MoonVideoContest

Concurso Video Lunar

Dentro del programa de espacio WikiLauncher en el que estamos desarrollando una mini-lanzadera que pondrá en órbita pequeños satélites, queremos hacer una visita a la luna y queremos involucrar a la comunidad en esta hazaña. La fecha del lanzamiento no está aún decidida pero será un viaje de unos 4 días de duración que acabará estrellándose en la luna.

EL OBJETIVO: Desarrollar tecnologías de bajo coste accesible a todos los públicos y que permita abaratar el acceso y explotación de los recursos queel espacio ofrece, de manera que no sea un monolopio de las agencias espaciales.

Aquí tenéis un vídeo donde se explica un poco nuestra filosofía (Quequicom)

Bases del concurso

Mi grupo desarrollará y validará un módulo de comunicaciones que descargue durante el viaje imágenes de la luna a medida que se acerca basado en las propuestas que nos hagan llegar los radio-aficionados. Los requerimientos se exponen en esta página e irán evolucionando a medida que vosotros hagáis preguntas y lleguemos a un consenso.

Como premio, el diseño será expuesto en esta página y será abierto de manera que cualquiera pueda construirlo en su casa o bien pueda recibir las imágenes de la luna que cualquiera de nosotros envíe a la tierra. Todas las propuestas o preguntas deben hacerse en el siguiente foro de radio-aficionados españoles de la URE. Lo que si os pido es que seáis respetuosos unos con otros. No lo sabemos todo pero juntos queremos llegar a hacer esta hazaña que para algunos es irrealizable. (Joshua Tristancho)

Requerimientos

• Frecuencia: Aun por determinar pero debería ser en el rango de 900 MHz a unos 2.4 GHz pero en todo caso hemos de sopesar las ventajas de ciertas frecuencias respecto a los inconvenientes legales que puedan presentar. El efecto doppler puede ser un problema debido a la velocidad del cohete (unos 11 km/s). Mi deseo es que usemos frecuencias de radio-aficionados para que el control del tráfico sea vuestro. En todo caso no hablamos de actividad comercial si no puramente amateur. La propuesta de EA1BLA es aumentar la potencia de transmisión y subir en frecuencia. Por poner un ejemplo comparativo: a 7.1 Ghz la antena receptora sería de 16 metros de diámetro, a 5.8 Ghz sería de 20 metros, a 2.4 Ghz sería de 50 metros y 432 Mhz sería de 300 metros como el radiotelescopio de Arecibo.
• Ancho de banda: De momento tenemos que nos gustaría mandar imágenes de color RGGB de 640x480 cada 15 minutos (Según propuso EA3HAH), de manera que se descargara en 4 minutos. Si haces números esto supone 10 kbps (kilobits por segundo).
• Potencia: Hablamos de 1 watio de potencia de transmisión (No más de 10 W como comentan EA4EOZ y EA2AAJ). Queremos usar baterías de LiPoly de unos 600 mAh por lo que el uso de la potencia debe ser dosificado. Estas baterías son 4 C por lo que soportan picos de 2400 mA. Si es necesario podemos poner más baterías de estas pero a más baterías, más paneles solares. Habrá que considerar cómo cargar la batería y qué ciclos de carga se quiere hacer en la misión. La propuesta de EA1BLA es aumentar la potencia de transmisión y subir en frecuencia. Por cada 6 dB en la antena de transmisión, reducimos la mitad el diámetro de la antena de recepción.
• Ganancias: En tierra (Tal y como comenta EA4BGH) yo contaría con tener 18 dB o más direccionales; es decir, la estación de tierra debe seguir la trayectoria del cohete (A través de un TLE). Yo tengo una antena de 24 dB que me costó unos 50 euros. En la antena del cohete no contaría con más de 6 dB direccionales. Asumo que la antena va a apuntar a la Tierra así como que la cámara va a apuntar hacia la Luna.
• Codificación: Si bien es aconsejable usar algo que ya exista para que sea fácil de recibir por todos, me gustaría que fuera lo más eficiente posible para no malgastar energía, alargar la duración de las baterías o bien no necesitar una infraestructura muy potente o restrictiva. EA1BLA propuso usar PSK. No recomiendo usar compresión porque la tasa de error BER que vamos a aceptar será seguramente mala y perder un bit nos puede estropear todo el paquete.
• Modelo cinemático: El cohete tiene un diámetro de 66 milímetros por un poco más de un metro de longitud. La segunda etapa del cohete llevará este transmisor y la cámara. La segunda etapa va girando en su camino a la Luna por lo que es factible incorporar pequeños paneles solares pegados al cohete. No deberían haber partes móviles porque estos cohetes aceleran realmente rápido. El viaje dura 4 días y el cohete apunta casi hacia la Luna, por lo que la antena apunta hacia la Tierra. Puedes ver una simulación en este vídeo.
• Modelo térmico: Dependiendo del área de emisión así como de la emisividad de los materiales del cohete, este tiene una capacidad de radiar calor, un calor generado principalmente por los circuitos de radio. El diseño final debe tener en cuenta un balance térmico para no quemar los circuitos o congelar la batería. El rango de trabajo es de -20 a 60 ºC.
• Óptica: Usaremos una cámara de 640x480 pixels de color RGGB con un FOV de 120 grados para asegurar que el morro del cohete verá a la luna en todo momento. Irá girando por lo que cada 15 minutos actualizaremos la imagen.

