Diseño de un simulador de arreglo solar para un sistema integrado de pruebas de potencia en CubeSats

Abstract

Se presenta el proceso de diseño e implementación de un simulador de arreglo solar (SAS) para aplicaciones espaciales que forma parte del proyecto IPTC, el cual está destinado al desarrollo de una plataforma de pruebas para el sistema de potencia eléctrica (EPS) de CubeSats de 1U. El problema presentado consiste en que el EPS de los CubeSats presenta una tasa de fallos extremadamente alta, y las opciones comerciales de SAS disponibles en el mercado son muy costosas y están sobredimensionadas para las misiones CubeSat con fines académicos o de investigación. El producto derivado de este proyecto permite utilizar instrumentos de laboratorio menos costosos, como fuentes de poder y cargas electrónicas programables típicas, o bien una placa de potencia diseñada dentro del mismo marco del proyecto IPTC, a la cual se le diseñaron controladores digitales de tensión y corriente, para emular el comportamiento de arreglos solares presentes en CubeSats, con un costo de desarrollo mucho más bajo. Adicionalmente, se implementó una solución IoT que permite controlar y monitorear el SAS propuesto de manera remota, y una propuesta de chasis de bajo costo y de fácil manufactura. A través de múltiples pruebas experimentales, se comprobó el cumplimiento de las especificaciones más relevantes que fueron establecidas para validar la solución propuesta.

The design and implementation process of a Solar Array Simulator (SAS) for space applications is presented as part of the IPTC project, which aims to develop a testing platform for the Electrical Power System (EPS) of 1U CubeSats. The problem addressed is that CubeSats’ EPS has an extremely high failure rate, and the available commercial SAS alternatives in the market are too expensive and oversized for academic or research related CubeSat missions. The product derived from this project enables the use of less expensive laboratory instruments, such as typical programmable power sources and electronic loads, or a power board designed within the same framework of the IPTC project, for which digital voltage and current controllers were designed, to emulate the behavior of solar arrays present in CubeSats, with much lower development costs. Additionally, an IoT solution was implemented to remotely control and monitor the proposed SAS, along with a proposal for a low-cost, easy-to-manufacture chassis. Through multiple experimental tests, compliance with the most relevant specifications established to validate the proposed solution was confirmed.