado el 19 de noviembre de 2015 http://ieeexplore. ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp= &arnumber=5492406&isnumber=54923361

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Investigaciรณn CIENCIA UANL / Aร‘O 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

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Sonda espacial Jordan Sombrerero Espinoza*, Telma Saraí Encarnación Cortés*, José Raúl Flores Machorro*, Mayra Báez Landa*, Mariela Serrano Centeno* y Josué Mancilla Cerezo*

­ ESUMEN R El objetivo del proyecto es simular una sonda espacial que mida las cantidades de CO2, oxígeno y nitrógeno, para saber si existen, en un lugar determinado, las condiciones para albergar vida terrestre. El cansat tomará las variables de temperatura, altitud, latitud, entre otras requeridas. Palabras clave: sonda espacial, planeta, vida terrestre. ABSTRACT Simulation of a space probe to measure the amounts of CO2, oxygen and nitrogen. To know if a planet has conditions to host terrestrial life, it will measure the variables of temperature, altitude and latitude among the others required. This will lead to the possibility of finding a second alternative for an identical planet Earth that can be inhabitable. Similarly, the conditions of atmospheric gases will be calculated to determine their optimal levels since this involves either a good, bad or acceptable environment in order for terrestrial life to exist. Keywords: space probe, planet, terrestrial life. ¿QUÉ ES UNA SONDA ESPACIAL? Una sonda espacial es un instrumento artificial que se envía al espacio para estudiar los diferentes cuerpos del Sistema Solar. Los principales objetivos de las sondas espaciales son planetas, satélites, asteroides y cometas; no van tripuladas y recopilan información que envían a los científicos en la Tierra. Las sondas espaciales también suelen denominarse satélites artificiales, pero se diferencian de estos últimos en que normalmente no orbitan alrededor de los objetos que estudian. La mayoría de las veces tienen trayectorias de acercamiento, aunque en ocasiones se sitúan en órbita de un determinado astro. Las sondas están equipadas con costosos sistemas fotográficos y de filmación, radares y sofisticados medios de comunicación en contacto con la Tierra (González, 2015).

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Misiones de sondas espaciales: • Cassini. Su objetivo es el estudio de Saturno y de varios de sus satélites, entre ellos Titán. • New horizons. Es una sonda espacial de la NASA destinada a volar sobre Plutón y su satélite Caronte, y luego continuar en el Cinturón de Kuiper. También estudiará Júpiter y sus lunas. • Rosetta. Es una sonda espacial concebida por la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo objetivo principal es el estudio del cometa Churyumov-Gerasimenko. • Marte Reconocimiento Orbiter (MRO). Esta sonda americana, lanzada el 12 de agosto de 2005 de Cabo Cañaveral, Florida, contribuye al enriquecimiento de los conocimientos sobre Marte, así como la historia del agua en su superficie, su clima y su sótano (González, 2015). GASES REQUERIDOS PARA LA VIDA TERRESTRE Los gases atmosféricos son los que encontramos en el aire que nos rodea: argón, dióxido de carbono, helio, nitrógeno y oxígeno. De estos gases, el argón, el oxígeno y el nitrógeno se producen principalmente por la separación del aire en los componentes que los constituyen. Esto se logra al reducir la temperatura del aire hasta que cada componente se licua y se puede extraer. De los dos gases restantes, el dióxido de carbono se produce como subproducto de varios procesos químicos. El helio aparece de manera natural en la corteza terrestre, donde ha sido atrapado en cavidades de rocas no porosas, de manera similar a la que se encuentra el petróleo. Estos “pozos” de helio sólo se encuentran en ciertas áreas del mundo que poseen el tipo

* Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca. Contacto: jmc_itst@outlook.es

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JORDAN SOMBRERERO ESPINOZA ET. AL.

correcto de geología; esto hace del helio un gas raro y costoso (González, 2007). MOTIVACIÓN DEL PROYECTO La motivación del presente proyecto es adquirir conocimientos sobre misiones espaciales, tanto de comunicaciones como en satélites y sondas espaciales. Obtener experiencia práctica que nos sirva para ingresar en un futuro a la Agencia Espacial Mexicana (AEM) o, incluso, a la NASA. De igual manera ampliar el perfil de egreso con conocimientos multidisciplinarios, mecánicos, electrónicos, físicos, entre otros. También, concursar en competencias nacionales e internacionales nos ayuda a obtener reconocimientos con valor curricular; además de adquirir el conocimiento para armar un satélite y saber cómo está compuesto hasta el mínimo detalle en la parte electrónica y mecánica.

OBJETIVO DE LA MISIÓN Mostrar y guardar datos de la cantidad de gases atmosféricos –como CO2, oxígeno y nitrógeno y las variaciones de temperatura (externa e interna), presión, humedad relativa, latitud, longitud, altitud, aceleración, vibración y nivel de batería–, al mismo tiempo que se graba un video en el momento del descenso del satélite por medio de la cámara incorporada. • El éxito mínimo de la misión es que únicamente se midan y muestren los datos en intervalos de tiempo. • El éxito medio es que se midan y muestren los datos constantemente y se grabe en video. • El éxito máximo es que se cumpla todo lo especificado.

REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN

Tabla I. Requerimientos de los sistemas. Requerimientos del sistema

Subsistemas comprendidos Volumen de una lata de Eléctrico, computadora, refresco de 355 mL. misión y comunicación. Masa máxima del cansat 355 g. Eléctrico, computadora, misión y comunicación. La alimentación suministrada Eléctrico. por baterías o panel solar. La batería de fácil acceso. Eléctrico. Interruptor principal en un lugar accesible. Sistema de recuperación.

Comunicación.

Velocidad del descenso entre 5 y 12 m/s. Alcance del radio entre 400 a 500 m. Medición de datos atmosféricos.

De recuperación.

Medición de temperatura (externa e interna), presión, humedad relativa, latitud, longitud, altitud, aceleración, vibración, nivel de batería y video.

Misión, comunicación, computadora y eléctrico.

El cansat debe ser elevado a una altura de 400 a 500 m.

Ascenso.

De recuperación.

Comunicación. Eléctrico, misión y computadora.

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Metas Diseñar una arquitectura compacta y fácil de manipular. Diseñar sistemas esbeltos, seleccionar materiales y dispositivos de baja masa. Batería que sea capaz de suministrar la energía por lo menos 30 min. Diseñarlo de forma que el cambio de batería no afecte los demás subsistemas. Botón de encendido y apagado en la parte superior para un mejor manejo. Construir un paracaídas que asegure la recuperación óptima del cansat , de color llamativo para encontrarlo con facilidad. Diseñar el paracaídas para que caiga a 9 m/s y asegure la integridad del cansat. Seleccionar un dispositivo capaz de mantener comunicación mínima de 400 m. El subsistema eléctrico con el voltaje necesario para los sensores. El subsistema de misión diseñado para albergar los sensores. El subsistema de computadora debe contar con un dispositivo programable para hacer funcionar los sensores. El subsistema eléctrico debe tener el voltaje para alimentar la cámara. El subsistema de misión debe albergar todos los sensores. El subsistema de comunicación debe albergar espacio para el GPS. El subsistema de computadora debe contar con un dispositivo programable para hacer funcionar todos los dispositivos. Ensamblar un drone que permita elevar el cansat a más de 500 m.

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SONDA ESPACIAL

GESTIÓN DEL PROYECTO Líder del proyecto Jordan Sombrerero Espinoza Actividades. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11,12, 13, 14, 15, 16, 17. Telma Saraí Encarnación Cortés Actividades. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17. José Raúl Flores Machorro Actividades. 1, 2, 3, 5, 6 , 7, 8, 9, 10, 11,12, 13, 15, 16, 17. Mayra Báez Landa Actividades. 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17. Mariela Serrano Centeno Actividades. 1, 2, 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 15, 16, 17.

Figura 1. Relación de actividades.

Actividades 1. Selección de misión. 2. Requerimientos de la misión (búsqueda de materiales). 3. Cotización y proveedores. 4. Diseño del paracaídas. 5. Armado del drone. 6. Bosquejo de las etapas del cansat: • Potencia: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés. • Computadora: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno. • Misión: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés. • Comunicación: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno. 7. Pruebas de materiales requeridos. 8. Diseño de las placas. 9. Programación. 10. Comprobación de las placas individuales: • Potencia: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Saraí Encarnación Cortés. • Computadora: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno. • Misión: Jordan Sombrerero Espinoza, Telma Sarai Encarnación Cortés. 42

• Comunicación: José Raúl Flores Machorro, Mayra Báez Landa, Mariela Serrano Centeno. 11. Ensamble del cansat. 12. Funcionamiento de placas ensambladas. 13. Diseño de estación terrena. 14. Diseño del programa de base de datos. 15. Pruebas de ascenso y descenso. 16. Envío de datos. 17. Pruebas finales. DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO Para la selección de misión se emplearon varios artículos de referencia de los cuales se destaca información relevante de la Agencia Espacial Mexicana (2015), así como artículos de electrónica y de proyectos cansat (Sanchez et al., 2016). Una vez elegida la misión, se procedió a definir los requerimientos de la misma, es decir, los materiales, para esto se tomó en cuenta la dificultad para conseguir los sensores de oxígeno y de dióxido de carbono, puesto que no son muy comerciales. Los costos de los componentes fueron los siguientes: comunicación, $2,350 pesos (2 xbee s2, un Gps, leds, sensor de temperatura y pines machos); la computadora, $150 pesos (un arduino pro mini y pines machos); cumplimiento de la misión, $5,180 pesos (sensores de oxígeno y de dióxido de carbono, nuevos en el mercado); potencia, $1,365 pesos entre todos sus componentes. En el diseño del paracaídas, figuras 2 y 3 (todas las figuras y tablas que aparecen en este trabajo son elaboración de

Figura 2. Diseño del paracaídas de prueba.

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JORDAN SOMBRERERO ESPINOZA ET. AL.

los autores), se contempló la forma del mismo, de manera circular, se tuvo en cuenta el material para desarrollarlo así como la velocidad de descenso. Un factor importante para el tamaño del paracaídas fue el peso máximo permitido para el cansat (355 g).

Figura 3. Colocación de hilos al paracaídas de prueba.

Figura 7. Programación de la controladora de vuelo.

Figura 8. Primer vuelo del drone.

Figura 4. Partes del drone.

Figura 9. Etapas del cansat. Figura 5. Colocación de motores.

Figura 6. Colocación de parte electrónica.

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Figura 10. Interconexión.

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SONDA ESPACIAL

En el armado del drone (figuras 4 a 8) se realizó desde cero, para ello se tomó un curso básico de electrónica. Las etapas del cansat fueron desarrolladas de acuerdo a las necesidades de la misión. En las figuras 9 y 10 se muestra el bosquejo de fabricación. Para las pruebas, los materiales adquiridos se inspeccionaron de manera precisa para cerciorarse de su buen funcionamiento, para lo cual se tuvo en cuenta el correcto voltaje, conectividad y resistencia de cada uno. Para el diseño de las placas se empleó el software “Ares Proteus”, para un mejor diseño de las etapas de electrónica, así como para tener el correcto tamaño y diseño, según las necesidades del cansat. Para la programación se utilizó el software arduino, puesto que es el indicado para la programación de los componentes. Para la parte de la estación terrena se ocupó el software LabVIEW, para mostrar los datos enviados por el cansat y al mismo tiempo dichos datos serán almacenados en una base para tener concentradas fichas históricas de las mediciones. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se propuso la misión a partir de la revisión de trabajos relacionados con sondas espaciales. Fue posible observar, a través del análisis realizado, que no existen sensores en el mercado a precios accesibles para medir ciertos tipos de gases como helio y azufre. Se diseñó y construyó un paracaídas a partir del modelo matemático en el que los parámetros considerados son velocidad, peso, turbulencias y densidad del aire. Se ensambló un drone para elevar el cansat y realizar las pruebas de ascenso y descenso. Se plantea que con el paso del tiempo, el drone sea más rentable que algún otro dispositivo de ascenso.

Figura 11. Resultados de las actividades realizadas.

los enfrenta a problemáticas reales en las que se comprueba que la teoría es necesaria para realizar cualquier proyecto; de lo anterior se desprende la práctica que consta no sólo de la construcción del proyecto, sino de la aplicación que se le da al mismo. AGRADECIMIENTOS El equipo Galactics les agradece a los directivos, docentes, jefe de carrera y personas administrativas del Instituto Tecnológico Superior de Tepeaca por el granito de arena que han puesto en la realización de este proyecto. También se le agradece a la empresa “DragonFly Mexico” por su apoyo. REFERENCIAS

CONCLUSIONES

AEM. (2015). Estructura de un cansat. Consultado el 25 de agosto de 2016. http://www.educacionespacial.aem.gob.mx/cansat.html González V., M.A. (2015). La mecánica de las sondas espaciales. Consultado el 25 de Agosto de 2016. http://www.tayabeixo.org/encuentros/trabajos_xxv_ena/06_Sondas.pdf González, F.J. (2007). La tierra primitiva y su transformación en un planeta amigable: evidencias del registro geológico: rocas y minerales. Córdoba: Agencia Córdoba Ciencia. Sánchez C., A.E., et al. (2016). Picosatélites Educativos Cansat: Primer Concurso Nacional en México, CELERINET, Año 4, Vol. VII, 20-28.

Un proyecto cansat amplía los conocimientos de los estudiantes de ingeniería y enriquece su perfil de egreso. Además,

Recibido 8-8-16 Aceptado 10-9-16

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CAPTEUR-SAT Rodrigo Santiago Flores*, Homero Domínguez Barranco*, Diego Mckinnon Govela*, Alfredo Chimely Castillo*, Mario O. Meraz Espinoza* y Óscar Martínez Hernández*

RESUMEN El objetivo de este proyecto es diseñar y desarrollar un picosatélite capaz de generar gráficos estadísticos que nos permitan determinar la condición ambiental del aire. Para ello, deberá medir, recolectar y transmitir ciertos compuestos químicos presentes, como el dióxido de carbono (C02) y dióxido de nitrógeno (NO2). Adicionalmente, se tomarán algunos datos de telemetría de interés –el posicionamiento global, temperatura interna y externa, altura, orientación, presión atmosférica, entre otros– durante su lanzamiento y descenso, con intervalos de lecturas de los datos de al menos 0.5 s y recuperación del cansat. Palabras clave: picosatélite, telemetría, posicionamiento global. ABSTRACT Design and develop a picosatalite capable of measuring, gathering and transmiting certain chemical compounds in the air such as carbon dioxide (CO2) and nitrogen dioxide (NO2), with the objective of generating statistical graphics that would let us determine the environmental conditions of air. In addition, some interesting telemetry data is going to be taken for example: global positioning, internal and external temperature, height, orientation, atmospheric pressure, etc., during the launching and landing; with interval readings of data of at least 0.5 sec. to be able to obtain them. Keywords: picosatellite, telemetry, global positioning. Hoy en día, los sistemas satelitales cumplen una función importante en el ámbito científico y tecnológico. Dentro de sus aplicaciones, se encuentra la captura de datos para medir las variables presentes en un entorno y así poder analizar su interacción en un espacio bajo condiciones específicas. El estado del aire y de la atmósfera son factores de vital importancia para el bienestar del ser humano. Desafortunadamente, estos dos aspectos no son tomados en cuenta, a pesar de

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que actualmente los niveles de contaminación son demasiado altos en algunas zonas, lo que puede perjudicar la salud de las personas que se encuentren en contacto directo. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO La realización del Capteur-sat surge de la necesidad de implementar una alternativa para medir las variables más sobresalientes de la calidad del aire. De tal manera que al calcular estas características, se intentará determinar si el área de estudio representa un riesgo para la salud del ser humano; cabe mencionar que en la zona sur de Tamaulipas existen indicadores de que el aire presenta índices elevados de factores contaminantes. También se intenta, con este proyecto, fomentar en el estado el desarrollo de la tecnología aeroespacial con aplicaciones útiles en otros sectores de interés. OBJETIVO DE LA MISIÓN El objetivo es diseñar y desarrollar un cansat capaz de medir el nivel de ciertos compuestos químicos presentes en el aire, como el dióxido de carbono (C02), dióxido de nitrógeno (NO2) y humo, por mencionar algunos. Con el fin de construir gráficos estadísticos que permitan analizar los datos obtenidos de una manera sencilla. Adicionalmente, se tomará telemetría del instrumento: datos de GPS, temperatura, altura, orientación y presión atmosférica. Éxito mínimo: envío de datos de telemetría durante el ascenso y descenso entre el cansat y la estación terrena. Éxito medio: envío de datos de telemetría y de C02, NO2 y humo; muestreo durante el lanzamiento y descenso cada ½ s. Éxito máximo: lograr los dos objetivos de éxito anteriores; además, desplegar la información gráficamente en un ordenador (estación terrena) y recuperar el cansat. * Universidad Tecnológica de Altamira. Contacto: oscar_mtz13@hotmail.com

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CAPTEUR-SAT

REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN

DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO

Tabla I. Requerimientos de la misión. Requerimientos del sistema Dimensión de una lata de 355 mL. Antena con diámetro menor al de la lata. Peso máximo de 355 g. Alimentación por baterías. Contar con interruptor principal. Sistema de recuperación (paracaídas).

Arquitectura del sistema cansat

Requerimientos del subsistema Temperatura interna y externa. Presión. Humedad relativa. Altitud. Longitud. Nivel de batería. Vibración. Aceleración. Fotografía/video.

Figura 3. Arquitectura del sistema Capteur-sat.

GESTIÓN DEL PROYECTO

Distribución de masa

Descripción general del proyecto Capteur-sat

Masa total: 140 gramos.

En la figura 1 se muestra el diagrama para la implementación y desarrollo de este proyecto (todas las figuras y tablas de este trabajo son obra de los autores). La figura 2 muestra el organigrama de cada una de las actividades realizadas por cada integrante del equipo.

Figura 1. Diagrama de operación del proyecto Capteur-sat.

Figura 4. Distribución de masa del Capteur-sat.

Balance de consumo de energía estimado

Tabla II. Distribución de consumo de energía.

Figura 2. Organigrama de actividades realizadas por los integrantes del proyecto.

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RODRIGO SANTIAGO FLORES ET. AL.

La fuente de alimentación para los componentes del cansat será mediante una batería de litio de 5 V de 2000 mAh, la cual tiene una duración de 35 min de carga, el tiempo suficiente para poder realizar la misión. La figura 5 muestra un diagrama del suministro de energía de las baterías para cada subsistema.

Estos componentes son lo que se tienen actualmente, se pretende poner en funcionamiento otros sensores. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Antes de encapsular el cansat se realizó un diseño en 3D de la lata con el software Solid Work como se observa en la figura 7.

Figura 5. Diagrama del subsistema de energía.

Integración de subsistemas

Figura 7. Diseño en Solid Work de la lata.

Los subsistemas de Capteur-sat quedan distribuidas en tres etapas importantes: entradas, procesamiento de datos y salidas.

Con la ayuda de una impresora en 3D el diseño en Solid Work fue impreso con material TPA (figura 8).

Figura 6. Integración de subsistemas del Capteur-sat.

Tabla III. Estimación de costos. Figura 8. Máquina impresora en 3D.

Una vez impresa nuestra lata, se procedió a implementar los circuitos en tablillas para la conexión y distribución de los dispositivos, para poder encapsularlos de la mejor manera. La figura 9 muestra la estructura final del cansat.

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CAPTEUR-SAT

Figura 9. Estructura final del Capteur-sat.

Figura 12. Visualización de los datos de vibración del picosatélite Capteur-sat.

CONCLUSIONES Después de ordenar todo, se procedió a implementar la interfaz de visualización de datos en un panel de instrumentación virtual diseñado en el software de LabVIEW. Como se muestra en la figura 10.

Figura 10. Panel de instrumentación virtual en LabVIEW.

De tal manera que los datos enviados del Capteur-sat a través del procesamiento de los mismos por nuestra computadora de vuelo son recibidos mediante comunicación inalámbrica con protocolo IEE 802.15.4 en los dispositivos Xbee Pro S3 al desplegar los datos que aparecen en la figura 11 (Naylamp Mechatronics, 2015a y 2015b).