Diseño abierto

En este apartado proponemos algunas soluciones accesibles al público general ya sea comprando algo o fabricándolo tú mismo.

• Transmisor. Lo más pareceido en el mercado. En esta página hay módulos comerciales en 2.4 GHz que se adaptan mucho a lo que buscamos; es un comienzo: RF-Links. Gracias a EA4BGH

EA1BLA propone comenzar con un módulo de ZigBee de 868 Mhz y 0 dBm (1 mW) e implementar un protocolo con redundancia y corrección de errores como lo hacen por ejemplo el WSJT en JT2, JT4. Dice que usando el protocolo ZigBee, los módulos de 100 mW suelen consumir unos 150 mA a 3.3V. Los hay también de 1 mW y sobre 30 mA de consumo. Pero al final propone empezar en 868 MHz y subir la portadora a 5.830 GHz. Claramente hay que subir en potencia y ganancia en la antena de transmisión. Gracias EA1BLA, es un comienzo. Veremos si lo podemos implementar pronto...

EA3HAH nos propone usar un ampli con tecnología GeAs FET de Kuhne KU PA 5359 A de 9 W de potencia y 35 dB. La entrada permite hasta 10 mW por lo que podríamos usar un módulo XBee-PRO ZB de 250 kbps a 2.4 GHz y 10 mW de potencia máxima si filtramos y subimos la portadora a la banda Ku.

Además EA4EOZ nos da referencias de algunos diseños de radio-enlaces parecidos como los Apolos en la revista amateur March, 1969 CQ 17 y la June, 1969 CQ 56

• Estación amateur. La estación de tierra debería tener buena ganancia pero a la vez debería tener una instalación asumible. Lo que recomendamos es que tenga una antena móvil de más de 18 dB de ganancia de manera que puedas apuntar en el cielo hacia donde esté el cohete. Nosotros tenemos esta estación de tierra basada en una antena de 24 dB montada en un coche y que puedes apuntar con la mano hacia el cielo.

EA1BLA plantea que necesitaremos estaciones de tierra con ganancias altas (60 dB) y que el diámetro de antena sería de decenas de metros. Visto desde un punto de vista del segmento tierra, opino que sería deseable que no se tuviera que usar antenas de más de 3 metros; a cambio tendremos que aumentar la potencia y ganancia en la transmisión, quizá poner más baterías e incluso paneles solares pegados al cohete. También tendremos que asegurarnos de que tenemos suficiente superficie para disipar todo el calor que vamos a generar con tanta potencia.

• Prueba del video-enlace. Recientemente hemos probado el videoenlace en los lanzamientos Launch13 y Launch14 al haber incorporado la cámara y el módulo de video-enlace que habéis propuesto por el foro de la URE, en el satélite WikiSat v3.2. Se puede ver el vídeo de validación aquí.

La misión a la luna

Muy brevemente explicamos aquí en que consiste esta misión en el que usaríamos el transmisor que pedimos para mandar fotos de la luna a la tierra. Podéis ver la simulación Moon Direct Balloon.ini del Moon2.0 que es justamente esta misión.

Antes de llevar el PicoRover (Un pequeño robot en forma de bola de unos 500 gramos) queremos hacer una visita a la luna para validar nuestro cohete tal y como hizo la NASA con el programa RANGER antes de empezar con el programa APOLLO. En esta misión no llevaremos el robot; el cohete será muy pequeño.

El cohete estaría compuesto por varias etapas (Cohetes que se queman uno después de otro) de 66 mm de diámetro y longitud poco menos de un metro. Además, un sistema de control vectorial dirige el cohete y lo pone a girar en su camino a la luna que dura unos 4 días. El día del lanzamiento aun no está decidido pero el lugar probablemente sería desde Canarias porque está cerca del Ecuador y porque el plano de giro de la tierra corta al plano de órbita de la luna.