CBL - Campus del Baix Llobregat

Projecte llegit

Títol: Automation of the determination of Inertia Tensors of CubeSats using torsion pendulum period measurements

Estudiants que han llegit aquest projecte:

Director/a: GIL PONS, PILAR

Departament: FIS

Títol: Automation of the determination of Inertia Tensors of CubeSats using torsion pendulum period measurements

Data inici oferta: 03-02-2020     Data finalització oferta: 03-10-2020


Estudis d'assignació del projecte:
    GR ENG SIS TELECOMUN
    GR ENG SIST AEROESP
Tipus: Individual
 
Lloc de realització: EETAC
 
Segon director/a (UPC): GUTIÉRREZ CABELLO, JORDI
 
Paraules clau:
CubeSat Tensor de inercia Programa Simullación
 
Descripció del contingut i pla d'activitats:
Abstract:
Context: CubeSats constitute the most extended standard of small satellites, whose presentation in the late 1990’s revolutionized the space industry. Their limited, size, the implementation of off-the-self components and consequently, their low-cost, opened possibilities in the space sector to academic institutions, to the private sector, and to developing countries.

Aims: As in the case of larger standard satellites, attitude control is critical for the success of CubeSat missions. Specifically, a good attitude control requires a good knowledge of the inertia tensor of the satellite. In this work, we use the preliminary design of a torsion pendulum aimed to the measurement of the inertia tensor of CubeSats. We refine this preliminary design and develop a code which will use as inputs specific configurations or positions of a CubeSat in the pendulum, and the corresponding period measurements of the pendulum. The outputs of our code will be the associated moments of inertia and, ultimately, the inertia tensor of the CubeSat we are interested in, together with the calculated precision of our measurements.

Methods: We will use basic concepts of rotational mechanics, namely, the concept of inertia tensor, rotation matrices and the Parallel Axes Theorem, as well as Euler equations for rotation. This information will be implemented in a MatLab code.

Results: We expect to develop a user friendly MatLab code, and make it available for future users of the torsion pendulum. This code will be complemented with a clear users’ manual, which will facilitate the interpretation of period measurements and the coherence in inertia tensor derivations.
 
Overview (resum en anglès):
Contexto: Los CubeSats constituyen el estándar de satélites pequeños más extendido, prácticamente desde que fueron presentados a finales de la década de 1990. Los CubeSats revolucionaron la industria espacial. Gracias a su pequeño tamaño y por el hecho implementar componentes comercializados, su coste es muy bajo, y con ello abren posibilidades de exploración espacial a instituciones educativas, al sector privado y a países en vías de desarrollo.


Objetivos: Tal y como ocurre con satélites de mayor tamaño, el control de actitud puede resultar crítico para el éxito de su misión, y dicho control de actitud requiere un buen conocimiento del tensor de inercia del satélite.
En este trabajo, partimos del diseño preliminar de un péndulo de torsión destinado a obtener tensores de inercia de CubeSats. Nuestro objetivo es desarrollar un código que utilice como datos de entrada las configuraciones específicas que le demos al CubeSats situado sobre el péndulo, así como las correspondientes medidas de periodo de oscilación. Como información de salida ofrece la posición del centro de masas del péndulo, sus momentos de inercia y, finalmente, el tensor de inercia completo para el sistema de referencia deseado y la precisión de los datos de salida.
El programa desarrollado se puede utilizar para mejorar el diseño del péndulo original.

Métodos: Aplicaremos conceptos y leyes básicos de mecánica de rotación (e.g. centro de masas, tensor de inercia, teorema de ejes paralelos, matrices de rotación, ecuaciones de Euler para rotación). Dicha información y el diseño del péndulo de torsión propuesto en un trabajo anterior serán utilizados para implementar un código en Matlab.

Resultados: El principal resultado de nuestro trabajo es el programa en Matlab, flexible en cuanto opciones de uso y a la vez sencillo para el usuario. El programa cumple todos los requisitos inicialmente propuestos, e incluso otros adicionales relacionados, sobre todo, con la posibilidad de simular experimentos y con el cálculo de errores en los datos de salida.
Se podrá utilizar para refinar el diseño del péndulo inicialmente propuesto.
Además, estará disponible para futuros usuarios del péndulo de torsión, una vez construido, junto con la correspondiente memoria, que se espera que sirva como manual de instrucciones detallado. Todo ello facilitará la interpretación de las medidas y cálculos, y la coherencia en la derivación de los tensores de inercia.

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