Aunque los valores obtenidos hasta el momento con el cansat no arrojan datos claros para determinar en qué cantidad se encuentran los contaminantes en el ambiente, nos ayuda a entender que nuestros dispositivos funcionan y con la asesoría adecuada poder determinar la afectación de interés. Por lo anterior, trabajaremos en el análisis de los datos, además de adherir o cambiar algunos componentes para cubrir la mayoría de las variables solicitadas en el concurso. El desarrollo de este cansat permite a la zona sur de Tamaulipas una alternativa para evaluar las variables más importantes para la medición de la calidad del aire. Además, brinda la oportunidad a abrir nuevos tópicos de investigación en la zona donde el mayor peso académico está estrechamente relacionado al área petroquímica e industrial. AGRADECIMIENTOS Agradecemos al rector y al coordinador de ingeniería mecatrónica de la UT de Altamira por todo el apoyo y las facilidades dadas en el desarrollo de este proyecto. Asimismo, al M.C.I.E Óscar Martínez por los consejos dados en cada etapa desarrollada. REFERENCIAS

Figura 11. Visualización de la variable temperatura del picosatélite Capteur-sat.

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Agencia Espacial Mexicana. (2014). Material de enseñanza del Curso Nacional de Ingeniería en Sistemas Espaciales aplicado a una misión Cansat, del 8 al 12 de diciembre de 2014, Universidad Autónoma de Querétaro, Querétaro. Agencia Espacial Mexicana. (2015). Estructura de un cansat. Consultado el 17 de noviembre de 2015. http://www.educacion espacial.aem. gob.mx/cansat.html

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RODRIGO SANTIAGO FLORES ET. AL.

Carrasco D., R., y Vázquez H., S. (2014). Nanosatélite basado en microcontroladores PIC: cansat, 3er. Congreso Virtual, microcontroladores y sus aplicaciones, Cuba. Hangar. (2012). Arduino + Xbee; primeros pasos. Consultado el 10 de agosto de 2016. https://hangar.org/webnou/wp-content/uploads/2012/01/ arduino-xbee-primeros-pasos.pdf Hetpro. (2015). GPS Ublox: NEO-6M módulo GPS con MATLAB por USB. Consultado el 20 de noviembre de 2015. https://hetpro-store. com/TUTORIALES/gps-ublox-neo-6m-modulo-con-matlab/ Naylamp Mechatronics. (2015a). Configuración del módulo bluetooth HC-06 usando comandos AT. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http://www.naylampmechatronics.com/blog/15_Configuraci %C3%B3n—del-m%C3%B3dulo-bluetooth-HC-06-usa.html Naylamp Mechatronics. (2015b). Tutorial sensor de temperatura y humedad DHT11 y DHT22. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http:// www.naylampmechatronics.com/blog/40_Tutorial-sensor-de-temperatura-y-humedad-DHT1.html Naylamp Mechatronics. (2015c). Tutorial sensor de presión barométrica BMP180. Consultado el 20 de noviembre de 2015. http://www. naylampmechatronics.com/blog/43_Tutorial-sensor-de-presi%C3%B3n-barom%C3%A9trica-BMP180.html

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IGNICIÓN 2.0 Juan Julio César Campas Buitimea*, Gustavo Adolfo Castillón Ramírez*, German Garzón Manjarrez*, Erick Alberto Méndez Mendoza*, Christian Arturo Saavedra Ceballos* y Silvia Karina Reyes Lio*

­RESUMEN Se diseñó un cansat que actuará como sonda y que, con ayuda de sensores y un arduino, recolectará diversos parámetros relativos a las condiciones para la vida en ambientes aún no habitados. Posterior a la recolección y el descenso se publicará una base de datos en una página web de acceso público para aquellos interesados en dicha información. El cansat debe ser capaz de soportar las condiciones del lugar de aterrizaje hasta el momento de recuperación, por lo que se apoyará de celdas solares para suministrar energía a la batería. Palabras clave: cansat, base de datos, sensores.

ABSTRACT We will send a CanSat that will act as a probe and, using sensors and a micro controller, we will collect various parameters relating to the conditions for life in uninhabited environments. After collecting information and the descent, database will be generated and posted on a publicly accessible webpage for those interested in this information. The CanSat must be able to withstand the conditions of its landing until its recovery, so it will build solar cells to supply power to the battery. Keywords: CanSat, database, sensors. Un cansat es un picosatélite del tamaño de una lata de 355 mL con capacidad de recopilar datos relativos a su ubicación, para posteriormente ser transmitidos a una estación terrestre donde serán monitoreados por medio de una interfaz gráfica. Las misiones tienen un propósito académico, son llamados “satélites” pero no se encuentran orbitando alrededor de la Tierra. Los cansat se elevan a una altura previamente establecida (por medio de un globo aerostático, un drone, etcétera) para posteriormente ser liberados; cuentan con un sistema de recuperación, un paracaídas, para reducir el impacto sobre

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la superficie terrestre al momento del aterrizaje (Sánchez et al., 2016). Todos estos procedimientos tienen la intención de simular a un verdadero satélite. Los satélites cansat se caracterizan por su volumen y zona de operación, mientras que se categorizan por el enfoque de su misión. El primer tipo de misión es de telemetría, y se encarga específicamente de recolectar y transmitir información en tiempo real a una estación terrena para ser procesada y monitoreada según la misión específica del equipo (UANL et al., 2016). El segundo tipo de misión es el de comeback, cuyo objetivo es manufacturar un cansat de telemetría y, además, diseñar e implementar un vehículo tipo Rover, que permita regresar el cansat al punto de partida (UNAM, 2015). Gracias a la simplicidad y al bajo costo de realización, comparado con otro tipo de proyectos espaciales, el cansat es una excelente oportunidad para los estudiantes para iniciarse en el campo aeroespacial, en donde se ponen a prueba diferentes competencias como el diseño y ensamblaje en placas con circuitos impresos (PCB), la programación en diferentes lenguajes, la estructuración e integración de sistemas, el manejo de distintos protocolos de comunicación, así como la implementación de bases de datos y, por supuesto, el trabajo en equipo. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO Tanto el conocimiento teórico como su aplicación, suelen ser vitales para el crecimiento académico y profesional. Como jóvenes estudiantes nos motiva la experiencia que ofrece participar en actividades que incluyen el desarrollo de trabajo individual al momento de la generación de subsistemas que, posteriormente, pasarán a formar un único sistema como

* Instituto Tecnológico de Nogales. Contacto: karinareyeslio@hotmail.com

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IGNICIÓN 2.0

resultado de la comunicación y confianza que caracterizan el trabajo en equipo.

GESTIÓN DEL PROYECTO Existe una serie de actividades que se deben llevar a cabo para la construcción e implementación de un cansat.

OBJETIVO DE LA MISIÓN El objetivo es determinar si un cansat tiene la capacidad de ejecutar una exploración del medio ambiente en Marte. La finalidad es adquirir datos que ayuden a evaluar si determinadas zonas pueden ser consideradas como hábitat favorable para el desarrollo de misiones tripuladas. Éxito mínimo: elevar el cansat a una altura de 400 m, liberarlo y evitar el desplome del dispositivo. Éxito medio: adquirir las lecturas de todos los sensores (carga útil) en tiempo real, recuperar el cansat y que continúe siendo funcional. Éxito completo: graficar los datos en Labview para generar una base de datos, así como el video capturado por la cámara y la integridad del satélite al recuperarlo.

1. Adquirir los componentes necesarios. 2. Diseñar una placa PCB para montar los componentes. 3. Concluir el software que controlará los dispositivos/ sensores. 4. Diseñar la estructura mecánica. 5. Ensamblar la placa PCB en la estructura mecánica. 6. Realizar las pruebas necesarias para validar la funcionalidad del satélite. Dichas actividades fueron asumidas por los miembros del equipo y la relación se muestra a continuación. DESGLOSE DE TAREAS

REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN Tabla I. Requerimientos de la misión.

Requerimientos del sistema Comunicación entre sensores, GPS, cámara, Xbee y arduino.

Tabla II. Desglose de tareas de los integrantes del equipo.

Arduino y cámara funcionando correctamente.

Requerimientos del subsistema 1. Comunicación: tarjetas Xbee funcionando correctamente. 2. Computadora: procesamiento de los datos. 1. Computadora: enviar comandos a la cámara para que ésta se active.

Metas

Los datos deben transmitirse a la estación terrena en todo momento.

1. Misión: funcionamiento ininterrumpido de los sensores.

Generación de base de datos vía labview.

Autonomía de la batería.

1. Comunicación y computadora: envió de coordenadas a la estación terrena.

Recuperar la sonda sin daños.

Comunicación entre cansat y estación terrena.

Equipo Ignición Integrante Erick Méndez

Etapa / Sección Apoyo general en subsistemas. Pruebas de validación.

Inicialización de la cámara.

En la tabla I (todas las figuras y tablas son elaboración de los autores) no se especifica el subsistema de energía ya que es un requerimiento fundamental que el sistema esté alimentado en todo momento para cumplir con todas las metas.

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Christian Saavedra

Estación terrena.

Gustavo Castillón

Estructura mecánica.

Juan Campas

Software del cansat.

Germán Garzón

Diseño del PCB e integración de los sensores/dispositivos.

DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO El costo total del proyecto asciende a $4 860 pesos, la tabla III muestra las características de los componentes empleados en cada subsistema, así como todos los aditamentos (pines, PCB, cargador de batería, sockets, etcétera) necesarios para una correcta funcionalidad del satélite.

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JUAN JULIO CÉSAR CAMPAS BUITIMEA ET. AL.

Tabla III. Tabla de componentes y márgenes por subsistema.

Subsistema Computadora

Componente Arduino nano Batería Celdas solares (4) Interruptor Energía Ublox NEO-6M XBEE PRO S2B (2) Transistor NPN Comunicación GY80 Cámara SW 420 Misión MQ-135 (carga útil) VEML 6070 HTU21D OMRON 62C1 Total

Masa(g) 5 45

Costo $67 $220

12 2

$120 $7

20

$256

9 0.1 30 13 5 10 6 8 0.54 166

$2 240 $1 $485 $475 $20 $34 $92 $62 $75 $4 154

Subsistema de computadora de vuelo La computadora de vuelo es un arduino nano, el cual es programado en lenguaje C y controla todos los sensores y dispositivos que conforman el cansat. Requerimientos 1. Funcionamiento correcto de la placa arduino. Subsistema de energía

Figura 1. Subsistema de energía.

Subsistema de comunicaciones El cansat está equipado con dos dispositivos principales que ayudarán a transmitir los datos obtenidos por la carga útil, estos dispositivos son, en primer lugar, un módulo GPS conectado a la computadora principal (arduino) que se encargará de recibir las coordenadas del GPS por el Pin Rx y mediante el pin TX; del mismo microcontrolador se enviarán los datos a través de una tarjeta Xbee Pro S2B directo a la estación terrena –la tarjeta Xbee se activa por medio de transistor NPN (figura 2).

El cansat está alimentado principalmente por una pila de litio de 7.4 V a la cual se le han implementado celdas solares que le permitirán autosustentarse. La batería suministra energía a la placa arduino que se encarga de alimentar todos los subsistemas y circuitería que necesite voltajes de 5 V (por medio de un regulador que ya tiene integrado), para los sensores que se alimentan con 3.3 V está implementado un regulador de voltaje externo (figura 1). Requerimientos 1. Todos los componentes serán alimentados por una batería. 2. El sistema debe contener celdas solares. 3. La alimentación de los sensores debe ser de 3.3 y 5 volts.

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Figura 2. Subsistema de comunicación.

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IGNICIÓN 2.0

Requerimientos 1. Enviar los datos adquiridos por la carga útil a la estación terrena. 2. Correcto funcionamiento del módulo GPS. Subsistema de la misión (carga útil) Este subsistema es el encargado de recaudar todos los datos durante el tiempo de vuelo del cansat (UNAM, 2015) ya que contiene el integrado GY-80, para medir temperatura interna, presión atmosférica y altitud sobre el nivel del mar; el integrado HTU21D para medir la temperatura externa del satélite, así como la humedad relativa; el sensor VEML 6070 que mide la radiación UV; el sensor MQ-135 que se encarga de monitorear la calidad del aire y finalmente un relevador de estado sólido por medio del cual se activa la cámara y se inicializa la captura de audio y video (figura 3).

Figura 3. Subsistema de la misión.

Estación terrena La estación terrena es la plataforma encargada de recibir, monitorear y almacenar los datos enviados por el cansat y se compone de una tarjeta Xbee PRO S2B y una computadora.

1. Prueba de vibración: consta en agitar el cansat de manera reiterada y agresiva con el fin de comprobar qué tan fijos están los componentes del sistema. 2. Prueba de fuerza centrífuga: se gira el satélite a una gran velocidad. 3. Prueba de impacto secundario: consiste en golpear la base donde se sitúa el cansat para generar perturbaciones. 4. Prueba de impacto directo: el cansat soporta el golpe contra el suelo derivado de una caída libre a una altura de 10 m. 5. Prueba del paracaídas: comprobar que el paracaídas se abre a tiempo evitando el desplome del satélite. 6. Prueba de la cámara: asegura que se ha grabado el video durante el tiempo de vuelo. Todas las pruebas fueron superadas con éxito dado que el satélite no perdió comunicación ni dejó de transmitir los datos en ningún momento, por lo tanto, a pesar de las diversas perturbaciones que podría sufrir el dispositivo, e incluso el impacto con el suelo a la hora del descenso, éste se mantiene en óptimas condiciones y completamente funcional. A continuación se muestran las gráficas de ciertos parámetros transmitidos en tiempo de vuelo del satélite y un fragmento de la base de datos que se creó en Microsoft Access en una de las pruebas realizadas. CONCLUSIONES El crear una estructura mecánica es un reto puesto que todos los sensores y dispositivos deben entrar en la lata, permanecer estáticos y operar al mismo tiempo, además de ofrecer una protección ante posibles perturbaciones.

Temperatura del cansat ( ℃)

1. Antena Xbee con alcance mínimo de 400 m de distancia. 2. La transmisión no debe tener interferencia. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para comprobar que el satélite es capaz de cumplir con su misión, se debe someter a diversas pruebas estando en funcionamiento, las cuales son descritas a continuación:

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Grados

Requerimientos

45 40 35 30 0

50

100

150

200

250

Segundos Figura 4. Temperatura monitoreada en tiempo de vuelo.

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JUAN JULIO CÉSAR CAMPAS BUITIMEA ET. AL.

Tabla IV. Fragmento de la base de datos generada en la estación terrena con los datos enviados por el cansat durante el tiempo de vuelo.

Altura sobre el nivel del mar (M) 500

Metros

450 400

El Proyecto Ignición

350 300 250 130

150

170

Tiempo

190

210

230

Figura 5. Altura sobre el nivel del mar monitoreada en tiempo de vuelo.

Porcentaje

Humedad relativa (%) 25 20 15 0

50

100

150

200

250

Tiempo Figura 6. Humedad relativa monitoreada en tiempo de vuelo.

Presión

Presión atmosférica (Pa) 98000 97500 97000 96500 96000 95500 120

170

220

Segundos Figura 7. Presión atmosférica monitoreada en tiempo de vuelo.

Los sensores que presentaron problemas fueron el GPS y el sensor de humedad, ya que al demandar más corriente al regulador de 3.3 V, el voltaje disminuía causando que sus lecturas fueran incorrectas o nulas, además de que el módulo GPS sufría la incapacidad de mandar las coordenadas a la placa arduino; después de una ardua búsqueda se encontró que el pin RX del módulo GPS debe ir conectado a un pin digital del arduino de modo que éste funcione como un TX, por lo que la solución fue utilizar el pin 6 digital del arduino como TX y

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Temperatura

Humedad (%)

Presión (Pa)

Altura

37.5

21.3

97205

348.81

37.5

20.5

97108

358.37

37.5

20.4

96980

368.72

37.5

20.4

96888

376.83

37.6

19.9

96797

384.52

37.6

19.9

96801

383.39

37.6

19.9

96769

386.07

37.6

19.9

96749

388.58

37.6

20.3

96667

391.17

37.6

20.3

96583

400.08

37.5

20.2

96529

407.26

37.6

20.2

96304

426.51

el pin 5 digital como un RX y así conectar el terminal TX del GPS al pin 5 y el RX al pin 6. Decidimos hacer una relación entre una base de datos en Access y el monitoreo de parámetros en LabView, de forma que todos los valores medidos se almacenaran en dicha base. Finalmente, logramos que todos los subsistemas funcionaran en armonía y dimos por concluido nuestro cansat. Se puede decir que gracias al coste de realización moderado, poco tiempo de preparación y simplicidad en comparación con otros proyectos espaciales, este concepto es una excelente oportunidad para estudiantes de dar los primeros pasos en materia espacial. Son los estudiantes quienes se encargan de seleccionar la manera en la que van a realizar su misión, diseñar el cansat, integrar los componentes, comprobar el correcto funcionamiento, preparar el lanzamiento, analizar los datos y organizarse como equipo distribuyendo la carga de trabajo. Se trata en definitiva de una reproducción a escala del proceso de diseño, creación y lanzamiento de un satélite real. Por otra parte, fuera de los logros educativos que pueda brindar el proyecto, el otro motivo por el cual la realización del cansat logra ser oportuna es la exploración, ya que gracias a la telemetría se pueden recolectar y transmitir datos de vuelo en

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IGNICIÓN 2.0

tiempo real, lo cual lo hace un dispositivo idóneo para investigar otros planetas, desde la órbita hasta la superficie terrestre. Midiendo diferentes variables como la presión del aire y el porcentaje de oxígeno, es posible construir una imagen de la historia del terreno, además de que se puede ejecutar la misión en diferentes partes y abarcar un terreno más amplio en menos tiempo. AGRADECIMIENTOS A UNISEC-México, así como a la UANL por realizar este tipo de concursos y no dejar que muera esa pasión por la tecnología y las misiones espaciales. Al ITN por ser la institución que nos da las herramientas para competir.

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REFERENCIAS Sánchez C., Á.E., et al. (2016). Picosatélites educativos cansat: Primer Concurso Nacional en México. Celerinet, Año 4, Vol. VII. 20-28. UANL, et al. (2016). 2° Concurso Nacional de Ppicosatélites Educativos Cansat. Consultado el 19 de agosto de 2016. http://concursoscansat. com/documentos/cansat2016/Convocatoria_2do_Concurso_CanSat%202016.pdf UNAM. (2015). Manual cansat. Consultado el 19 agosto de 2016. http:// rue.unam.mx/Eventos/Realizados/CANSAT_II/Manual_Cansat_RUE_AEM.pdf Recibido 8-8-16 Aceptado 10-9-16

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KANZAT Gerardo Antonio Lira Ibarra*, Luis Ángel Ávalos De La Cruz*, José Guadalupe Nava Zavala*, Darío Manuel Zúñiga Rosales* y José Santos Tienda Bazaldúa*

­RESUMEN Con la innovación en la tecnología enfocada en el estudio del espacio, surgieron los satélites artificiales clasificados en categorías. En una de ellas, en los llamados picosatélites, se encuentran unos dispositivos, de índole educativa, llamados cansat. Éstos buscan atraer a las personas con gusto por la ciencia y la tecnología, y darles una introducción de lo que implica una misión espacial en un satélite real. Integran diferentes elementos electrónicos, lenguajes de programación, sistemas de comunicaciones y estudios en la aerodinámica de los cuerpos que posibilitan su función educativa. Palabras clave: satélites artificiales, picosatélites, cansat, misión espacial. ABSTRACT With innovation in technologies focused on the study of space, artificial satellites have come about that are classified into different categories. One of them is the Picosatellite which includes devices that are educational in nature called CanSat, seeking to attract people with interest in science and technology. It gives them an introduction to what a space mission in a real satellite is like, integrating different electronics, programming languages, communication systems and studies in the aerodynamics of the bodies that help perform an educational satellite. Keywords: artificial satellites, picosatellite, CanSat, space mission. En la actualidad, cuando hablamos de sistemas aeroespaciales es muy común pasar por alto los satélites, los cuales tienen una gran participación en el desarrollo tecnológico de las agencias espaciales, en industrias enfocadas a temas del espacio e incluso en instituciones educativas; los satélites pueden ser usados para un amplio número de propósitos, como la comunicación, monitoreo del clima, observación e investigación (Walker et al., 2010).

