Self-powered and low mass autonomous platform for planetary surface exploration

• Autores: Francisco Javier Alvarez Fernández
• Directores de la Tesis: Luis Enrique Moreno Lorente (dir. tes.), Diego Fernández Infante (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Carlos III de Madrid ( España ) en 2016
• Idioma: inglés
• Tribunal Calificador de la Tesis: Francisco Javier Gómez Elvira Rodríguez (presid.), María Dolores Blanco Rojas (secret.), Ernesto Gambao Galán (voc.)
• Materias:
  • Matemáticas
    • Ciencia de los ordenadores
      • Diseño de sistemas sensores
  • Ciencias de la tierra y del espacio
    • Ciencias del espacio
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: e-Archivo
• Resumen

  • En la actualidad y durante las próximas décadas, la exploración de las superficies planetarias de los cuerpos rocosos de nuestro sistema solar (especialmente de la luna, Marte y la de algunos asteroides), será uno de los objetivos estratégicos de las diferentes agencias espaciales de todo el mundo. Esta tesis establece las bases tecnológicas para la implantación de una infraestructura de monitorización científica sobre la superficie de un planeta. El concepto propuesto está orientado a obtener un sistema fiable y económico para la monitorización continua de la superficie planetaria de los cuerpos rocosos internos de nuestro sistema solar. Tradicionalmente este tipo de exploración de superficies planetarias ha sido llevada a cabo por sistemas cada vez más y más complejos y costosos (por ejemplo los vehículos exploradores para Marte de la NASA, el programa ExoMars de la Agencia Espacial Europea o la misión china Chang¿e 3). Este paradigma de exploración espacial aprovecha la oportunidad de desplegar plataformas muy complejas y ambiciosas capaces de realizar complejos experimentos científicos, pero expuestas al riesgo de la pérdida completa de la misión en caso de un fallo en la plataforma de exploración. Más allá de los tradicionales vehículos exploradores o sondas, el concepto propuesto se basa en pequeñas plataformas capaces de medir, procesar, compartir entre ellas y finalmente enviar los datos medidos a un satélite en órbita para una posterior transmisión a la tierra, mediante el uso de redes de sensores inalámbricos a medida. El sistema ideado es capaz de operar autónomamente durante años, recolectando la energía requerida en el propio ambiente de la superficie del planeta. Este tipo de concepto desplegado sobre la superficie de un planeta representaría la primera infraestructura fija sobre la superficie de un cuerpo rocoso extraterrestre. El trabajo presentado se enfoca el diseño global de la plataforma, incluyendo la instrumentación científica a medida y aporta las soluciones técnicas para los aspectos más críticos del concepto presentado. La plataforma ideada está basada en dos cuerpos: (i) un cuerpo con forma tetraédrica muy optimizado en peso (2000 gr) y volumen (envolvente del tetraedro de 200x200 mm de base y 200 mm de altura) que permanecerá en la superficie del planeta; (ii) el cuerpo del penetrador (3260 gr) de 300 mm de altura, 60 mm de diámetro y con la forma de un misil balístico enfocado a enterrarse entre 0.3 y 1.2 metros por debajo de la superficie del planeta. El sistema de despliegue seleccionado es la inserción (¿aterrizaje duro¿ del inglés ¿hard-landing¿), simplificando drásticamente de esta forma el sistema de descenso requerido, y por lo tanto reduciendo los costes asociados. Se proponen igualmente soluciones específicas para la plataforma ideada de forma que se asegure la operatividad de la plataforma después del impacto durante el aterrizaje. Se ha definido una instrumentación científica altamente integrada y con unos requisitos de consumo muy bajos. La instrumentación presentada consta de un sensor de polvo depositado, tres sensores de temperatura superficial, un sensor de radiación y tres sensores de irradiación multiespectral. Se proponen asimismo sistemas de obtención de energía durante el día y la noche, lo que representa una innovación en este tipo de plataformas. Finalmente, se presenta una arquitectura de control específica enfocada a proporcionar a la plataforma el comportamiento autónomo que se requiere. Este comportamiento autónomo en combinación con un sistema dinámico de regulación térmica y de los sistemas de obtención de energía durante el día y la noche permite a la plataforma concebida incrementar en gran medida la información científica obtenida y la vida útil de la misión en su conjunto.