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Los satélites cuentan con una clasificación, según su masa, la cual está relacionada directamente con los costos de lanzamiento y la órbita de operación. La categoría de menor masa es la de los picosatélites; es dentro de esta clasificación que fabricaremos un cansat. ¿QUÉ ES UN CANSAT? El cansat es un dispositivo que consiste en simular el funcionamiento de un satélite artificial (Sánchez et al., 2016), los también llamados picosat tienen un tiempo de elaboración menor y su costo de fabricación es relativamente económico, a diferencia de sus homólogos de mayor tamaño, que requieren, además, de un personal altamente calificado para construirlos. Los cansat pueden ser elaborados con componentes electrónicos comerciales y necesitan una programación sencilla que puede realizarse desde una computadora personal (Carrasco y Vázquez, 2014). Éstos no son puestos en órbita, ya que pueden ser elevados y dejados caer desde diferentes alturas por diversos medios como cohetes, globos o multirrotores. Igual que un satélite artificial, éstos cansats realizan una misión, que deben cumplir con ciertos requisitos: ser autónomos y transmitir información por telemetría hacia una estación terrena durante el descenso –que puede ser por medio de paracaídas o desplegables– (Nylund y Antonsen, 2015). Los datos que toma del medio, mientras cae, son recolectados por sensores y procesados a través de una pequeña computadora. El programa encargado de interpretar dichos datos, los envía a través de una señal de radio, que será recibida y decodificada por un elemento receptor en tierra, para finalmente darles una utilidad y cumplir con lo encomendado. Todo lo anterior debe estar confinado en una lata de refresco que no supere los 500 mL. En recientes años, se han comenzado a realizar competencias en las que no sólo involucran lo antes ya mencionado, * Universidad Autónoma de Nuevo León. Contacto: angel.colin@fcfm.uanl.mx

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KANZAT

sino también se enfocan a realizar tareas específicas innovando en la forma de realizarlas, lo que pone a prueba la creatividad de los estudiantes para resolver un problema y sus habilidades en diferentes áreas. Cabe aclarar que los satélites cansat no son un juguete, son herramientas tecnológicas que, si bien tienen fines educativos, no son fáciles de elaborar; requieren de mucho trabajo multidisciplinario, en el que se involucran áreas como electrónica, programación, diseño aeronáutico y modelado matemático, entre otras. Por esta razón, en la fabricación de un cansat se necesitan personas con diferentes disciplinas y la intervención de un asesor previamente capacitado en la confección de estos dispositivos. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO El cansat es el primer peldaño para alguien que quiere incursionar en la investigación y desarrollo satelital. Los miembros de este equipo participaron en el concurso en 2015, por lo que con la experiencia adquirida pretenden mejorar los resultados,

corregir los errores, así como implementar nuevos componentes, con el fin de obtener un lugar en las posiciones finales entre las universidades participantes. OBJETIVO DE LA MISIÓN La misión principal de nuestro proyecto, al cual denominamos Kanzat, será de telemetría. Las variables medidas por los módulos encargados de tomar lectura serán procesadas por medio de un microcontrolador y enviadas a la estación terrena mediante antenas; en esta etapa, se desarrolló un código en lenguaje gráfico. Con ello se pretende un mejor seguimiento de la misión, así como ahorrar tiempo en la elaboración de gráficas y tablas que ayuden a la interpretación de la información recibida. REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN En la tabla I se describen los requerimientos generales de la misión Kanzat.

Tabla I. Requerimientos de la misión.

Requerimientos del sistema

Comunicación

Requerimientos del subsistema Sensores Xbee *

Fotografía GSM

Desplegables

Paracaídas GPS

Detección

Sensor de temperatura

Interna

Metas Transmitir los datos generados por los sensores y la cámara fotográfica en el satélite. Transmitir el estado de la batería a la computadora a bordo. Proporcionar un descenso seguro para el satélite. Determinar la posición del satélite. Medir la temperatura dentro y fuera de la lata para asegurar el correcto funcionamiento de los componentes y conocer las condiciones meteorológicas externas.

Externa

Sensor de presión Cámara fotográfica Acelerómetro Vibración Batería Regulador de 3.3 V Alimentación

Requerimientos de la misión

Conocer la presión a la altitud a la que se encuentre el satélite. Obtener tomas fotográficas de todo el recorrido del satélite durante su descenso. Medir la aceleración del satélite durante su viaje. Poder determinar si existe una estabilidad dentro del sistema, así como las condiciones aunadas a la vibración generada durante el descenso. Alimentar el sistema durante todo el viaje. Proporcionar un voltaje estable y regulado para el correcto funcionamiento de todos los sistemas.

Capacitores

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GERARDO ANTONIO LIRA IBARRA ET. AL.

GESTIÓN DEL PROYECTO La gestión del proyecto Kanzat se muestra distribuida conforme al organigrama de la figura 1.

En las figuras 2 y 3 se muestran los subsistemas y el módulo de comunicación Xbee, antes de la integración. En la figura 4 se muestra el sistema integrado, listo para introducirlo en una lata.

Figura 2. Subsistemas del Kanzat con GSM, ADXL1335 GY-61, GPS, DHT22 y BMP180.

Figura 1. Organigrama para la gestión del proyecto.

DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO El proyecto Kanzat se compone de cuatro subsistemas y una cámara fotográfica en color, como se describe en la tabla II, todas las cantidades están expresadas en pesos mexicanos:

Figura 3. Componentes electrónicos que constituyen el Kanzat: arduino micro, arduino promini con regulador y elevador de voltaje, cámara TTL Linkspire y tarjeta XBee con lector para tarjeta SD.

Tabla II. Componentes del Kanzat.

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Elemento Modulo Gps Ublox Neo-6m Gy-gps6mv Sensor de humedad y temperatura DHT22 Sensor de presión atmosférica BMP180 Lector de batería Sim800L (GSM) Acelerómetro analógico ADXL335 GY-6 Sensor de temperatura LM35 Sensor de vibración SW420 Xbee Arduino micro

Masa 16.8 g

Descripción Lectura de la latitud y longitud

Costo $315

2.4 g

Sensor digital de temperatura y humedad.

$89

1.1 g

Rango de medición de 300 a 1100 hPa.

$95

5g

Lectura del estado de la batería

$380

1.27 g

Mide aceleración en tres ejes en un rango de +3G a-3G.

$60

1g

$28

Arduino pro-mini

2g

LinkSprite JPEG Color Camera TTL Lector micro SD

3g

Sensor de temperatura con una salida proporcional a la escala Celsius. Mide vibración y cuenta con n comparador LM393 con una salida digital. Módulos de comunicación. Computadora de vuelo con la que se procesa la información de los sensores, para su posterior transmisión por los módulos de comunicación. Procesar imágenes provenientes de la cámara y transmitir los datos por uno de los módulos Xbee. Fotografías de alta resolución.

$20

LD33V regulador de voltaje a 3.3 V Elevador de voltaje Batería Li-PO de 3.7 V

3g

Almacenar la información de medidas obtenidas por los sensores y fotografías. Proveer de un voltaje de 3.3V a los sistemas.

4g 30 g

regulador de voltaje elevador para arduino micro Suministrar energía a todos los subsistemas

$50 $100

5g 20 g 1.27 g

3g

$45 $500 $400 $78 $938

$12

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KANZAT

Para resolver la integral se hace cambio v = zv1. Ahora deshacemos el cambio y se despeja (v) en función del tiempo (t = t0) para obtener (2).

Figura 4. Integración del sistema Kanzat.

Podemos obtener la expresión de la posición de la partícula en función de la velocidad haciendo cambio de variable. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En etapa de pruebas se realizó una serie de cálculos que demuestran el funcionamiento del paracaídas, el cual fue lanzado desde una altura aproximada de 9 m en el interior de un edificio, como se muestra en la figura 5.

La ecuación del movimiento se transforma en: (3) que se puede integrar de forma inmediata.

La altitud a la cual se dejó caer en función de su velocidad de descenso v es: (4) Figura 5. Prueba de despliegue del paracaídas.

La ecuación del movimiento en el instante en que se abre el paracaídas se puede expresar de la siguiente manera.

Despejando v en la expresión anterior, obtenemos que la velocidad en la función de la posición x de la partícula sea:

(1)

(5)

Donde k es la constante de proporcionalidad según la forma del paracaídas; g es la gravedad terrestre (9.81 m/s2); v es la velocidad de descenso y m la masa total del sistema. Para resolver la ecuación 1 integramos para obtener la velocidad (v) en cualquier momento (t). Las condiciones iniciales son v0 la velocidad de la partícula en el instante t0 cuando se abre el paracaídas.

Con la velocidad de la partícula se tiene un estimado del tiempo de vuelo, posible trayectoria a expensas de los cambios atmosféricos, así como de la fuerza con la que el cansat golpea contra el suelo. Para nuestro Kanzat de masa 0.15 kg el paracaídas se abrió a los 0.55 segundos de dejarse caer, 3.3 segundos después tocó el suelo quedando en posición vertical desde una altura aproximada de 9 m. Hay que hacer la aclaración de que esta prueba se realizó en un cuarto cerrado, por lo que la velocidad de descenso cambió.

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GERARDO ANTONIO LIRA IBARRA ET. AL.

Presion [kPa]

Humedad [%] Temperatura [°C] Altura [msnm]

La prueba de integración de los sensores principales tuvimos que realizarla a nivel de suelo en un cuarto cerrado con calefacción, obteniendo con esto una serie de resultados muy satisfactorios, los cuales se muestran en la figura 6.

AGRADECIMIENTOS

484 482

Gracias a la ayuda provista por nuestros asesores, Bárbara Bermúdez Reyes y Ángel Colín, que creyeron en nosotros para realizar semejante tarea. Agradecimientos especiales a nuestros familiares y amigos que nos acompañaron en momentos de arduo trabajo y supieron apoyarnos cuando más lo ocupábamos.

480 25 24 23 22 69 66 63

REFERENCIAS

60 957.5 957.0 956.5 956.0

0

200

400

600

800

1000 1200 1400 1600

Tiempo [seg.]

Figura 6. Resultados obtenidos de temperatura, humedad, presión y aceleración.

CONCLUSIONES Hemos descrito la construcción y pruebas de funcionamiento de nuestro dispositivo Kanzat. En la realización de este proyecto nos encontramos con muchos problemas, los cuales, con

60

paciencia y perseverancia, conseguimos resolver; la realización de un trabajo como éste es muy satisfactoria cuando personas de diferentes disciplinas colaboran en equipo. De igual manera aprendimos cómo implementar sistemas de ingeniería en la realización de una tarea aeroespacial.

Carrasco D., R., y Vázquez H., S. (2014). Nanosatélite basado en microcontroladores pic: cansat, 3er. Congreso Virtual, Microcontoladores y sus Aplicaciones, Cuba. Nylund, A., y Antonsen, J. (2015). CanSat general introduction and educational advantages. Consultado el 15 de Agosto de 2016 en: https://www.narom.no/ Sánchez C., E., et al. (2016). Picosatélites educativos cansat: Primer Concurso Nacional en México. Celerinet, Año 4, Vol. VII, 20-28. Twiggs, R., (1998). University Space System Symposium (USSS), Hawaii, USA. Walker, R., et al. (2010). ESA Hands-on Space Education Project Activities for University Students: Attracting and Training the Next Generation of Space Engineers, IEEE EDUCON. Education Engineering. 1699-1708. Recibido 8-8-16 Aceptado 10-9-16

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ICARUS Óscar Martínez Hernández, Noel del Ángel Polanco*, Eril A. Paulín Rodríguez*, Pablo Nieto Martínez*, Eliu Benítez Hernández* y Ricardo Castillo Pérez* ­RESUMEN El objetivo de este proyecto es diseñar y construir un picosatélite cansat que pueda ser capaz de recolectar y transmitir datos de telemetría y posicionamiento global a una estación terrena móvil dentro de un smartphone, combinando algunas de las tecnologías que son aplicadas en comunicación inalámbrica (Zigbee y wifi). Se pretende que los datos de interés (presión, temperatura, humedad, posicionamiento global, etcétera) sean desplegados gráficamente en la aplicación móvil durante el lanzamiento y descenso del cansat, con intervalos de lecturas de los datos de al menos 0.5 segundos. Otro objetivo del proyecto es la recuperación del cansat después del lanzamiento. Palabras clave: picosatélite, cansat, smartphone, wifi. ABSTRACT Design and build a CanSat Picosatellite able to receive and broadcast Telemetry and Global positioning data to a mobile station inside a Smartphone, along with ZigBee and Wi-Fi which are applied technologies for wireless communication so the device will be able to display graphically in a mobile app important data (Pressure, Temperature, Humidity, Global Positioning, etc.) during the launch and landing of the Can Sat, with data reading lapses of at least 0.5 seconds, as well as the recovery of the device. Keywords: Picosatellite, CanSat, Smartphone, wi-fi. Este cansat trabaja con los requerimientos necesarios para el envío de datos de telemetría y posicionamiento global (GPS). El segmento de vuelo está constituido por una computadora de vuelo que utiliza un microcontrolador ESP8266 encapsulado en una tablilla compacta denominada ESP12-Q, a la cual se le incorpora un GPS, el sensor BMP180 y otros dispositivos para procesar los datos y obtener los valores de posicionamiento global, temperatura interna y externa, presión, latitud y altitud relativa –como lo haría un satélite convencional– (Walker et al., 2010).

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La estación terrena ha sido diseñada y desarrollada a través de una aplicación móvil, la cual despliega, en tiempo real, los datos recopilados del cansat en un smartphone o PC, con esto se logra un despliegue de datos más amigable, ágil y versátil. La aplicación ha sido desarrollada con tecnología web; para poder hacerla llegar a su destino combina la transferencia de datos entre tres protocolos de comunicación inalámbrica: Zigbee (IEEE 802.15.4), transmisión de video de 5.8 GHz y wifi (Domoprac, 2016; Pluralsigth, 2016). MOTIVACIÓN DEL PROYECTO El motivo para el desarrollo de este cansat, esencialmente, es que en la zona sur de Tamaulipas, compuesta por las ciudades de Tampico, Madero y Altamira, los temas relacionados con la tecnología espacial son escasos, y el peso académico de la mayoría de las líneas de investigación está estrechamente relacionado al área petroquímica e industrial. Otras motivaciones son el reto para combinar varias tecnologías típicas para la transmisión de datos de forma inalámbrica, con el uso de los protocolos Zigbee (IEEE 802.15.4) y wifi. Así como programar y diseñar nuestra propia estación terrena mediante el software Node.js e IONIC (Nómadas electrónicos, 2015), para crear una aplicación capaz de representar los datos de telemetría del cansat en cualquier dispositivo, en cualquier parte del mundo, por medio de internet, ya sea una PC o un smartphone, como lo hiciera cualquier estación terrena. OBJETIVO DE LA MISIÓN Desarrollar una aplicación móvil que cumpla las características de una estación terrena capaz de representar los datos de telemetría y posicionamiento global transmitidos de un cansat al combinar varias tecnologías de comunicación inalámbrica. Éxito mínimo: trasmisión de datos entre el cansat y la esta* Instituto de Estudios Superiores de Tamaulipas. Contacto: oscar.martinez@iest.edu.mx

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ÓSCAR MARTÍNEZ HERNÁNDEZ, NOEL DEL ÁNGEL POLANCO, ERIL A. PAULÍN RODRÍGUEZ, PABLO NIETO MARTÍNEZ, ELIU BENÍTEZ HERNÁNDEZ, RICARDO CASTILLO PÉREZ

ción terrena cada segundo y transmisión de video a estación terrena. Éxito medio: retransmitir y procesar datos durante el lanzamiento y descenso de 1/2 segundo por muestreo. Éxito máximo: envío y procesamiento de información entre los protocolos de comunicación inalámbrica Zigbee y wifi desplegados gráficamente en la aplicación móvil y en el ordenador usados como estación terrena durante el lanzamiento y descenso del cansat, y recuperación del mismo.

y para ello se siguió el diagrama de operación de nuestro dispositivo que se muestra en la figura 1.

REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN DE TELEMETRÍA La misión debe cumplir con los requisitos que se detallan en la tabla I (las tablas y figuras en este trabajo fueron realizadas por los autores). GESTIÓN DEL PROYECTO Para poder lograr el funcionamiento del sistema Icarus se requiere el manejo de diferentes protocolos de comunicación

Figura 1. Diagrama de Operación de Icarus.

Tabla I. Requerimientos de la misión. Requerimientos del sistema Dimensiones del cansat Antenas de transmisión de datos Transmisión de información Tiempo de transmisión de información

Requerimientos del subsistema Todos los componentes no deben exceder el diámetro interno de una lata de refresco (menor a 6.5 cm). Ni el peso estipulado para la misión. Uso de antenas para lograr aumentar el alcance de transmisión/ recepción. La transmisión de los datos del cansat a la estación terrena se realizará por medio de un Xbee SPRO, con excepción de la transmisión de imagen que se realizará por medio de un módulo TBS UNIFY PRO. La computadora de vuelo deberá ser un dispositivo capaz de manejar los protocolos de comunicación: UART, I2C y SPI de forma rápida y segura.

Metas Todos los componentes del cansat deben caber dentro de una lata de refresco de 355 mL y con una masa igual o menor a 355 g. Serán montadas al exterior y el diámetro deberá ser menor que el de la lata.

El cansat únicamente es el transmisor y la estación terrena es el receptor.

Cada 0.25 segundos el cansat enviará telemetría a la estación terrena.

Suministro de energía

Características técnicas de los sensores, computadora de vuelo, y GPS. Deberán operar a un mismo nivel de voltaje y que no rebase los 2400 mAh en modo operación.

Proporcionado por baterías de litio. Con fácil acceso para ser reemplazadas en caso de ser necesario.

Interruptor de encendido

Las señales proporcionadas por cada dispositivo de acuerdo a la variable medida deberán ser compatibles con la computadora de vuelo.

El interruptor principal deberá ser colocado en un lugar accesible.

Mecanismo de descenso aerodinámico

El descenso no debe ser en caída libre.

Velocidad de descenso limitada Alcance de recepción de datos

62

Hacer uso de paracaídas. Y se contempla fuera del volumen del cansat.

Entre 5 y 12 m/s. Distancia de transmisión de datos.

Entre los 400 y 500 m en línea recta.

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ICARUS

DESGLOSE DE ACTIVIDADES DE LOS INTEGRANTES DEL EQUIPO En la figura 2 se muestra el organigrama de cada una de las actividades necesarias para el desarrollo de este proyecto.

Lista de componentes en cada subsistema El proyecto está dividido en varios subsistemas cada uno, con un determinado conjunto de componentes. En la tabla II se muestra una lista de componentes. Tabla II. Lista de componentes y utilidad. Subsistema Componente Modelo Computadora de vuelo

Energía

ESP8266

Procesamiento de datos

ESP12-Q

Batería de li-ion Li-ion 14500

Transmisión y recepción de datos Transmitir video en tiempo real Aumento de alcance

Receptor de video

HC-06

Recepción de datos

GPS

Ublox 6

Unidad de medición barométrica

BMP180

Giroscopio / Acelerómetro

MPU6050

Transmisor de video Antenas

Comunicación

Proporcionar energía al cansat

XBee PRO S3B TBS Unify Pro RPSMA

Transmisor de datos / receptor

Figura 2. Organigrama del proyecto.

DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO

Utilidad

Misión (carga útil)

Adquisición de datos de altitud, longitud, latitud, etcétera Adquisición de datos de temperatura, presión y altura

Para la medición de vibraciones Enviar imágenes FAT SHARK Camara CMOS de alta definición CMOS 700v2 en tiempo real

Arquitectura del sistema cansat

Tabla III. Distribución de masa de cada componente.

Figura 3. Arquitectura del sistema cansat.

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

Componente

Peso unitario

Dimensiones (mm)

Fenólicas

5g

30 X 50

GPS ublox m6

18 g

35 x 25 x 10

ESP12

5g

45 x 18

Bmp 180

1g

21 x 18

Xbee pro S3B

15g

61 x 52

Lata

25 g

6.5 diámetro

Baterías

30 g

33 x 16

Video TX

5g

17 x 24 x 4

Antenas

27 g

198 x 13

Dht22

2.5g

15 x 22 x 7.7

Cámara

33g

15*15*25

Estructura

155g

-

63


ÓSCAR MARTÍNEZ HERNÁNDEZ, NOEL DEL ÁNGEL POLANCO, ERIL A. PAULÍN RODRÍGUEZ, PABLO NIETO MARTÍNEZ, ELIU BENÍTEZ HERNÁNDEZ, RICARDO CASTILLO PÉREZ

Distribución de masa

Integración de los subsistemas

Con base en los lineamientos del proyecto fue necesario realizar una tabla (véase tabla III) con los pesos de los componentes.

En la figura 4 se muestra un diagrama que detalla la interacción de los subsistemas que componen el proyecto.

Tabla IV. Distribución de potencia de componentes. Voltaje Componente

de

operación

(VCD)

ESP12-Q (ESP8266) Unidad de medición barométrica (bmp180)

´

Potencia

Potencia requerida

requerida

en reposo

en uso

3.0-3.6v

25 mA

25 mA + 30 mA max / pin activo

3.3-5v

--

5uA

GPS Ublox

3.3 – 6.0 V

12mA

50mA

Xbee PRO S3B

3.3-5v

240 mA

295 mA

MPU6050

3.6 -4.1 V

30-40mA

40 mA

DH22

3.3-6 V

Cámara

3.5-5v

60mAh

Video TX

5v

250-600mAh

1.5mA

Costo de cada componente Tabla V. Costos de cada componente.

Costo Cantidad (MXN)

Subsistema

Componente

Computadora de vuelo

ESP12-Q

$ 95

1

Energía

Batería de litio

$ 45

1

$1600

2

$190 $300

1 1

SUBSISTEMA CANSAT

Antena XBEE

$150

2

Transmisor de video

$1000

1

GPS Unidad de medición barométrica Giroscopio / acelerómetro

$239

1

$69

1

$58

1

Cámara

$800

1

DHT22

$90

1

Total

$5898

Se realiza la medición de las diversas variables físicas mediante el uso de sensores. Las lecturas serán colectadas por la computadora de vuelo basada en el MCU esp8266 (Nómadas electrónicos, 2015) y, posteriormente, enviadas mediante un módulo emisor Xbee (Hangar, 2012). La transmisión de video será encendida por la computadora de vuelo, pero será transmitida independientemente por una conexión directa entre la cámara y el módulo TBS Unify (Team Blacksheep, 2016).

Comunicación

Misión (carga útil)

64

Transmisor / receptor Xbee PRO S3B Regulador para Xbees Programador para Xbee

Figura 4. Interacción de subsistemas.

A continuación se explica brevemente la secuencia a seguir de cada subsistema para lograr que la misión sea exitosa.

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


ICARUS

SUBSISTEMA ESTACIÓN TERRENA Se procede a la recepción de datos mediante un módulo receptor Xbee, posteriormente se realiza el tratamiento de datos –recepción, proceso, empaquetado– en un pequeño servidor portable. También recibe los datos de video mediante un receptor análogo con pantalla y los reenvía mediante un servicio de websockets (Phoboslab, 2013). SUBSISTEMA CLIENTE PC O DISPOSITIVO MÓVIL La aplicación Icarus realizará el desempaquetado y presentación de datos numérica y gráficamente. Y estará disponible para poder acceder a los datos y video en tiempo real desde la red local, y estamos trabajando en el acceso desde Internet.

Figura 6. Gráfica de presión (hPa) contra tiempo (ms).

Debido al corto tiempo de caída sólo se tomaron tres muestras de presión (ver figura 6), que equivalen a altitudes desde 12.5 hasta un metro (si la presión a partir de la cual se mide es 1006.5hPa), como se muestra en la figura 7.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se precisó enfocar la transferencia de información en un alto muestreo del sensor MPU6050 (acelerómetro y giroscopio) (Naylamp Mechatronics, 2016), se obtenían 46 muestras por segundo de los seis ejes, como se muestra en la figura 5. En esta figura se presentan los datos de los tres ejes del acelerómetro. Son 70 muestras de cada eje a lo largo de 1520 milisegundos. Las vibraciones no parecen ser críticas, pero en algunos puntos llegan a tener altos cambios. No se aplicaron filtros. El resto de las mediciones se recibieron cada segundo (figuras 6 y 7). Debido a que la prueba fue de baja altitud se obtuvieron resultados sin cambios significativos. La prueba se realizó a 12 metros y el tiempo de caída fue de poco más de dos segundos.

Figura 5. Gráfica de aceleración (

m ) contra el tiempo en ms. s2

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

Figura 7. Gráfica de altitud (m) contra tiempo (s).

CONCLUSIONES Los resultados obtenidos nos permiten darnos cuenta que el manejo de los diferentes sistemas de comunicación inalámbrica pueden ser aplicadas a una misión cansat; con ello logramos tener el conocimiento necesario para poder utilizarla en otros campos, como la medicina espacial y la comunicación satelital, entre otros. Cabe mencionar que las conclusiones de este documento son preliminares, ya que se seguirá trabajando en el diseño de la aplicación, la distribución de componentes de cada subsistema y, por ende, en el diseño mecánico de nuestro cansat, además de adherir algunos filtros y procesamiento de datos necesarios para obtener información de mejor calidad para el análisis. Finalmente, el desarrollo de los satélites educativos cansat permite a la zona sur del estado de Tamaulipas (Tampico, Madero, Altamira) acercarse a los temas relacionados a la tecnología espacial.

65


ÓSCAR MARTÍNEZ HERNÁNDEZ, NOEL DEL ÁNGEL POLANCO, ERIL A. PAULÍN RODRÍGUEZ, PABLO NIETO MARTÍNEZ, ELIU BENÍTEZ HERNÁNDEZ, RICARDO CASTILLO PÉREZ

AGRADECIMIENTOS Agradecemos al IEST por las facilidades dadas en el desarrollo de este proyecto. Al MCIE Óscar Martínez Hernández por las asesorías brindadas en cada etapa desarrollada. REFERENCIAS Domoprac. (2016). Protocolos de red: tipos y utilidades. Consultado el 4 de agosto de 2016. http://www.domoprac.com/protocolos-de-comunicacion-y-sistemas-domoticos/protocolos-de-red-tipos-y-utilidades.html Hangar. (2012). Arduino + Xbee; primeros pasos. Consultado el 10 de agosto de 2016. https://hangar.org/webnou/wp-content/uploads/2012/01/ arduino-xbee-primeros-pasos.pdf Naylamp Mechatronics. (2016). Tutorial MPU6050, acelerometro, y giroscopio. Consultado el 11 de agosto de 2016. http://www. naylampmechatronics.com/blog/45_Tutorial-MPU6050-Aceler%C3%B3metro-y-Giroscopio.html

66

Nómadas electrónicos. (2015). ESP8266-Wifi para microcontroladores. Consultado el 4 de agosto de 2016. https://nomadaselectronicos. wordpress.com/2015/03/08/esp8266-wifi-para-microcontroladores/ Phoboslab. (2013). Html5 live video streaming via websockets. Consultado el 11 de agosto de 2016. http://phoboslab.org/log/2013/09/ html5-live-video-streaming-via-websockets Pluralsigth. (2016). How to get started with Ionic framework on Mac and Windows. Consultado el 4 de agosto de 2016. https://www. pluralsight.com/blog/softwaredevelopment/ionic-framework-onmac-and-windows Team Blacksheep. (2016). TBS Unify Pro 5G8 (HV) Video Tx. Consultado el 10 de agosto de 2016. http://www.team-blacksheep.com/tbs-unifypro-5g8-manual.pdf Walker, R., et al. (2010). ESA Hands-on Space Education Project Activities for University Students: Attracting and Training the Next Generation of Space Engineers, IEEEEDUCON, Education Engineering, 1699-1708. Recibido 8-8-16 Aceptado 10-9-16

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OLIXTEL Gerardo Carrasco Lozada*, David Emmanuel Coca Guevara*, Rafael Morales Ramírez*, Arturo Sánchez Mendoza*, Gerardo Vera Castelán* y Rosa María Martínez Galván*

RESUMEN El proyecto Olixtel está pensado para el monitoreo, envío, recibimiento e interpretación de datos relacionados con el clima, haciendo uso de herramientas como sensores de temperatura, presión, vibración, etcétera. Además, de un sistema de GPS, como primera etapa del proceso se obtendrán los datos provenientes de los sensores integrados en el cansat, los cuales se empaquetarán y serán enviados a una estación terrena a través de una red Zigbee punto a punto. Ya en tierra, los datos se interpretarán con el uso del programa Labview y se mostrarán de manera congruente y entendible para el usuario. Palabras clave: Olixtel, clima, GPS, cansat, red Zigbee. ABSTRACT The Project Olixtel is made for monitoring, transmission, reception and interpretation of data related to environment and weather with the help of tools including: temperature, altitude, pressure, vibration and acceleration sensors, as well as a GPS. In the first stage of the process the data will be obtained from the sensors that the computer on board the CanSat will then package and send to the terrestrial station though a point to point zigbee network. Once the data is received, the Labview program will interpret the data and display it in a cohesive and friendly matter in a user interface. Keywords: Olixtel, weather, GPS, CanSat, zigbee network. Los satélites artificiales, hoy en día, son de gran importancia, fueron creados como respuesta a distintos problemas que afectan al ser humano, su concepción comenzó a desarrollarse a principios del siglo XX (García, 1989). Con el tiempo se profundizó el concepto hasta que, en la segunda mitad del siglo pasado, fue posible el lanzamiento de uno. Este tipo de elementos son utilizados para las más variadas funciones, se destaca, entre ellas, la relacionada con la comunicación y la observación de la tierra para la elaboración de mapas, geoposicionamiento, etcétera (Neri, 2003).

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Las imágenes satelitales también posibilitan el estudio de distintos fenómenos meteorológicos. En efecto, gracias a imágenes es posible tener referencia del comportamiento de distintos frentes de aire, así como de la dirección que tienen grandes tormentas. Pensemos cuánto pueden significar estos elementos si predijeran el comportamiento de un huracán o un tornado (Antunes, 2012). Un cansat, por su parte, es un pequeño dispositivo electrónico del tamaño de una lata de refresco, el cual es elevado a cierta altura –gracias a globos, drones, entre otros– con el propósito de monitorear diferentes estados a su alrededor. Su misión puede variar, ya que depende totalmente de los objetivos del creador. Se espera que, dentro del proyecto de los alumnos del Instituto Tecnológico de Puebla, se cumpla con todos los requisitos como temperatura interna y externa del cansat, presión, humedad relativa, altitud, longitud, latitud, etcétera. Evitando de manera perfecta todo tipo de ruido, ya que es un factor muy importante dentro de la comunicación de nuestro cansat. MOTIVACIÓN DEL PROYECTO Desde el principio, la humanidad ha mirado hacia las estrellas, intentando entenderlas, buscando su lugar en el cosmos y a pesar de que hoy en día se sabe mucho más que hace miles de años, aún falta mucho por recorrer; esa necesidad de saber, esa curiosidad incesante que palpita a cada momento dentro del ser humano también está presente en nosotros. Cada integrante de este equipo ha soñado con hacer algo más de su vida que sólo trabajar en una empresa, a su manera, todos queremos ayudar a mejorar el mundo, a mejorar México, para eso estamos aquí.

* Instituto Tecnológico de Puebla. Contacto: rosamar_5@hotmail.com

67


KANZAT

Es una gran oportunidad realizar y competir con satélites a escala, ya que el conocimiento que se adquiere en el proceso es muy basto y la experiencia, inolvidable.

DESCRIPCIÓN FÍSICA Y ARQUITECTURA DEL PROYECTO La descripción física se detalla en el organigrama de la figura 2 y en las tablas II-IV (todas las tablas y figuras fueron elaboradas por los autores).

OBJETIVO DE LA MISIÓN El objetivo general de nuestro proyecto es comunicarnos desde un punto a otro en tiempo real (criterio de éxito mínimo), y permitir la transferencia de datos para hacer posibles las comunicaciones de sensores como presión, altitud, temperatura, etcétera; también pretende ayudar a monitorear y determinar el clima en diversas zonas de la Tierra (criterio de éxito medio). Todo esto gracias a investigación científica y con el objetivo de mejorar e innovar diseños anteriores; así como tener un excelente papel y desempeño en el concurso.

Potencia (pila)

Xbee

Arduino Mini Pro

Xbee

USB

Labview

Sensor de Humedad Sensores

GPS GY-80

Figura 2. Descripción física y arquitectura del proyecto.

REQUERIMIENTOS DE LA MISIÓN Tabla II. Peso de los componentes.

Tabla I. Requerimientos de la misión. Requerimientos del sistema Medir temperatura interna y externa del cansat. Medir presión. Medir humedad relativa. Medir altitud. Medir longitud y latitud. Medir el nivel de batería.

Medir la vibración del cansat Tomar una fotografía desde el cansat. Medir la aceleración del cansat en la misión

Requerimientos del subsistema Utilización del sensor BMP085. Utilización del sensor BMP085. Utilización del sensor DTH11. Utilización del sensor BMP085. Utilización del GPS 6MV2. Hacer uso de una entrada analógica del microcontrolador.

Metas Medir y representar la temperatura en una gráfica. Medir y representar la presión en un barómetro. Medir y representar la humedad en un barómetro. Representar la altura en una gráfica. Representar ambos en una gráfica. Representar en un voltímetro.

Utilización del sensor SEE-SEN04031P

Obtener los datos del sensor y guardarlos.

Uso de la cámara ov7670 Utilización del sensor ADXL345

Guardar la foto tomada durante la misión. Representar la aceleración en una gráfica.

Componente

Peso en gramos

Xbee

3.9

Arduino mini pro

3.7

GY-80

31

Sensor de humedad

1.1

Pila

21

Separadores de nylon

0.6

Etapa de potencia

6.4

Etapa de misión

7.2

Etapa de comunicación

14.5

Computadora

13.1

Gestión del proyecto Tabla III. Consumo de energía.

Sistema

Potencia en mWh

Computadora

15

Comunicación

12

Misión

2.3

Figura 1. Gestión del proyecto.

68

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GERARDO CARRASCO LOZADA ET. AL.

Tabla IV. Costo de los componentes. NOMBRE

PRECIO UNITARIO

CANTIDAD

4

XBee

$949

2

Base programadora para el XBee

$669

2

2 arduino miniPRO

$490

2

Arduino FIO

$370

2

GY-80

2

Cámara Ov7670

2

DHTII (Sensor de humedad)

$59

2

batería recargable Li-ion

$499

Figura 4. Sensor de vibración.

$495 VGA-

arduino

$170

(3.7V)(1000mA)(3.7Watts) 4

OMRO-62C1

$15

4

24LC256

$20

24

Separadores de nailon de 2.4 cm (espárragos)

$50

12

Tuercas de nailon

$2

40

Jumpera (hembra-hembra)

$70

40

Jumpers (hembra-macho)

$70

4

FDP-6030BL

$30

8

Tren de pines hembra para el XBEE

$67

2

GPS (GY-GPS6MV2)

$500

10

Tira de pines hembra

$124

10

Tira de pines macho

$135

1

alicate

$89

TOTAL

Figura 5. Sensor de temperatura y humedad DHT22.

$4 873

Figura 6. Con el sensor de presión y altímetro a medida que va cayendo el cansat va acelerando cada vez más por la acción gravitatoria. Aquí se muestra cómo la presión aumenta cada vez más.

100% 80% 60% 40% 20% 0% 1

2

3

4 Series1

Figura 3. GPS Modelo GY-GPS6MV2.

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5

6

7

8

9

10

Series2

Figura 7. Al momento de dejar caer el cansat, la gráfica se mantiene constante, sin embargo, se presentaron fluctuaciones por presencia de aire. La peor señal de vibración se mostró al momento de caer en tierra firme.

69


KANZAT

venir en la competencia, consideramos que estamos listos para afrontarlos. Planeamos no abandonar el proyecto después de la competencia, sino que en lugar de eso nos dedicaremos a mejorarlo basados en la experiencia que hemos tenido con él y buscar las aplicaciones más viables y realistas para nuestro estado (Puebla). AGRADECIMIENTOS

Figura 8. Gracias al sensor LIMU se pueden obtener este tipo de resultados con base en la temperatura y humedad. Los resultados variarían dependiente del lugar geométrico en el que nos encontremos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN Para la recuperación de datos, utilizamos las configuraciones de las tarjetas arduino (Pérez, 2013; NI, 2013; Ruiz, 2012), como se muestra en las figuras 3-5 y los resultados se muestran en las figuras 6-9 (Art of Circuits, 2016; LabView, 2011). CONCLUSIONES Ha sido un proyecto complejo y lleno de retos hasta el momento, pero todo eso es proporcional a la satisfacción cuando cada componente por fin funciona como debe, aunque estamos conscientes de que los retos más difíciles están por

70

Primeramente, nos honra contar con el apoyo de nuestra asesora por fomentar estas actividades en el Instituto Tecnológico de Puebla, las cuales favorecen el aprendizaje y extiende nuestro conocimiento en el área de las telecomunicaciones. De la misma manera, agradecemos a las instituciones organizadoras del concurso y participantes por la oportunidad de poner nuestro conocimiento en práctica. REFERENCIAS Antunes, S. (2012). DIY Satellite Platforms. EE.UU: O’ Reilly. Art of Circuits. (2016) 10DOF – GY-80 4-in-1 Multi-Sensor Module. Consultado el 8 de septiembre de 2016. http://artofcircuits.com/ product/10dof-gy-80-4-in-1-multi-sensor-module García R. de A., J.J. (1989). Los satélites de comunicación. España: Marcombo. Neri V., R. (2003). Comunicación por satélite. México: Thomson. Recibido 8-8-16 Aceptado 10-9-16

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


Cansat: CURIOSIDAD

lata-satélite

Bárbara Bermúdez Reyes*

­ partir de 1957 se han lanzado satélites para diversos A propósitos –telecomunicación, observaciones, entre otros– (Janson, 2008). Desde entonces, cada vez eran más grandes, robustos y pesados, hasta que, en 1998, al Dr. Twiggs se le ocurrió para la tesis del doctorado de su estudiante, el Dr. Suari, hacer una constelación de satélites pequeños y una nave principal o nodriza para una misión en específico (NASA, 2013). Posteriormente, en Hawai se oficializa, en 1999, el nombre cansat y se autoriza como picosatelite, a la par que se introducen los términos de: • • • •

Minisatélite con masa total de 500-100 kg. Microsatélite con masa total de 100- 10 kg. Nanosatélite con masa total 1-10 kg. Picosatélite con masa máxima total de 1 kg.

Cabe señalar que los términos nano y pico no son similares a las escalas de submicrométricas que se conocen convencionalmente, sino para enfocar pequeños artefactos a misiones científicas y tecnológicas en

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

aplicaciones espaciales, así como en misiones espaciales, educativas y demostrativas (figura 1). PICOSATÉLITE O CANSAT

El concepto de cansat se concibió cuando se tuvo la necesidad de enseñar a los estudiantes cómo llevar a cabo una misión espacial de bajo costo sin salir al espacio, pero conservando todas las normas y exigencias de diseño, manufactura, pruebas, integración y lanzamiento de una misión espacial. Por lo cual, el profesor Twiggs presentó el concepto de cansat que significa lata-satélite (figura 2), y desde 2002 se clasificó como picosatélite (CLTP4, 2013). DISEÑO DE UN CANSAT

Un cansat debe ser diseñado de acuerdo a una misión en específico. Una misión es un objetivo que se desea alcanzar, por ejemplo, mediciones de temperatura, presión, humedad, campo magnético, obtención de fotografías, * Universidad Autónoma de Nuevo León. Contacto: barbara.bermudezry@uanl.edu.mx 71


Figura 1. Pequeños satélites (NASA, 2013).­

vibración, etcétera. Una vez definida la misión se debe definir su ciclo de vida de acuerdo al manual NPR 7120.5, NASA Space Flight Program and Project Management Requirements (NASA, 2012). El ciclo de vida de la misión trata de las fases que componen la misión de principio a fin: • Prefase: estudio conceptual, producción de ideas y alternativas para llevar a cabo la misión. • Fase A: desarrollo de conceptos y tecnología, donde se determina la factibilidad y planeación de estrategias para establecer una línea base. • Fase B: terminación del diseño preliminar y tecnología; define a detalle la misión y establece las necesidades para el desarrollo de la línea base de la misión. • Fase C: diseño final y fabricación, diseño a detalle del sistema (subsistemas y su operación), fabricación del hardware y codificación del software. • Fase D: ensamble del sistema, pruebas e integración; se realiza el lanzamiento, ensamble e integración de subsistemas, determinación y requerimientos para pruebas y lanzamiento. • Fase E: operación y mantenimiento de la misión; identifica las necesidades de operación del sistema, así como las necesidades y condiciones del escenario de la misión. • Fase F: cierre, análisis de datos obtenidos, conclusiones, presentación de resultados y cierre o transferencia de la misión. Cabe señalar que cada una de las etapas debe documentarse y estar perfectamente delimitada en

72

Figura.2. Cansat CIIIA-CLTP4.

cuanto a tiempos y fechas límite. La figura 3 muestra un diagrama en “V”, el cual resume las fases, tiempos, pruebas, documentos, éxitos y ciclo de vida de la misión cansat (CLTP4, 2013). El diagrama en “V” permite conjuntar los requerimientos y los resultados de una misión. Por lo tanto, el diagrama se interpreta de la siguiente manera (CLTP4, 2013). • El lado izquierdo son las necesidades de la misión. • El lado derecho es la integración y verificación de la misión.

Figura 3. Diagrama en “V” de una misión cansat.­

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


• La parte media es la manufactura de sistema y la correlación de los requerimientos con la integración. Una ventaja de este diagrama es que permite optimizar costos, tiempo, minimizar riesgos, garantizar calidad y buen funcionamiento. Indica el inicio y el final del ciclo de vida de la misión, y promueve la comunicación efectiva entre los integrantes del equipo o equipos para terminar una misión con éxito. Cabe señalar que también permite considerar el grado de éxito que se pretende obtener (Dori, 2002). • Éxito máximo: consiste en lograr la misión completa y un objetivo extra. • Éxito medio: consiste en lograr la misión completa. • Éxito mínimo: consiste en lograr al menos la mitad de la misión. Requerimientos Los cansat, al igual que los grandes satélites, tienen los siguientes requerimientos (NAROM, 2012): • Estructurales, dimensiones de la lata que va a llevar el sistema. Tamaño para competencia, lata de 375 mL; dependiendo de la misión, la lata puede ser de aluminio (refresco) ABS o PET. En cuanto a la geometría, generalmente son cilíndricas, pero también las hay hexagonales o estriadas. • Eléctricas, generalmente el subsistema eléctrico debe ser de 3 V, sin embargo, existen subsistemas de 5 y 6 V. • Peso máximo, para un cansat es de 1 kg incluyendo sistemas desplegables.

CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

• Desplegables, son estructuras externas como los paracaídas, ala y empenaje, vehículos rover o robóticos. • Sistemas de lanzamiento, estos sistemas dependen de la altura a la que se llevará a cabo la misión. Los sistemas de lanzamiento que se utilizan son: aeromodelos, multirrotor (drone), cohete, globo meteorológico. • Sistemas de comunicación, actualmente para los sistemas cansat, la máxima altura a la que llegan es de 10 km. Esto significa que los transmisores y receptores (estación terrena y antenas) deben transmitir en tiempo real todas las mediciones desde la altura que se elija. Lo que implica que se pueden utilizar antenas sencillas como la XBee para alturas de hasta 1km o antenas tipo Jaggi para alturas mayores a 5 km. • Computadora de a bordo, es el sistema de mando y manejo de datos de todo el cansat. • Sensores, dispositivos electrónicos que miden magnitudes exteriores (temperatura, presión, vibración, campo magnético, gases, etcétera). PRUEBAS DE INTEGRACIÓN

Las pruebas de integración se realizan con el cansat o cualquier otro satélite funcionando y la estación terrena recibiendo datos de los sensores; sin embargo, el cansat estará expuesto a ambientes mecánicos y térmicos. Por lo tanto las pruebas de integración tienen el objetivo de probar el sistema de comunicación bajo condiciones mecánicas y térmicas: vibración, golpeteo, aceleración, caída libre, enfriamiento, calentamiento. (Cho et al., 2014; Cho y Masui, 2014). Una vez realizadas estas pruebas con éxito, el cansat está calificado para lanzarse y llevar a cabo la misión.

73


ACTIVIDADES CANSAT EN EL MUNDO

Actualmente la tecnología cansat es muy conocida y se ha adoptado como parte de los programas de ingeniería, investigaciones y competencias internacionales universitarias. Las competencias más importantes son: ARLISS (EUA), LEEM-UPM (España) y Unisec (Japón) (Sako et al., 2001; LEEM-UPM, 2015; NASA, 2012). Estas competencias o concursos promueven el trabajo disciplinario e interdisciplinario, es decir, los equipos se conforman de estudiantes de diversas ingenierías –electrónica, aeronáutica, mecatrónica, instrumentación, aeroespacial, comunicaciones, física, etcétera– debido a que existen cuatro categorías (Walker et al., 2010). 1. Telemetría: sistemas de comunicación y recolección de datos en tiempo real durante descenso con paracaídas. 2. Comeback: telemetría y retorno del cansat en un vehículo tipo rover al punto de partida. 3. Flyback: telemetría y retorno del cansat mediante el despliegue de ala y empenaje o parapente al punto de partida. 4. Openclass: telemetría, misión adicional. Llevada a cabo con un sistema robótico y regreso a un punto en específico. Además, en 2003 se formó el University Space Engineening Consortium (Unisec) en Japón, éste engloba a las universidades que realizan actividades aeroespaciales y espaciales del mundo. Lo que facilita la colaboración e intercambio entre las universidades a nivel mundial mediante cursos de entrenamiento cansat como el Cansat Leader Training Program (CLTP) y capítulos universitarios (Sahara y Ando, 2013). Cabe señalar que se cuenta con el capítulo Unisec-México desde 2014. ACTIVIDADES CANSAT EN MÉXICO

Las actividades cansat en México comenzaron en 2008 en la Universidad Autónoma de México mediante la Red Universitaria del Espacio (RUE) (AEM, 2015). Posteriormente, al formarse la Agencia Espacial Mexicana, en 2013, facilitó trámites administrativos para que profesores mexicanos tomaran el Cansat Leader Training Program 4 (CLTP4). En el cual, una profesora de la FIME-UANL fue elegida de entre 28 profesores a nivel mundial. Cabe señalar que de 2013 a 2015, tres profesores de la UANL han asistido a este programa de entrenamiento cansat (dos de FIME y uno 74

Figura 4. Integrantes del equipo del Mty-Sat.­

de la FCFM). También se han llevado a cabo cursos de entrenamiento cansat para profesores y estudiantes en México: dos en la Universidad Autónoma de Baja California, uno en el Instituto Tecnológico de Nogales, uno en la Universidad Autónoma de Nuevo León, entre otros. En 2015 se llevó a cabo el Primer Concurso Nacional del Cansats (Sánchez et al. 2016), en Tijuana, B.C., el cual fue organizado por un comité de profesores de distintas universidades del país, siendo la sede en la Universidad Autónoma de Baja California. En este concurso, la UANL participó con el Mty-Sat (figura 4), construido por un equipo de cuatro estudiantes: Graciela Stephanie Espinosa Morales (ingeniería en aeronáutica), José Ángel Cardona Alanís (ingeniería en electrónica y comunicaciones), Gerardo Antonio Lira Ibarra (ingeniería mecatrónica), Antonio Emmanuel Rentería Rodríguez (ingeniería mecatrónica). ­­­El 8 de octubre de 2016 se celebrará el Segundo Concurso Nacional de Cansats, en Nuevo León, organizado por la FIME y la FCFM. En este 2° concurso se evaluarán las categorías de telemetría y comeback. CONCLUSIONES

La miniaturización de dispositivos espaciales es una realidad que permite acceder a tecnología espacial. Esto implica enseñar y entrenar a los estudiantes y profesores mediante sistemas de bajo costo como los cansats. Estos picosatélites no son exclusivos para los estudiantes del área aeroespacial, sino que promueven las actividades en equipos disciplinarios y multidisciplinarios. Además, son útiles en aplicaciones para resolver problemas específicos de electrónica y comunicaciones, inclusive en física, por ejemplo, en el cálculo de trayectorias, mecánica orbital, etcétera o en temas de aeronáutica como el diseño y cálculo de paracaídas, diseño y construcción de cohetes, aeromodelos y drones. Asimismo, en aplicación de mecánica y procesamiento de materiales. Estos dispositivos permiten simular misiones espaciales e impulsan el trabajo colaborativo entre profesores y estudiantes de diversas instituciones. CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


AGRADECIMIENTOS

Se agradece a la Red Temática Nacional de Ciencia y Tecnología del Espacio (Redcyte), por las facilidades para la realización de las actividades cansat en Nuevo León. Así como a Unisec Global por el apoyo para la formación y consolidación del Capítulo Unisec México. REFERENCIAS Agencia Espacial Mexicana. (2015). Kit cansat. México: Red Universitaria del Espacio. Universidad Nacional Autónoma de México. Cho, M., Masui, H., y Hatamura. T.(2014). Satellite Testing Tutorial: Mechanical Test. Laboratory of Space environment Interaction Engineering. Japón: Kyushu Institute of Technology. Cho, M. y Masui H. (2014). Satellite Testing Tutorial: Thermal Test. Laboratory of Space environment Interaction Engineering. Meisenkai: Kyushu Institute of Technology. CLTP4. (2013). Cansat Leader Training Program 4. Kanagawa: Keio University and University Space Engineering Corsotium. Disponible en http://cltp.info/pdf/CLTP4%202nd%20 ann_v0222.pdf Dori, D. (2002). Object Process Methodology. A Holistic System Paradigm. Cambridge: Springer. Janson, S.W. (2008). The History of Small Satellites, in Helvajian, H., y Janson, S.W. (eds.) Small Satellites: Past Present and Future. California: The Aerospace Press. LEEM-UPM. (2015). International Cansat Competition. Disponible en http://upm.leem.es/proyectos/cansat/

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EJES

CanSat Leader Training Program -Past, Present and FutureRei Kawashima*

It was the end of the 20th century when Prof Robert Twiggs proposed to make a tiny satellite called “CanSat.” He proposed the development of a new satellite that fits in a Soda-can. This soda-can sized satellite was the first small step to open a door to the new world where university students design, build, test, launch and operate satellites in the 21st century. It should be noticed that CanSat itself has evolved, and that many types of CanSats such as rover type or parafoil type have been developed. In the beginning, a simple CanSat was a challenging project for graduate students in the aerospace engineering field, but now it became a popular tool of hands-on training to learn basic space technology as well, and high school students enjoy developing their CanSat. CanSat is continuously evolving through both ways; challenging more advanced mission and training beginners and new comers. The motivation of this paper is to explore new possibilities and opportunities for CanSat Leader Training Program (CLTP). In order to explore it, I would like to reflect on the CanSat history.

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In this paper, firstly the history of CanSat activities in Japan is introduced; secondly the motivation and achievement of CanSat Leader Training Program (CLTP) are described; thirdly new platforms and tools are introduced, followed by discussion on future possibilities of CLTP. CANSAT HISTORY IN JAPAN

The first CanSats made by Japanese students were launched in the Black Rock desert in Nevada, USA in September 1999. Figure 1 shows one of the first CanSats built by students of the University of Tokyo. It was the beginning of the project called “A Rocket Launch for International Student Satellites (ARLISS).” Since then, Japanese students visited the desert and participated in the ARLISS to make suborbital launch experiment every year. Rockets are provided *University Space Engineering Consortium, UNISEC-Global. Contacto: kawashima.rei@gmail.com

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As table 1 shows, the number of participating universities in ARLISS has increased and more teams from different countries participate every year. It should be noted that the Japanese domestic CanSat competitions have been conducted at Noshiro-Space Event since 2005.

Table I. Numbers of ARLISS Participating Universities. Figure 1. First CanSat built by Japanese students. year

by AEROPAC amateur rocket group. Figure 2 shows some scenes in ARLISS (UNISEC, 2016). In ARLISS, CanSats are released at 4 km altitude on Nevada desert, which is impossible to conduct similar a launch in Japan due to regulations. Each CanSat team designs and builds one or more flight models, and travels to the launch site in Black Rock,

Number of univs. from Japan

Number of Univs. from USA

1999

2

3?

2000

4

2

2001

5

2

2002

7

3

2003

6

2

2004

6

3

2005

7

1

2006

8

3

1 Univ. from Spain

2007

10

1

1 Univ. from Korea

2008

11

1

1 Univ. from Korea

2009

11

4

1 High School from Japan and US

2010

15

2

1 High school from Japan, US, Norway, 1 Univ. from France and korea

2011

16

1

1 High school from Japan

2012

9

3

1 Univ. from Korea, 1 high school from Japan, UNISON team

2013

9

3

White Label

2014

10

4

1 Univ. from Costa Rica, Egypt, and Peru, 2 Univs. From Korea

2015

10

4

1 Univ. from Peru, Egypt, 2 Univs. from Korea

Figure 2. Scenes in ARLISS.

Nevada to supervise preparation, launch, telemetry download and safe recovery of their experiments and data (Nakasuka, 2010; ARLISS, 2016). CanSat is an effective educational tool as students can get hands-on experience in the life-cycle of a space project. Also, it is an affordable way to teach students the basics of satellite engineering. Students design and build a small electronic payload that fits in a soda can. The CanSat is then launched and deployed from a rocket or balloon. Using a parachute, the CanSat slowly descends back to Earth, performing its mission while transmitting its telemetry. Post launch and recovery data acquisition allow students to analyze the cause of mission success and/or failure (CLPT7, 2015).

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Other countries, high school, etc

Lockheed Mar�n

JAXA

In the history of Japanese CanSat activities, two professors’ contributions should be noticed. They are Prof. Shinichi Nakasuka from the University of Tokyo and Prof. Kazuya Yoshida from Tohoku University. Without their innovative ideas and efforts, CanSat would not have been developed in that way in Japan. The person who made a huge difference in Japanese space engineering education is Prof. Shinichi Nakasuka.

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His greatest contribution was to lead students to realize the first CanSat project. In 1998, he did research with Prof. Twiggs at Stanford University, and was fascinated by his idea and motivation that is to make aerospace engineering students experience the whole cycle of a real space project. Another outstanding contribution made by Prof. Nakasuka was to organize “Comeback competition,” where a machine (a kind of satellite model) with a certain steering mechanism such as parafoil is to, after release in high altitude, come back to a target point autonomously without human interaction, and the one which comes nearest to the target point wins the competition (Kawashima et al., 2004). Through the competitions, CanSat has evolved in many ways; remote rovers, fliers and sophisticated communications both in flight and on the ground. Prof. Kazuya Yoshida introduced rover to CanSat. He thought that the most effective way to come close to the target point could be rover, and gave students the opportunities to work on the project. The first three years, Tohoku University teams had difficulties, but eventually, they achieved “0 meter to target” with their advanced rover in 2008. Rover type CanSat is shown in Figure 3 (UNISEC, 2016).

“support, promote and facilitate practical space projects at university level” to other countries. We thought that the most effective way to spread the training program would be to «teach teachers how to teach.» Thus, we invited university professors to participate in CLTP. CanSat Leader Training Program (CLTP) CLTP1 (Wakayama Univ. in Feb-March, 2011) Twelve participants from 10 countries (Algeria, Australia, Egypt, Guatemala, Mexico, Nigeria, Peru started in this way. As table 2 shows, CLTPs was offered in six cycles in Japan (CLPT7, 2015). Table II. CLTP offering cycles. Sri Lanka, Turkey (3), Vietnam) CLTP2 (Nihon Univ. in Nov-Dec, 2011) 10 participants from 10 countries (Indonesia, Malaysia, Nigeria, Vietnam, Ghana, Peru, Singapore, Mongolia, Thailand, Turkey) CLTP3 (Tokyo Metropolitan Univ. in July-Aug, 2012) 10 participants from 9 countries Egypt (2), Nigeria, Namibia, Turkey, Lithuania, Mongolia, Israel, Philippines, Brazil CLTP4 (Keio Univ. in July-August, 2013) 9 participants from 6 countries

ACHIEVEMENT OF CANSAT LEADER TRAINING PROGRAM (CLTP)

Mexico(4), Angola, Mongolia, Philippines, Bangladesh, Japan CLTP5 (Hokkaido Univ. in Sept, 2014) 7 participants from 5 countries

UNISEC had focused on domestic activities in the first 10 years since its establishment in 2001 including the preparation period. During these 10 years the experience gained from CanSat programs with Japanese students convinced us that CanSat are important for space engineering education. In 2011, UNISEC started spreading its activities to the rest of the world. A grant from “Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology” (FIRST Program) enabled UNISEC to spread its mission that is

Figure 3 Rover type CanSat (Left: The University of Electro-Communications, Right: Tohoku University, 2011).

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Egypt, Korea (2), Mexico (2), Mongolia, Peru CLTP6 (Hokkaido Univ. in Aug-Sept, 2015) 8 participants from 8 countries Angola, Australia, Austria (United Nations), Bangladesh, Egypt, Mexico, Tunisia, Turkey

CLTP is a training course for researchers and instructors in one of the capacity-development programs in space technology. The CLTP encompasses the entire cycle of CanSat development, including design, fabrication, testing and launch. Participants are expected to learn space engineering education methods through hands-on training with CanSats and to teach CanSat training methods in their home countries. A CanSat launch experiment using a paper crafted rocket in the fifth and sixth cycles was conducted, as shown in Figure 4. Paper crafted rocket designed and provided

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by Uematsu Electric Co., Ltd. reduced a launch cost to less than 10% of that employed by used amateur rocket engines.

Figure 4. CanSat Launch Experiment with Paper Craft Rocket made by Each Participant.

NEW TOOLS AND PLATFORMS FOR CANSAT EDUCATION

Through CLTP activities, new tools and platforms have been developed to make the program more effective.

6. With feedback from instructors, participants and teaching assistants, it has been revised. Figure 5 shows i-CanSat that has just been integrated during CLTP5. 2) CanSat Textbook Prof. Yasuyuki Miyazaki from Nihon University authored a textbook about CanSat in Japanese. Figure 6 shows the cover page of the book. The book was coauthored with professors from other Japanese universities. The textbook was published in 2014 Figure 6. Cansat-Model with funding from the Ministry of nano-Satellite Education, Culture, Sports, Science and Technology in Japan. It was sold in a market and anybody could purchase it (UNISEC, 2014). This textbook has become vital to the CanSat trainings and activities in Japan. It will be translated into English to share with the Global CanSat Community where the main players are CLTP graduates.

1) i-CanSat In most university classes, a CanSat is normally developed from scratch. Students need to select components and order them within a given budget. In CLTP, the duration is short and the main goal is that participants learn CanSat development and teaching methods. To achieve this goal a training kit called i-CanSat was developed. The first prototype of the iCanSat was developed by Prof. Hironori Sahara from Tokyo Metropolitan University, who was in charge of CLTP3. Prof. Shinichi Kimura from Tokyo Science University contributed in developing the Camera unit. It was used in the CLTP4-

3) CanSat Mapping Website CanSat Mapping was developed by Prof. Hidenori Watanabe and his students from the Tokyo Metropolitan University. It was designed to archive CanSats activities worldwide, using Google Earth. Anybody can upload his CanSat documentations with photos and/or movies to the website (UNISEC, 2015). Archiving the CanSat activities in each region would be helpful for the future generations. The lifecycle of students are quite short, and every year new students join. Technology succession is difficult especially hands-on training contains lots of implicit knowledge. With intentional and systematic archiving efforts, new students can learn from the past experiences. Figure 7 shows the CanSat Mapping website.

Figure 5. i-CanSat integrated in CLTP5 at Hokkaido University.

Figure 7. CanSat Mapping website.

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FUTURE POSSIBILITIES OF CLTP

20,000 USD or more

CubeSat is a real satellite which is launched into orbit. Even if it is small, it is a real satellite that can influence other satellites. The failure of satellite would contribute to increasing the number of debris. Satellite developers should consider the consequences of their satellite launch. Thus, it would be recommended to launch their satellite after getting enough skills and experiences. In this regards, CanSat education can provide the new satellite developers with the basic hands-on experience. On the other hand, CanSat does not go to space and its cost is much less expensive. CubeSat requires all arrangements regarding frequency allocation and a launch slot as well as other legal procedures. CanSat allows students and instructors to focus on technical matters only, but CubeSat requires students and instructors not only to do technical matters but also to do a large amount of paperwork. Now we understood the difference between CanSat and CubeSat, and let’s discuss future possibilities of CLTP from the view point of UNISEC-Global’s vision which state that “By the end of 2020, let’s create a world where university students can participate in practical space projects in more than 100 countries”(UNISEC, 2015; Kawashima, Cho and Ibrahim, 2014).

Launch cost should be added.

1) CLTP Localization

So far, we have presented the CanSat activities and CLTP. Before discussing future possibilities of CLTP, let’s consider why CanSat is important as basic space technology education. A comparison between CanSat and CubeSat would be helpful to understand it. As table 3 shows, CanSat and CubeSat have different characteristics and their learning outcomes are different. It is important to look at CanSat education as an introductory phase to a real space project such as CubeSat. Usually CanSat is considered as a very simple project by skilled satellite developers. Such criticism is vague because you can build complex CanSat that can perform complex mission such as the Comeback CanSat. The spectrum of CanSat is broad which makes it a really powerful customized tool that can satisfy different learning outcomes. Table III. Comparison between CanSat and CubeSat.

CanSat Development time

1 week months

to

Cost

200-3000 USD

CubeSat 6

1 -2 years

Launch

Easy to find the launch means such as balloon, small rocket, multicopter, tall building, etc

Need to arrange Rocket to orbit is needed. Testing are necessary, and launch cost is expensive.

Communication

Don’t need license from ITU

Need license from ITU

Consequences of failure

No damage.

Debris problem.

critical

Easy to investigate the reason as it returns to ground.

Difficult to investigate the reason of failure

Operation

Any portable PC can be used as ground station unit.

Dedicated ground station facility is required

Operational time

Few minutes

1 month – 5 years

Community

Instructors and new students

Satellite Developer (new & experienced)

80

CLTP graduates are expected to teach CanSat to their students after going to their home country. So far, graduates are conducting CanSat training to their students and/or teachers in many countries such as Mexico, Egypt Turkey, Ghana, Nigeria, Peru, Mongolia, the Philippines, and Thailand. They can teach as they like, but it would be better if there are some standards that they can follow. In that sense, CanSat textbook and i-CanSat kit would be one of good tools for localization. If CLTP graduates in each region could translate CanSat textbook into their native language, more people will benefit and enjoy CanSat training with sufficient knowledge. Especially, Spanish and Arabian languages are important because they are spoken in many countries. The i-CanSat kit may require customization to take into account with the availability of electronic components in local markets. So, the developed i-CanSat kit will serve as the baseline and based on it each local CLTP organizer can customize it to fit both the budget and CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016


technical requirements. It is important to nurture good instructors whose motivation is high in learning more and sharing their experiences and knowledge for local CLTPs. 2) Expanding the CanSat community CLTP can be the first step to join the space engineering community. Without prior knowledge in space technology, participants can acquire the basic knowledge in space engineering from CanSat education. Instructors need to continue educating themselves. Once instructors stop improving and learning new things, they will lose the ability to inspire students. Instructors who teach CanSat would be better to have deeper knowledge about satellite because it is necessary to understand in order to explain the functions of each subsystem and component. Thus, affiliation to the CanSat community would force them to continue challenging new things. Localizing CLTP is expected to boost the spreading the CanSat education at higher rate. This in turn will build local CanSat communities. The CanSat communities will expand and interact. Such interaction will be very beneficial to students and the communities at large. Things such as teaching techniques, i-CanSat customization, innovative mission ideas for CanSat, open source firmware and much more can be evolutionized and shared. CanSat community and CubeSat community would be different because CanSat community will be organized by initiatives of CLTP graduates who are highly motivated to teach others and interested in improving their teaching skills. Thus, the culture of CanSat community could be a little more altruistic. Eventually CanSat participants will join the CubeSat community. 3) Fund raising Of course, financial resources are always necessary for practical space projects. Even small CanSat cannot be made without financial resources. As a community, fund raising should be discussed and necessary actions should be taken. Recent cloud funding system could be one way. As university does not have much funding, it should be considered how to raise funding from various resources.

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CONCLUSION

As we have seen in the previous sections, CanSat activities are effective for education in aerospace engineering field. CanSat Leader Training Program (CLTP) has contributed to making seeds of capacity building worldwide through teaching CanSat training to instructors at university level. In the future, CLTP will be localized in many regions, sharing the common values, knowledge and technology. SUMMARY

CanSat activities started in the end of 20th century, and CanSat has continuously evolved because of students. Organizing the Comeback competition accelerated the evolution. After ten-year of CanSat experiences in Japan, CanSat Leader Training Program (CLTP) was launched to provide training opportunities for university instructors motivated in teaching satellite technology at university level. Through CLTPs, new tools and platforms were developed. The next step for CLTP would be localization so that more people will benefit from effective engineering education with hands-on training. Acknowledgement CanSat activity has been supported by many generous individuals and organizations. In terms of CLTP, it was supported by a grant from “Funding Program for World-Leading Innovative R&D on Science and Technology” (FIRST Program) where the principal investigator was Prof. Shinichi Nakasuka from the University of Tokyo in 2011-2014. It is currently supported by the Coordination Funds for Promoting Aerospace Utilizarion, MEXT Japan, which is allocated to the UNISEC research team where the principal investigator is Prof. Yasuyuki Miyazaki from Nihon University. CLTP 5-7 have been supported by Mr. Tetsuya Iwasaki of Sakura Rubber Co., Ltd. With lots of generous supports and priceless contributions, CanSat activities have been sustainable.

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REFERENCES ARLISS. (2016). Consultado el 5 de agosto de 2016. http://www. arliss.org/ CLTP7. (2015). The 7th Cansat Leader Training Program. Consultado el 7 de agosto de 2016. http://cltp.info/ Kawashima, R., et al. (2004). Space Education in the 21st Century-»Real» Education Pursued by UNISEC. ISTS 2004-u-04, 24th International Symposium on Space Techonology and Science, Mizaki, Japan, June. Kawashima, R.; Cho, M., and Ibrahim M. (2014). Challenges and Oportunities of UNISEC-Global. IAC-14-E1.5.10, Toronto, October.

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Nakasuka, S. (2010). Evolution from education practical use in University of Tokio’s nano-satellite activities. Acta Astranáutica. 66(7), pp 1099-1105, April. UNISEC. (2014). Cansat-Model nano-satellite. Japón: Ohmsha. UNISEC. (2015). Cansat Mapping. Consultado el 8 de agosto de 2016. http://unisec-global.org/ UNISEC. (2016). Consultado el 4 de agosto de 2016. www.unisec.jp UNISEC. (2016). The Fourth UNISEC-Global Meeting. Consultado el 5 de agosto de 2016. http://www.unisec-global.org/

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TÓPICOS Monitoreo de la humedad de suelo superficial a partir de observaciones satelitales de Microondas activas y pasivas Juan Carlos Hernández Sánchez*, Enrique Zempoaltecatl Ramírez*, José Carlos Jiménez Escalona*, Alejandro Monsiváis Huertero* y Antonio Mosqueda Sánchez*

­ as estimaciones precisas de humedad de suelo superfiL cial son cruciales en hidrología, micrometeorología y en la agricultura para la interpretación de los ciclos del agua y el carbono. Las comunidades científicas relacionadas con estas temáticas han mostrado la necesidad de una mejor comprensión de las diferentes fuentes naturales de agua, ya que este recurso tiene un impacto social crítico en la producción alimenticia. Es por ello que los científicos buscan el monitoreo de la humedad de suelo y contenido de agua en la vegetación a gran escala espacial y temporal (Monsiváis, et al., 2008). Debido a la extensa área de monitoreo, los sensores a bordo de satélites representan una herramienta muy útil. Los estudios recientes han demostrado que es posible obtener estimaciones de suelo, independientemente de las condiciones meteorológicas, mediante observaciones satelitales con sensores que operan en el rango de frecuencias de las microondas (longitudes de onda mayores a 1 mm) (Kustas, Zhan y Schmugge, 1998). En los estudios también se ha encontrado que los sensores, que operan dentro de la banda L (1.2-1.4 GHz), son los más adaptados para monitorear la humedad de suelo superficial debido a su alta sensibilidad, profundidad de penetración y sus características de construcción (Dobson, et al., 1985). Dentro de las misiones satelitales dedicadas al monitoreo de la humedad de suelo, actualmente, se encuentran la Soil Moisture and Ocean Salinity (SMOS) de la Agencia Espacial Europea, lanzada en noviembre de 2009, y la Soil Moisture Active/Passive (SMAP) de la NASA (Na-

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tional Aeronautics and Space Administration), lanzada en enero de 2015 (NASA, 2016). La misión SMOS tiene a bordo un sensor pasivo de microondas (radiómetro) que captura imágenes con una resolución espacial de 35 km y un tiempo mínimo de revisita de tres días. Por otro lado, la misión SMAP tiene un tiempo mínimo de revisita de tres días y tiene un sensor pasivo de microondas (radiómetro) con una resolución espacial de 36 km y un sensor activo de microondas (radar) con una resolución espacial de 3 km. Este artículo presenta de forma breve las principales características de la misión SMAP, así como las actividades que se han realizado para su validación y calibración. IMPORTANCIA DEL MONITOREO DE LA HUMEDAD DE SUELO SUPERFICIAL A ESCALA GLOBAL

Las áreas de aplicación que requieren mediciones de humedad de suelo superficial a escala global pueden resumirse a continuación (Entekhabi et al., 2010). •

Pronóstico del clima y el tiempo: debido a que afecta la evolución del clima y el tiempo, tener información de este recurso natural hace posible mejorar los modelos y predicciones para el beneficio de la humanidad.

* Instituto Politécnico Nacional. Contacto: alejandromonsivais@yahoo.com

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Sequías: este factor es esencial en el crecimiento de las plantas, especialmente en tiempos de sequías y de bajo riego. Gracias a las predicciones con los modelos que se basan en los datos espaciales, se puede mejorar la producción de cultivos. Inundaciones: la humedad de suelo está relacionada con los desastres naturales como las inundaciones o deslaves. Esto puede ser mitigado debido al modelado oportuno de filtrado y flujo del agua por debajo de la superficie. Productividad agrícola: las mediciones del terreno producidas por los satélites, como el SMAP, proveen información oportuna de la disponibilidad de agua y el comportamiento medioambiental en la producción de cultivos. Salud: al tener un control en la productividad agrícola e inundaciones, se puede atacar la hambruna que se tiene en diferentes zonas y crear programas oportunos de control de enfermedades. Seguridad nacional: la información de la humedad de suelo en la superficie es de gran importancia en el transporte debido a que se pueden conocer zonas con niebla y neblina.

PRINCIPIOS BÁSICOS PARA EL MONITOREO DE LA HUMEDAD DE SUELO MEDIANTE SENSORES SATELITALES

Es necesario monitorear la humedad de manera periódica, por ello existen herramientas directas en las cuales encontramos las mediciones en campo (in situ) y las herramientas indirectas, entre éstas la percepción remota satelital. Debido al amplio espectro electromagnético, los sensores ocupados en la percepción remota satelital pueden ser ópticos o de microondas, los primeros presentan una limitante al momento de monitorear zonas bajo climatología adversa, y no tienen una buena penetración hasta el nivel del suelo; no obstante, los sensores de microondas son capaces de penetrar hasta 5 cm por debajo del suelo y permiten un monitoreo continuo sin importar las condiciones climatológicas. Otra clasificación dentro de la percepción remota satelital es la basada en la fuente de energía utilizada; los sistemas que emiten su propia energía se denominan activos y los que captan la energía proveniente de otra fuente como la solar o de emisión se llaman pasivos.

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Las imágenes satelitales se forman a partir de las ondas electromagnéticas captadas y ordenadas en forma de matrices, luego se asocia un valor a cada pixel de la imagen correspondiente al área (resolución espacial) y al periodo de revisita (resolución temporal). Los productos generados por los sistemas de radar (sensores activos) son imágenes que contienen la razón del campo eléctrico disperso por la escena en estudio y el campo eléctrico incidente, en cada pixel y por cada polarización de la onda. En aplicaciones de percepción remota satelital, el campo eléctrico está linealmente polarizado; es decir, polarización vertical o polarización horizontal. Es por ello que se pueden tener cuatro posibles combinaciones entre el campo eléctrico incidente y el disperso. Las combinaciones son campo incidente vertical–campo disperso vertical (VV); campo incidente vertical–campo disperso horizontal (VH); campo incidente horizontal–campo disperso vertical (HV); y campo incidente horizontal–campo disperso horizontal (HH). A la razón del campo eléctrico disperso por la escena en estudio y el campo eléctrico incidente se le . conoce como coeficiente de retrodispersión Un radar mide los ecos de los pulsos de campo eléctrico emitidos en el rango de las microondas que rebotan en la superficie terrestre. El campo eléctrico disperso (ecos) que regresa al radar cambia su amplitud y fase en función de la cantidad de humedad en el suelo; entre mayor sea el contenido de agua en el suelo, mayor será la amplitud del campo disperso. Particularmente, los sistemas de radar que operan en banda L no son afectados por las condiciones meteorológicas o por una cierta capa de vegetación en la superficie que cubre el suelo. Actualmente, los sistemas de radar usan una técnica conocida como apertura sintética (Maître, 2008) para medir el coeficiente de retrodispersión en áreas mucho más pequeñas que un radar convencional. Por otro lado, los sistemas radiómetro (sensor pasivo) generan imágenes que contienen temperatura de brillo TBP. La TBP relaciona la emisividad del objetivo en estudio y su temperatura efectiva. En el monitoreo de ecosistemas terrestres, la TBP emitida desde la superficie terrestre, se recibe en dos polarizaciones (vertical u horizontal). Al ser un sensor pasivo, únicamente se recibe una sola polarización. El radiómetro es un receptor muy sensible que mide de forma muy precisa la energía emitida por la superficie terrestre en el rango de las microondas. Este sensor opera

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como una cámara infrarroja en la que los objetos con mayor calor aparecen proporcionalmente más brillosos que los objetos más fríos y permiten medir su temperatura de forma precisa, sin estar en contacto con ellos. El radiómetro de la banda de microondas recibe energía en un estrecho rango de la banda de microondas. Actualmente, existe una gran variedad de misiones satelitales para el rango de microondas tanto en sistemas pasivos como en sistemas activos. Existen misiones como el sistema de radar Sentinel-1 que trabaja en banda C y el radiómetro ARMS-E en banda C; no obstante, la banda C no es recomendable para detectar los parámetros físicos mencionados. Por otro lado, la misión SMOS es un radiómetro que opera en banda L al igual que el Aquarius, sin embargo, este último sólo monitorea cuestiones oceanográficas. La misión SMAP (Soil Moisture Active Passive) trabaja con un radiómetro pasivo y un radar activo (figura 1). El radar y el radiómetro tienen características distintas de operación para el monitoreo de la humedad de suelo como se ve en las ecuaciones (1) y (2); sin embargo, la información que cada uno de estos sensores entregan es complementaria. Lamentablemente, en julio de 2015, debido a un problema con un amplificador en el sistema de transmisión del radar, el sistema activo de la misión SMAP dejó de funcionar. Sin embargo, los datos colectados, durante los meses que estuvieron funcionando de manera simultánea el radar y el radiómetro de la SMAP, han sido esenciales para el desarrollo de nuevas metodologías para la estimación de la humedad del suelo superficial desde el espacio.

Figura 1. Misión Soil Moisture Active/Passive (SMAP) de la NASA (2016).

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LA MISIÓN SMAP

El satélite de la misión SMAP es un observatorio de percepción remota que contiene dos instrumentos destinados a obtener mapas de humedad de suelo superficial y coberturas de hielo sobre la Tierra. En particular, la misión SMAP utiliza las mediciones de un radar y un radiómetro de forma simultánea para estimar la humedad de suelo. Tanto el radar como el radiómetro utilizan la misma antena (figura 2), aunque la electrónica de cada sistema dentro del satélite funciona de forma independiente. Al utilizar de forma simultánea las observaciones de radar y de radiómetro, es posible obtener estimaciones de humedad de suelo de forma precisa y con alta resolución espacial sobre la Tierra. Con la finalidad de obtener una amplia cobertura, la antena del satélite SMAP gira a 14.6 revoluciones por minuto (una revolución cada cuatro segundos). La combinación del movimiento orbital del satélite y el giro de la antena cubren un pequeño campo de vista en una serie de aros sobrepuestos que crean una huella de 1000 km de ancho. Este barrido tan ancho permite a la SMAP hacer una cobertura completa de la Tierra cada dos o tres días. La tabla I muestra las principales características técnicas de la misión SMAP. ESTIMACIÓN DE LA HUMEDAD DE SUELO

La humedad de suelo es estimada a partir de los coeficientes de retrodispersión que se obtienen de los productos del radar y de las temperaturas de brillo de los productos del radiómetro (Entekhabi, 2014). Sin embargo, es necesario conocer cómo interactúan

Figura 2. Antena de enrejillado desplegable de la misión SMAP.

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Tabla I. Especificaciones SMAP.

Radar SMAP Resolución espacial Polarización Rango de operación Lectura física Unidades

3 km

Radiómetro SMAP 36 km

VV, HH, VH, HV 1.26 GHz

V, H 1.41 GHz

Coeficiente de retrodispersión Números naturales o decibeles

Temperatura brillo Kelvin

de

estas dos variables con el medio para introducirse a la estimación de la humedad de suelo. La temperatura de brillo (TBp) es igual a la suma de las interacciones de las temperaturas del suelo (TS ) y vegetación (TC) con la opacidad de la vegetación en el nadir (τP ), el albedo de dispersión simple de la vegetación (ω ) y la reflectividad del suelo (rP ). Se considera que, para baja cobertura de vegetación, el albedo de dispersión simple es muy bajo a 1 (ω <1), por lo tanto, no se toma en cuenta. La temperatura, brillo y el coeficiente de retrodispersión están físicamente relacionados. La temperatura de brillo es la integración de la energía que se

Figura 3. Humedad de suelo a una resolución de 36 km (SMAP).

La figura 4 muestra las variaciones temporales de temperatura de suelo (columna izquierda) y de coeficiente de retrodispersión (columna derecha).

encuentra contenida en una semiesfera. Si TBP y se encuentran a la misma frecuencia de operación y ángulo de incidencia, la energía para el cálculo de TBP es la producida por . Así, es la suma del campo disperso de la superficie (suelo), vegetación y las interacciones entre el suelo y la vegetación. La principal simplificación para la estimación de la humedad de suelo es suponer una dependencia lineal de la temperatura de brillo y el área observada por el radar en presencia de follaje de vegetación. Esta hipótesis nos lleva a la determinación experimental de dos parámetros fundamentales de una recta, α y β, que representan la ordenada al origen y la pendiente de la recta (ver ecuación 1). (1) Los parámetros y son funciones de la vegetación, características de la rugosidad en superficie y el ángulo de visión. La figura 3 muestra un ejemplo de la estimación de suelo sobre el territorio de los Estados Unidos de América al utilizar estas ecuaciones.

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Figura 4. Humedad de suelo a una resolución de 36 km (SMAP).

Los productos SMAP, listados en la tabla II, se pueden obtener de la página web de Alaska Satellite Facility (www.asf.alaska.edu), así como sus manuales de operación. EXPERIMENTOS DE CAMPO PARA CALIBRACIÓN Y VALIDACIÓN DE LAS OBSERVACIONES SMAP

Con la finalidad de calibrar y validar los productos de humedad de suelo de la misión SMAP, se han realizado diferentes experimentos de campo. Los principales objetivos de estos experimentos son la adquisición y procesamiento de los datos de campo para calibrar, comprobar y mejorar los modelos y algoritmos de los productos de la misión SMAP. Asimismo, se busca el desarrollo y mejora de técnicas y protocolos que son usados dentro de las diferentes versiones de los produc-

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Tabla II. Productos satelitales SMAP. Acrónimo L1A_Radar L1A_Radiomete r L1B_S0_LoRes L1B_TB L1C_S0_HiRes L1C_TB L2_SM_A L2_SM_P L2_SM_A/P L3_F/T_A L3_SM_A L3_SM_P L3_SM_A/P L4_SM L4_C

Descripción Datos en bruto del radar (órbita media). Datos en bruto del radiómetro. σ0 en baja resolución (órbita media). T𝐵𝐵 radiómetro. σ0 en alta resolución (órbita media). T𝐵𝐵 radiómetro (órbita media). Humedad de suelo (radar, órbita media). Humedad de suelo (radiómetro, órbita media). Humedad de suelo (radar/radiómetro, órbita media). Estado congelado/descongelado. Humedad de suelo (radar). Humedad de suelo (radiómetro). Humedad de suelo (radar/radiómetro). Humedad de suelo (superficie/raíz). Intercambio neto del carbono en el ecosistema (NEE).

Cuadrícula (km) n/a n/a 5x30 36x47 1-3 36

que se presentan en cada producto satelital. Durante los experimentos de campo se seleccionan tanto áreas homogéneas como heterogéneas en las cuales se realizan mediciones in situ de suelo y vegetación (figura 6). Se busca también que las mediciones se realicen de forma simultánea al paso del satélite. Los sitios elegidos para la calibración/validación cubren diferentes ecosistemas terrestres y se han desarrollado en diferentes partes del mundo. La información sobre estos experimentos de campo se encuentra disponible en http://smap.jpl.nasa. gov/science/validation/fieldcampaigns/

3 36 9 3 3 36

Figura 6. Sitios seleccionados para calibración y validación SMAP.

9 9 9

Gracias a los resultados de los experimentos se han presentado mejoras en las estimaciones de humedad de suelo a nivel global. La figura 7 muestra las estimaciones de humedad de suelo a nivel mundial para tres fechas del mes de abril de 2015.

tos SMAP. La figura 5 muestra el equipo de trabajo en 2012 para la calibración y validación de los productos de la misión SMAP. El proceso de mejora continua dentro de los productos SMAP se basa en el modelado de los diferentes ecosistemas y del análisis de la respuesta física

Figura 5. Equipo de trabajo en 2012 para calibración y validación de los productos SMAP de la NASA.

Figura 7. Estimaciones de humedad de suelo superficial a nivel global para tres fechas del mes de abril de 2015.

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La figura 8 muestra las estimaciones de humedad de suelo cuando se tienen observaciones de radiómetro (TB) y de radar (s0) (Monsiváis et al., 2016). Este estudio concluyó que al combinar las observaciones de radar y de radiómetro dentro de dos algoritmos de asimilación de datos, uno basado en la estimación de los parámetros (SSP) y otro mediante la corrección de sesgo con retroalimentación (BCWF), los errores en la estimación de humedad de suelo se ubican por debajo de 5% cuando se tienen condiciones de suelo desnudo o una cobertura vegetal muy delgada.

Figura 8. Errores en las estimaciones de humedad de suelo superficial al utilizar observaciones de radiómetro y de radar.

En México se han realizado campañas en los estados de Sonora, Tabasco y Campeche para la explotación de datos de radar y de radiómetro. El Instituto Politécnico Nacional ha participado en la instrumentación de algunos de estos sitios (figura 9). REFERENCIAS Dobson, M.C., et al. (1985). Microwave dielectric behavior of wet soil, II, Dielectric mixing models. IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing, GE-23, 35-46. Entekhabi, D., et al. (2010). The soil moisture active passive (SMAP) mision, Proceedings of the IEEE, vol. 98, no. 5. Entekhabi, D. (2014). Algorithm Theoretical Basis Document L2 & L3 Radar/Radiometer Soil Moisture (Active/Passive) Data Products, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, Revision A. Kustas, W.P., Zhan, X., y Schmugge T.J. (1998). Combining optical and microwave remote sensing for mapping energy fluxes in a semiarid watershed. Remote Sensing Environment, 64:116–31. Maître, H. (2008). Processing of synthetic apertura radar images. Great Britain: Wiley. Monsiváis H., A., et al. (2016). Impact of Bias Correction Methods on Estimation of Soil Moisture When Assimilating Active and Passive Microwave Observations. IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing, GE23, Issue: 1, 262-278. Monsiváis H., et al. (2008). Parameter Estimation from Backscattered Radar Response. IGARSS 20082008 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Vol. 3, 1119-1122. NASA. (2016). Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology, consultado el 29 de septiembre de 2016. http:// www.jpl.nasa.gov/news

Figura 9. Campaña de medición en Calakmul, Campeche, 2014.

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CiENCiA EN BREVE

Marte a la vista “¡Marte!”, exclamó el navegante Lusting luego de que su nave, el cohete de “La tercera expedición”, surcara las oscuras soledades del espacio desde aquella tarde en que despegó del hermoso Ohio. La nada siguiendo a la nada, la oscuridad y el tiempo que parecía detenerse. “Era una nave nueva, con fuego en las entrañas y hombres en las celdas de metal, y se movía en un silencio limpio, vehemente y cálido” (Crónicas marcianas, de R. Bradbury). El gran planeta rojo, “el viejo y simpático Marte”, que sigue maravillándonos y sirviendo de inspiración tanto para la especulación científica como para la imaginación literaria. Aunque Bradbury narra en dos o tres frases cómo el cohete desacelera “con una eficiencia metálica en las atmósferas superiores de Marte” para después posarse en un prado verde, la realidad es que estos procesos encierran una gran complejidad, pues no es nada fácil hacer que un objeto descienda en aquel planeta. Hasta ahora, más de 40 misiones se han enviado y son relativamente pocas las que han tenido éxito, por mínimo que éste sea. Apenas en 1976 se logró aterrizar en la superficie marciana; desde entonces, sólo otras cinco ocasiones se ha logrado con naves estadounidenses. Con el lanzamiento de ExoMars 2016, la Agencia Espacial Europea (ESA, pos sus siglas en inglés) ahora quiere sumarse a la NASA y convertirse la segunda potencia espacial en enviar un módulo de aterrizaje y completar con éxito una misión sobre la superficie del planeta rojo. El programa ExoMars consta de dos misiones y un total de cuatro aparatos. En la misión de este año, han viajado a Marte la sonda Schiaparelli, que aterrizará en la superficie, y el satélite TGO, que se situará en órbita alrededor del planeta para analizar

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el metano y otros gases minoritarios de su atmósfera. Para minimizar las probabilidades de fallo catastrófico, los ingenieros espaciales invierten mucho tiempo en garantizar que su vehículo de alta tecnología complete el proceso de entrada en la atmósfera y descenso de forma segura, culminando con el correcto aterrizaje. Son muchos factores que se deben tomar en cuenta, entre otros se consideran cómo lograr una navegación precisa. Las ventanas de lanzamiento se producen cada 26 meses aproximadamente, cuando las órbitas de la Tierra y Marte se encuentran relativamente cerca. Una vez que la nave está en camino hacia Marte, el trayecto suele durar unos seis meses. Asumiendo que su trayectoria se cruce con la órbita del planeta en el momento apropiado, la nave podrá iniciar la fase de entrada atmosférica y descenso, pero hablamos de una entrada balística a gran velocidad en la atmósfera. Aunado a esto, el ángulo de entrada es fundamental: si es demasiado inclinado, la nave podría sobrecalentarse y desintegrarse; si su inclinación es insuficiente, podría rebotar en la atmósfera y perderse en el espacio. La trayectoria de descenso, además, se ve modificada por variaciones en la densidad atmosférica, turbulencias y por la velocidad del viento, así como por pequeñas incertidumbres en la trayectoria, por lo que la ubicación del punto de aterrizaje es bastante imprecisa y suele definirse mediante una elipse de tamaño considerable. Otro factor es la energía, pues se debe decidir cómo alimentar las sondas o robots que son enviados, la mayoría ha sido con paneles solares, pero ahora las misiones de la ExoMars llevarán baterías no recargables, por lo que su actividad se verá limitada a unos pocos días marcianos. En fin, son muchas las cuestiones que encierra un viaje y su respectivo aterrizaje en la superficie del gran coloso rojo, pero si quieres saber más, visita http:// noticiasdelaciencia.com/not/21387/los-riesgos-deaterrizar-en-marte/

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Secuencian genoma del Zika a partir de semen humano   Investigadores del Public Health England (PHE), dependiente del gobierno británico, han solicitado diversas muestras de semen de pacientes infectados con el virus del Zika. La solicitud fue hecha a raíz de que científicos estadounidenses, en 2011, sugirieran que dicho virus se podía transmitir por vía sexual. Con las muestras de semen, el equipo de Barry Atkinson, del PHE, pretende obtener pruebas adicionales sobre esta posibilidad. No obstante que son muchos los estudios que hablan del riesgo de transmisión sexual, pocos laboratorios han tenido éxito al tratar de aislar el virus del Zika a partir de semen de hombres infectados. El virus del Zika, transmitido por los mosquitos, por lo general provoca una enfermedad leve y transitoria, pero puede ser particularmente dañino si se contrae durante el embarazo. Esto se debe a que la infección materna se ha vinculado con un defecto congénito grave llamado microcefalia, en que los bebés nacen con la cabeza y el cerebro demasiado pequeños. Atkinson y sus colaboradores pudieron aislar y secuenciar de manera exitosa este virus a partir de una muestra de semen infectado de un residente convaleciente en el Reino Unido, quien acababa de regresar del archipiélago francés de Guadalupe, en el Caribe; esto representa el primer genoma del virus aislado a partir de semen. Aunque éste es un logro importante, aún quedan muchas preguntas por responder, entre otras cómo el Zika es capaz de transmitirse sexualmente, mientras que virus similares no pueden. La respuesta a ésta y otras preguntas quizá resida en el genoma vírico, pero se necesitarán muchas más secuencias procedentes de semen para verificar si hay cambios que aporten pistas sólidas sobre este tema (fuente: Amazing/DYCIT).   Crean globo a escala manométrica Se ha preguntado, ¿cómo sería utilizar máquinas de tamaño atómico para interactuar con algunos mecanismos de nuestro cuerpo? Se podrían resolver muchos problemas y enfermedades que hoy día presentan verdaderas complicaciones. En un

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estudio llevado a cabo en las universidades de Berkeley, EUA, y de Umeå, en Suecia, un grupo de científicos ha demostrado cómo un nanoglobo (con una molécula de carbono, diez mil veces más delgado que el grosor de un cabello humano) puede ser controlado electrostáticamente para conmutar entre un estado inflado y otro desinflado. Los dispositivos tipo globo inflable existen en la naturaleza, como muestra tenemos a las arañas saltarinas, que crean microcojines llenos de fluido para impulsar sus patas en saltos “explosivos”; basados en estos mecanismos, se han creado aparatos con este principio a nivel macro, para levantar y proteger edificios, por ejemplo; incluso se han creado modelos atómicos para ser utilizados como microbombas. Sin embargo, en la escala nanométrica, estos actuadores, es decir, dispositivos mecánicos cuya función es proporcionar fuerza para mover o hacer “actuar” otro aparato, son prácticamente desconocidos. Hace varios años, investigadores de la Universidad Estatal de Pensilvania, idearon un actuador en forma de nanoglobo, controlado por carga electroestática, basado en el inflado y el desinflado de un nanotubo de carbono. Este diseño teórico ha sido llevado a la práctica en un trabajo de investigación y fabricación experimental realizado por Hamid Reza Barzegar, de la Universidad de Berkeley, y sus colegas. Este equipo ha demostrado cómo un nanotubo de carbono puede ser controlado para transformarse desde un estado colapsado o desinflado a otro inflado y viceversa, aplicando un pequeño voltaje. Este actuador sería capaz de funcionar sin desgaste ni fatiga estructural, con esto se lograría echar andar dispositivos minúsculos en el tratamiento de diversas afecciones, como en el ensanchamiento de arterias o venas que se han estrechado u obstruido (Amazing/DYCIT). Levaduras “come gasolina”, una alternativa para descontaminar ecosistemas Sin duda alguna, todos hemos escuchado de barcos petroleros que por accidente derraman su contenido en las aguas del mar; o pipas de gasolina y diésel que vuelcan y contaminan ríos, arroyos o lagunas, pero poco hemos escuchado sobre la descontaminación de estos lugares. Al respecto, Nathalia Catalina Delgadillo, bióloga

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de la Universidad Nacional de Colombia (UN), constató la presencia de dos levaduras del género Rhodotorula (R. calyptogenae y R. dairenensis) en ambientes contaminados, particularmente en ductos y tanques de gasolina de automóviles. Este hallazgo es muy importante pues en la actualidad hay estudios sobre 150 géneros de bacterias que contienen especies capaces de crecer con hidrocarburos como único proveedor de carbono, elemento fundamental para la vida y energía, pero sólo unos pocos hongos (del género Penicilium) y levaduras (de los géneros Candida y Pichia) han sido estudiados en este sentido. Para la obtención de la muestra, la bióloga frotó con copos de algodón estéril las paredes y los tubos del tanque de gasolina de tres automóviles. Una vez aislada en tubos de ensayo y conservada a 4°C, inició el proceso de comprobación, el cual constató que las levaduras encontradas, 17 en total, podían crecer en hidrocarburos aromáticos, reconocidos por sus olores intensos, normalmente agradables, y por su alta complejidad de degradación. Los compuestos escogidos para probar estas levaduras fueron naftaleno, un sólido blanco producido naturalmente al quemar combustibles; fenantreno, presente en el humo del cigarrillo, y pireno, sustancia potencialmente carcinógena que contienen algunos alimentos. Según la investigadora, aunque las levaduras no registraron un crecimiento similar a las utilizadas como controles, éste fue relevante, pues utilizan los hidrocarburos como nutrientes y fuentes de energía para su desarrollo, además generan enzimas útiles para que los hidrocarburos se fragmenten, es decir, transformen su estructura química, sean sustancias menos nocivas y permitan que otros microorganismos del medioambiente puedan degradarlas con facilidad. Estrategias como esa serán de gran ayuda para la sostenibilidad ambiental, pues a diario escuchamos noticias de grandes desastres que poco a poco acaban con nuestras reservas naturales (fuente: UN/DICYT). “Anteojos” para tratar las cataratas   Mi abuela y mi bisabuela sufrieron de cataratas. Como ellas, cientos de personas alrededor del mundo sufren esta terrible enfermedad que en su estado más avanzado ocasiona ceguera. Pero qué es lo que causa esta

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condición, según Pablo Artal, catedrático de Óptica de la Universidad de Murcia, la pérdida de visión que producen las cataratas se origina porque los rayos de luz se dispersan al volverse lechoso el cristalino y la luz no llega correctamente a la retina. Se sabe que esta enfermedad puede ser controlada con una operación, la cual, en muchos países puede ser muy costosa, por lo que el Laboratorio de Óptica de la Universidad de Murcia (LOUM), en España, ha logrado un avance tecnológico primordial para poder desarrollar unas lentes que permiten a las personas aquejadas de cataratas ver sin necesidad de someterse a una intervención quirúrgica, como si se tratara de unos anteojos para corregir la miopía o el astigmatismo. El equipo del LOUM ha diseñado un oftalmoscopio capaz de obtener imágenes de la retina a través de la opacidad del cristalino del ojo humano, que es lo que origina esta patología causante de la mitad de los casos de ceguera que se diagnostican en el mundo. La solución técnica que han ideado los investigadores se fundamenta en el uso de una cámara de un único píxel. Benjamin Lochocki, el primer autor en el trabajo, publicado en la Revista Óptica, que edita la Sociedad Americana de Óptica (OSA), detalla que “las cámaras convencionales forman las imágenes del entorno sobre un sensor de dos dimensiones con millones de píxeles. En nuestro caso, hemos sustituido esto por un único píxel; y para obtener la información de la imagen recurrimos a un ‘truco’ que consiste en registrar muy rápidamente los valores de la intensidad de la luz que llega a este píxel cuando se proyectan sobre la imagen diferentes patrones que codifican la imagen” (Fuente: Universidad de Murcia). El nacimiento de las estrellas Cuando alzamos los ojos al cielo, en una noche estrellada, podemos contemplar el ejército celeste tintineando en el firmamento; llenando de pequeñas luces la gran bóveda oscura. Miles de pensamientos nos asaltan, pues el panorama es majestuoso, no en balde el género humano se ha preguntado su existencia, su futuro y muchas cosas más observando las estrellas. Éstas han sido guía en los largos caminos de los navegantes, o en las interminables jornadas de los viajeros nocturnos.

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Pero cómo es que se generan estos cuerpos. Sus lugares de nacimiento son enormes nubes frías formadas por gas y polvo, conocidas como ‘nebulosas’. Estas nubes comienzan a encogerse por obra de su propia gravedad. A medida que una nube pierde tamaño, se fragmenta en grupos más pequeños. Cada fragmento puede finalmente volverse tan caliente y denso que se inicia una reacción nuclear. Cuando la temperatura alcanza los 10 millones de grados centígrados, el fragmento se convierte en una nueva estrella. Cabe resaltar que muy pocas veces se ha observado este fenómeno, debido a que sucede de forma relativamente rápida en términos astronómicos. En este sentido, investigadores a bordo del Observatorio Estratosférico para Astronomía Infrarroja –de la NASA y del Centro Aeroespacial Alemán– instalado en un avión Boeing 747SP, altamente modificado y que transporta como componente clave un telescopio con un diámetro efectivo de 2.54 m, observan y analizan el colapso de partes de seis nubes interestelares en su evolución hacia su transformación en nuevas estrellas que serán mucho más grandes que nuestro Sol. El equipo de Friedrich Wyrowski, del Instituto Max Planck de Radioastronomía en Bonn, Alemania, rastreó esta etapa de desarrollo en nueve estrellas embrionarias (protoestrellas), mediante la medición de los movimientos del material dentro de ellas. El equipo encontró que seis de las nueve protoestrellas están activamente colapsándose. La adición de estas seis protoestrellas en pleno colapso a la lista previa de menos de una docena en esta misma etapa de su desarrollo, constituye una importante ampliación del catálogo (fuente: Amazings/NCYT). Matemáticas médicas “¿Y yo para qué necesito saber matemáticas avanzadas, si voy a ser doctor?”. Aunque parece una pregunta de un estudiante de secundaria al que no le gusta esa materia, en realidad es un cuestionamiento que se hace más de un estudiante de medicina. Lo cierto es que las matemáticas son parte fundamental del conocimiento humano, cualquiera que sea la rama que se estudie. En el caso de la medicina, investigadores de la Universidad Carlos III de Madrid (UC3M) han llevado a cabo un estudio que describe matemáticamente cómo crecen los tumores. El objetivo es conocer cómo se mueven los vasos

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sanguíneos respecto al tumor, según los autores, se sabe que forman un solitón; es decir, una onda solitaria que se propaga sin deformarse en un medio no lineal, parecida a las ondas de un tsunami o como las que se forman en una acequia cuando se ha parado el agua con un ladrillo y éste se quita de repente. Al conocer este movimiento, se puede controlar la onda y de esta manera retardar su crecimiento, o bien hacer que los vasos sanguíneos no lleguen al tumor y no lo puedan alimentar. En el estudio, publicado en la revista Scientific Reports, los científicos han realizado una descripción matemática mediante ecuaciones diferenciales de la densidad de vasos sanguíneos asociados al crecimiento de los tumores. Además, han confirmado este modelo mediante simulaciones numéricas. Este modelo se ha aplicado en particular a la angiogénesis, es decir, el proceso de generación y crecimiento de los vasos sanguíneos, un mecanismo natural que se activa cuando a algunas células no les llega oxígeno y secretan factores de crecimiento. Estas sustancias alcanzan algún vaso sanguíneo y entonces sus paredes se abren y salen capilares que avanzan hacia la región que emite los factores de crecimiento, llevando allí oxígeno y nutrientes. El entendimiento y control de esta enfermedad tiene una enorme importancia en la medicina actual y futura, dicen los autores, pues identificar el solitón como el motor de la angiogénesis sugiere la posibilidad de controlar este proceso complejo a través del análisis de las coordenadas colectivas del solitón, que son muchísimo más simples. Esto puede ser un primer paso importante para el entendimiento y control de la angiogénesis inducida por tumores a través de modelos teóricos. Fuente: Bonilla, L.L., et al. (2016). Soliton driven angiogenesis. Scientific Reports. 6: 31296. Octobot, el primer robot blando totalmente autónomo ¿A quién no le gustan las peleas de robots, en las que las piezas de estos mecanismos salen volando por todos lados?, ¿o quién no ha visto el baile de robot, o bien, ha imitado el movimiento de éstos? Por lo general, al hablar de robots nos imaginamos máquinas rígidas, con movimientos muy mecanizados, pues presentan dificultad para doblar cada una de sus partes. La rigidez de estas máquinas se

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debe primordialmente a sus componentes estructurales y de alimentación energética. Al respecto, un equipo de investigadores, liderado por la Universidad de Harvard (EUA), ha creado Octobot, un robot blando con forma de pulpo y totalmente autónomo. Ryan Truby, científico del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard, explica que muchos grupos de investigación de todo el mundo están interesados en la creación de robots hechos de materiales blandos, pero estos sistemas requieren fuentes de energía y electrónica convencionales que dificultan su desarrollo y sus posibles aplicaciones. El equipo de Truby resolvió el reto al combinar combustible peróxido de hidrógeno y un circuito lógico de microfluidos, con lo cual logró hacer un robot blando y autónomo sin necesidad de recurrir a las fuentes de energía ni a los sistemas electrónicos típicos. Así, para fabricar a Octobot utilizaron una mezcla de litografía blanda, piezas de fundición y una nueva técnica de impresión 3D embebida llamada EMB3D. Aunque Octobot sólo tiene una autonomía de 10 minutos, se plantea que el diseño permitirá en el futuro, que estos robots funcionen con duraciones mucho más amplias. Respecto a las aplicaciones, Truby destaca que este tipo de robots blandos son más seguros y adecuados en aplicaciones que incluyan una interfaz entre máquinas y humanos. Podrán ser usados en biomedicina y en tecnología wearable, es decir, aparatos y dispositivos electrónicos que se incorporan en alguna parte de nuestro cuerpo interactuando continuamente con el usuario y con otros dispositivos con la finalidad de realizar alguna función específica. Fuente: Wehner, M., et al. (2016). An integrated design and fabrication strategy for entirely soft, autonomous robots. Nature, 24 agosto 2016. Registran áreas desconocidas de la corteza cerebral “Está vivo, vivo”, así traducen algunos países la frase que menciona el Dr. Frankenstein al dar vida a un hombre hecho a partir de diversas partes de otros cuerpos, entre éstas un cerebro. Al ver esta película o leer la novela de M. Shelley no podemos evitar preguntarnos ¿cómo es posible hacer esas conexiones?, es decir, ¿cómo conectar el cable rojo y el azul del cerebro con los correspondientes del cuerpo para que éste pueda funcionar?

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Durante años se pretendió hacerlo mediante lobotomías o bien “robando” el cerebro de algunas personas fallecidas con el fin de diseccionarlos, estudiarlos y saber más acerca de este órgano indispensable para la vida humana. El desarrollo de un mapa preciso y de alta resolución de la arquitectura microestructural (o estructura local), la conectividad y la función del cerebro humano ha sido, durante mucho tiempo, un objetivo difícil de alcanzar de la neurociencia, debido a problemas técnicos. Aunque se pudo avanzar creando mapas de la corteza cerebral, muchas veces, hasta la fecha, eran incompletos e incompatibles. Pero investigadores de la Universidad de Washington (San Luis, EUA) y de otras instituciones internacionales han realizado un mapa de 97 nuevas áreas de la corteza cerebral humana, además de confirmar otras 83 que ya se conocían previamente. Para ello, han desarrollado un software que detecta automáticamente la huella digital de cada una de estas áreas en los escáneres cerebrales de un individuo. Financiado por los Institutos Nacionales de Salud de EUA (NIH), a través de su Proyecto Human Connectome (HCP), este software ha mapeado las áreas mediante la incorporación de datos procedentes de múltiples medidas de imagen cerebral no invasiva que se corroboran entre sí. Los investigadores han creado este nuevo mapa perfeccionado del cerebro usando diversos tipos de imágenes por resonancia magnética para medir la arquitectura cortical, la actividad, la conectividad y la topografía del córtex de 210 adultos jóvenes sanos, participantes en el proyecto HCP. Además de sus aplicaciones en neurocirugía, este mapa también podrá servir para indagar sobre la evolución cognitiva de los seres humanos en comparación con otros primates. Fuente: Glasser, M.F., et al. (2016). A multi-modal parcellation of human cerebral cortex. Nature. 20 julio 2016. Sistema solar con dos estrellas y tres discos de formación planetaria En la escuela primaria, aprendimos que nuestro planeta gira alrededor del Sol, y que, además de la Tierra, hay otros planetas que hacen lo mismo: es el sistema solar. Hay diversos

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sistemas planetarios que siguen más o menos el mismo modelo: una estrella con un anillo de planetas orbitando a su alrededor. Así lo sabíamos… hasta ahora, pero el equipo de Christian Brinch, del Instituto Niels Bohr, de la Universidad de Copenhague, en Dinamarca, ha descubierto un sistema solar que consiste en dos estrellas con tres discos de acreción (término que se utiliza para nombrar el crecimiento de un cuerpo por agregación de cuerpos menores) formadores de planetas, girando a su alrededor. Cada una de estas estrellas tiene su propio disco protoplanetario, pero, además, existe un tercer disco compartido. Los tres discos protoplanetarios están desalineados entre sí. Cuando se crea una nueva estrella sigue girando –junto con el resto de gas y polvo de la nebulosa– hasta que forma un disco. Los materiales se acumulan

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y forman grumos cada vez más grandes, los cuales, finalmente, se convierten en planetas, y… ¡zaz!, tenemos entonces un sistema planetario o un sistema solar. Muchas veces no es sólo una, sino dos estrellas las que se forman en el centro de la densa nube de gas y polvo. A estos sistemas se les llama estrella binaria, sus componentes se mantienen más o menos cerca por los efectos de la gravedad de ambas estrellas que orbitan una alrededor de la otra, con el centro desplazado hacia la de mayor masa, es decir, hacia la más grande. Por todo lo anterior, lo descubierto por Brinch y su equipo es una rareza, pues se trata de una estrella binaria con no solo dos, sino con tres discos de gas giratorios. Estos cuerpos celestes se hallan a unos 400 años-luz de la Tierra, tienen entre 100 mil y 200 mil años y podría haber empezado ya la formación planetaria en sus discos (fuente: Amazings/NCYT).

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COLABORADORES Alejandro Monsiváis Huertero Ingeniero en telecomunicaciones por la UNAM. Maestro en microondas y telecomunicaciones ópticas, y doctor en microondas, electromagnetismo y optoelectrónica por la Universidad Paul Sabatier, Francia. Investigador del ESIME Ticomán, IPN. Alfredo Chimely Castillo Técnico en electrónica por el CBTIS 103. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UTA. Ángel Enrique Sánchez Colín Licenciado en física por la UABC. Maestro por la Universidad de Granada, España. Doctor por el Instituto de Radio Astronomía Max Planck, Alemania. Profesor-investigador en la UANL. Miembro del SNI, nivel I. Antonio Gómez Roa Ingeniero electrónico y maestro en modelado de altas frecuencias para amplificadores PHEMT por la UABC. Tiene certificación en satélites por la UNISEC. Representante de la UNISEC México en Baja California y de la Red Temática Nacional Aeronáutica del Conacyt. Antonio Mosqueda Sánchez Ingeniero metalúrgico, en el área de metalurgia física, con especialidad en materiales metálicos y materiales compuestos, y maestro en ciencias, con especialidad en ingeniería metalúrgica, por el IPN. Labora en la ESIME Ticomán, IPN. Arturo Sánchez Mendoza Estudiante de la carrera de Ingeniería en Electrónica en el ITP. Bárbara Bermúdez Reyes Doctora en metalurgia y ciencias de los materiales por la UMSNH. Profesora-investigadora del Centro de Investigación e Innovación en Ingeniería Aeronáutica de la UANL. Representante nacional de UNISEC México. CIENCIA UANL / AÑO 19, No. 81, SEPTIEMBRE-OCTUBRE 2016

Pertenece a la Red de Ciencia Tecnología Espacial y a la AIAA. Certificada en satélites cansat por la Keio University-UNISEC y en pruebas térmicas, mecánicas y de vacío en satélites por el Instituto de Tecnología de Kyushu. Miembro del SNI, nivel I. Carlos Romo Fuentes Ingeniero en telecomunicaciones por la UNAM. Maestro en sistemas de telemetría satelital y doctor en diseño de satélites bajo criterios de compatibilidad electromagnética, ambos por el Instituto de Aviación de Moscú. Profesor de tiempo completo en la UNAM. Responsable técnico del Laboratorio de Compatibilidad Electromagnética de la UAT FI UNAM campus Juriquilla; de la Red Temática de Ciencia y Tecnología del Espacio del Conacyt, y del Proyecto Satelital Quetzal. Christian Arturo Saavedra Ceballos Técnico en comunicaciones y serie en físico matemático por el Colegio de Bachilleres del Estado de Sonora. Estudiante de Ingeniería Electrónica en el ITN. Darío Manuel Zúñiga Rosales Estudiante de la Licenciatura en Física en la FCFM-UANL. David Emmanuel Coca Guevara Estudiante de Electrónica en el ITP. Diego Mckinnon Govela Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UTA. Eliu Jair Benítez Hernández Técnico en electrónica por el CBTIS 103. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en el IEST. Enrique Zempoaltecatl Ramírez Ingeniero electricista y maestro en ingeniería aeronáutica por el IPN. Profesor del posgrado de la ESIME Ticomán, IPN. 95


Erick Alberto Méndez Mendoza Técnico en electrónica por el CETIS 128. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en el ITN. Erik Alberto Paulín Rodríguez Técnico en electrónica por el CETIS 109. Estudiante Ingeniería en Mecatrónica en el IEST. Gerardo Antonio Lira Ibarra Técnico en mecatrónica industrial por la EIAO. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la FIME-UANL. Gerardo Vera Castelán Estudiante de Ingeniería en Electrónica en el ITP. German Garzón Manjarrez Técnico en electrónica por el CETIS 128. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en el ITN. Gustavo Adolfo Castillón Ramírez Técnico en electrónica por el CETIS 128. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en el ITN. Hermes Moreno Álvarez Profesor-investigador de la UACH. Miembro activo de la UNISEC México. Homero Domínguez Barranco Egresado del Telebachillerato Peña de Afuera, Veracruz. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UTA. Jaime Arturo Castillo Elizondo Ingeniero administrador de sistemas por la UANL. Master en administración, con especialidad en recursos humanos y doctor en educación. Profesor titular de tiempo completo. Miembro del SNI, nivel I. Director de la FIME-UANL. Jonathan Hernández Maya Técnico en electrónica por el CECATI 24. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UTA. Jordán Sombrerero Espinoza Egresado del Colegio de Bachilleres del Estado de Puebla, plantel 10. Estudiante de Ingeniería en TICS en el ITST.

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Jorge Alfredo Ferrer Pérez Doctor en ingeniería aeroespacial y mecánica por la Universidad de Notre Dame. Profesor-investigador de la UNAM. José Carlos Jiménez Escalona Ingeniero en aeronáutica; maestro y doctor en física de la atmósfera por la UNAM. Realizó una estancia postdoctoral en el Instituto de Geofísica de la UNAM. Profesor-investigador en el área de percepción remota satelital de la ESIME Ticomán del IPN. José Guadalupe Nava Zavala Egresado de la EIAO. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la FIME-UANL. José Noel del Ángel Polanco Estudiante de Ingeniería en Mecatrónica en el IEST. José Raúl Flores Machorro Estudiante de Ingeniería en TICS en el ITST. José Santos Tienda Bazaldúa Técnico en mecatrónica industrial, en modalidad bilingüe progresivo con acentuación en inglés, por la EIAO Unidad Linares. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la FIME-UANL. Josué Mancilla Cerezo Ingeniero electrónico por el ITP. Labora en el Departamento de Ingeniería en Tecnologías de la Información y Comunicaciones del ITST. Juan Carlos Hernández Sánchez Ingeniero aeronáutico y maestro en ingeniería aeronáutica por el IPN. Estudiante de la Maestría en Ciencias en Ingeniería Aeronáutica y Espacial en el IPN. Realizó una estancia de investigación en el Centro de Aplicaciones e Investigación en Percepción Remota de la Universidad de Sherbooke. Juan Julio César Campas Buitimea Técnico en electrónica por el CETIS 128. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en el ITN.

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Julio César Saucedo Morales Licenciado en física por la Unison. Maestro en física por la Arizona State University, EUA. Doctor en astronomía por la University of Arizona, EUA. Profesor-investigador del Departamento de Investigación en Física de la Unison. Lorenzo Olguín Ruiz Licenciado en física por la Unison. Maestro y doctor por la UNAM. Profesor de tiempo completo del Departamento de Investigación en Física de la Unison. Luis Ángel Avalos de la Cruz Egresado del CBTIS 189 en Matamoros, Tamaulipas. Estudiante de Ingeniería Aeronáutica y Electricidad Industrial, ambas en la FIME-UANL. Luis Enrique Gómez Vanegas Licenciado en letras hispánicas por la FFyL-UANL. Autor del libro Soledades. Es corrector y revisor bibliográfico de la revista CienciaUANL y revisor de Entorno Universitario, de la Preparatoria 16-UANL. Marcelo Núñez Aguilar Estudiante de la Universidad Tecnológica de Altamira. María Eugenia Contreras Martínez Licenciada en física y matemáticas por el IPN. Maestra y doctora por la UNAM. Investigadora posdoctoral en la Unison. María Poliakova Adscrita a la Escuela de Idiomas de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Especialista en lingüística y traductora e intérprete de ruso-español-ruso, ruso-inglés-ruso. Mariela Serrano Centeno Estudiante de Ingeniería en TICS en el ITST. Mayra Báez Landa Estudiante de Ingeniería en TICS en el ITST. Miguel Ángel Mar Hernández Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UTA.

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Osborne Reinhardt Moreno Técnico en electrónica por el CETIS 78. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UTA. Óscar Martínez Hernández Ingeniero electrónico y maestro en ciencias de la ingeniería eléctrica por el ITCM. Profesor de asignaturas de la carrera de Ingeniería en Mecatrónica. Miembro activo y representante oficial del Estado de Tamaulipas en la UNISEC. Pablo César Nieto Martínez Estudiante Ingeniería Mecatrónica en el IEST. Patricia Zambrano Robledo Ingeniera mecánica; maestra en ciencias de la ingeniería mecánica, con especialidad en materiales, y doctora en ingeniería de materiales por la UANL. Miembro de SNI, nivel I, y de la AMC. Directora de Investigación de la UANL. Rafael Morales Ramírez Técnico en informática. Estudiante de Ingeniería Electrónica en el ITP. Rafael Vargas Bernal Ingeniero en comunicaciones y electrónica por la UG. Maestro y doctor en ciencias, con especialidad en electrónica, por el INAOE. Profesor-investigador en el ITESI. Miembro del SNI, nivel I; pertenece ala Red Nyn, la Redcyte y a la RTNA, todas del Conacyt. Rei Kawashima M.A. Estudios de liderazgo por la Azusa Pacific University, EUA y M.S.S. por la International Space University, Francia. Cofundadora y colaboradora por la University Space Engineering Consortium (UNISEC). Ricardo Castillo Pérez Estudiante Ingeniería Mecatrónica en el IEST. Rodrigo Flores Santiago Técnico superior universitario en mecatrónica, con especialidad en automatización, por la UTA. Estudiante de Ingeniería Mecatrónica en la UAA.

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Rodrigo Nava Amezcua Licenciado en administración militar. Piloto aviador militar del Estado Mayor Aéreo en la FAM y la Sedena. Especialista en geopolítica por el Centro de Estudios Superiores Navales. Actualmente ostenta el grado de mayor. Rogelio Juvenal Sepúlveda Guerrero Licenciado en ciencias computacionales y maestro en teleinformática por la UANL. Profesor de tiempo completo y director de la FCFM-UANL.

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Rosa María Martínez Galván Maestra en optoelectrónica por la BUAP. Profesora del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica, del ITP. Silvia Karina Reyes Lio Ingeniera electrónica por el ITN. Profesora en el Departamento de Ciencias Básicas en el ITN. Telma Saraí Encarnación Cortes Egresada del CETIS 151. Estudiante de Ingeniería en TICS en el ITST. Residente profesional en el INAOE.

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INFORMACIÓN PARA LOS AUTORES

La revista CIENCiAUANL tiene como propósito difundir y divulgar la producción científica, tecnológica y de conocimiento en los ámbitos académico, científico, tecnológico, social y empresarial. CiENCiAUANL está dirigida al público abierto, con y sin preparación universitaria, a científicos, académicos, tecnólogos, investigadores y estudiantes de todas las áreas profesionales, así como a alumnos de bachillerato y secundaria interesados en aumentar sus conocimientos y fortalecer su perfil cultural. En sus páginas se presentan avances de investigación científica, desarrollo tecnológico y artículos de divulgación en cualquiera de las siguientes áreas: ciencias exactas, ciencias de la salud, ciencias agropecuarias, ciencias naturales, humanidades, ciencias sociales, ingeniería y tecnología y ciencias de la tierra. Asimismo, se incluyen artículos de difusión sobre temas diversos que van de las ciencias naturales y exactas a las ciencias sociales y las humanidades (física, lógica, filosofía, historia, ecología, geología, antropología, matemáticas, biología, medicina, historia, astronomía, evolución, etcétera). Se invita a todos los profesores, estudiantes e investigadores a enviar sus artículos tanto de difusión como de divulgación. Las colaboraciones deberán estar escritas en un lenguaje claro, didáctico y accesible correspondiente al público objetivo, con un discurso que aproveche al máximo los recursos narrativos, literarios y gramaticales. Según sea el caso (divulgación o difusión), se deben seguir los siguientes criterios editoriales. Criterios editoriales (difusión) • No se aceptarán trabajos que no cumplan con los criterios y lineamientos indicados. Sólo se aceptan artículos originales, entendiendo por ello que el contenido sea producto del trabajo directo y que una versión similar no se ha publicado o enviado a otras revistas.

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• Los autores deben demostrar haber trabajado y publicado en el tema del artículo. • El artículo debe ofrecer una panorámica clara del campo temático. • El artículo debe ser ordenado. Separar las dimensiones del tema y evitar romper la línea de tiempo. • Debe considerarse la experiencia nacional y local, si la hubiera. • No se aceptan reportes de mediciones. Los artículos deben contener la presentación de resultados de medición y su comparación, también deben presentar un análisis detallado de los mismos, un desarrollo metodológico original, una manipulación nueva de la materia o ser de gran impacto y novedad social. • Sólo se aceptan modelos matemáticos si son validados experimentalmente por el autor. • No se aceptarán trabajos basados en encuestas de opinión o entrevistas, a menos que aunadas a ellas se realicen mediciones y se efectúe un análisis de correlación para su validación. • Para su consideración editorial, el autor deberá enviar el artículo vía electrónica en formato .doc de Word, así como el material gráfico (máximo cinco figuras, incluyendo tablas), fichas biográficas de cada autor de máximo 100 palabras y carta firmada por todos los autores (formato en página web) que certifique la originalidad del artículo y cedan derechos de autor a favor de la UANL. • Los originales deberán tener una extensión máxima de cinco páginas (incluyendo figuras y tablas) de acuerdo al formato que a continuación se especifica: - Formato. Tamaño carta; el margen superior deberá ser de 2.5 cm. y el resto de 2 cm. - Título. Máximo dos renglones, tipografiado en altas y bajas, tipo Times New Roman a 24 puntos, con interlínea normal, en negritas. - Nombre del autor o autores. En mayúsculas con alineación al margen derecho, misma fuente 99


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tipográfica en 12 puntos, asterisco sobrescrito al final. Adscripción. Colocarla en pie de página de la 2a. columna antecedida por un asterisco, en tipografía Times New Roman de 8 puntos. Cuerpo del texto. A dos columnas, con tipografía Times New Roman de 10 puntos, justificado. Resúmenes. No mayores de 100 palabras tanto en inglés como en español. Incluir a lo sumo cinco palabras clave tanto en inglés como en español para ser utilizadas en índices. Deben ubicarse al terminar el cuerpo y antes de las referencias. Misma tipografía que el cuerpo. Referencias. Deberán ser numeradas y aparecerán en el orden que fueron citadas en el texto, utilizando la misma tipografía del cuerpo. Las fichas bibliográficas deberán contener los siguientes datos: autores o editores, título del artículo, nombre del libro o de la revista, lugar, empresa editorial, año de la publicación, volumen y número de páginas. Subtítulos. Tipografía Times New Roman, 10 puntos, en negritas. Notas al pie. Times New Roman, 8 puntos. Material gráfico (incluye figuras, imágenes y tablas). Mínimo dos, máximo cinco a una o dos columnas, máximo media página, todas las imágenes deberán ser de al menos 300 DPI. Pie de gráficos. Tipografía Times New Roman, itálica de 9 puntos. Deberán evitarse en lo posible las notas a pie de página.

Criterios editoriales (divulgación) • Los contenidos científicos y técnicos tienen que ser conceptualmente correctos y presentados de una manera original y creativa. • Todos los trabajos deberán ser de carácter académico. Se debe buscar que tengan un interés que rebase los límites de una institución o programa particular. • Sólo se reciben para su publicación materiales originales e inéditos. Los autores, al enviar su trabajo, deberán manifestar que es original y que no ha sido postulado en otra publicación.

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• Tendrán siempre preferencia los artículos que versen sobre temas relacionados con el objetivo, cobertura temática o lectores a los que se dirige la revista. • Para su mejor manejo y lectura, cada artículo debe incluir una introducción al tema, posteriormente desarrollarlo y finalmente plantear conclusiones. Se recomienda sugerir bibliografía breve, para dar al lector posibilidad de profundizar en el tema. El formato no maneja notas a pie de página. • Las referencias no deben extenderse innecesariamente, por lo que sólo se incluirán las referencias citadas en el texto y deberán numerarse en el orden de su aparición dentro del cuerpo y en el apartado de referencias. Nunca se sustituirá con raya el nombre de un autor cuando éste tenga más de una referencia. La exactitud de las referencias bibliográficas es responsabilidad del autor. • Los artículos deberán tener una extensión máxima de cinco cuartillas y una mínima de tres, incluyendo tablas, figuras y bibliografía. En casos excepcionales, se podrá concertar con el editor responsable de CiENCiAUANL una extensión superior, la cual será sometida a la aprobación del Consejo Editorial. Todas las siglas citadas deberán ser aclaradas en su significado y no se incluirán en el título del trabajo salvo que sean de conocimiento general. • Si se desea incluir figuras, dibujos, fotografías o imágenes digitales, éstas deberán ser de al menos 300 DPI. CiENCiAUANL sólo utiliza figuras y tablas, en ellas se incluyen los cuadros, imágenes, fotos, gráficas, etcétera. • Los documentos deberán enviarse en Microsoft Word (con extensión .doc). El artículo deberá contener claramente los siguientes datos en la primera cuartilla: título del trabajo (de preferencia breve, que refiera claramente el contenido), autor(es), institución y departamento de adscripción laboral (en el caso de estudiantes sin adscripción laboral, referir la institución donde realizan sus estudios), dirección de correo electrónico. Nota importante Todas las colaboraciones, sin excepción, serán evaluadas; en el caso de los artículos de investigación (difusión) serán arbitrados por especialistas por área

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Ciencia UANL 19-81  

Revista Ciencia UANL 19 -81, Septiembre - Octubre 2016

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