La solución de GMV para aviónica de microlanzadores: otro importante paso hacia la calificación del Sistema

Desde 2017 GMV trabaja en el diseño, desarrollo y cualificación de un sistema completo de aviónica para un vehículo de lanzamiento (el cohete de sondeo MIURA 1). Este sistema comprende todo los sistemas vitales para la aviónica de un lanzador clásico: el subsistema de potencia (desde el almacenamiento de energía hasta la distribución de potencia); el subsistema de gestión de datos (a cargo de la ejecución del timeline de la misión, pero también de la recopilación de datos de los sensores, activar válvulas y enviar datos de telemetría); el subsistema de guiado, navegación y control (GNC), (basado en sensores COTS y actuadores); software embarcado, gestión de cargas de pago en microgravedad y cableado (harness). En el marco de esta actividad GMV está desarrollando asimismo tecnología para la localización autónoma y el sistema de terminación.

El diseño y desarrollo de este sistema de aviónica son especialmente complejos en un mercado tan competitivo en el que participan organizaciones de muy diversa índole, desde los ya conocidos proveedores de servicios de lanzamiento a los recién llegados al mundo de los microlanzadores. Otros factores importantes que deben tenerse en cuenta son el uso de elementos comerciales y la disponibilidad de tecnologías avanzadas que garanticen la calidad de rendimiento requerida con un presupuesto razonable.

Además de los factores mencionados, hay otras dos características que constituyen elementos fundamentales de esta arquitectura: escalabilidad y modularidad. Estas son las bases de la adaptación de la arquitectura de un cohete de sondeo a un entorno de lanzadores pequeños y microlanzadores.

Los sistemas de gestión de datos de MIURA 1 han sido diseñados con una referencia concreta en mente: las arquitecturas clásicas de la aviónica de los lanzadores europeos (ARIANE 5 y VEGA) para la identificación de las capacidades que necesita un sistema de esta naturaleza para el cumplimiento de su misión. Evolucionando a partir de la arquitectura heredada de anteriores lanzadores, basada en la separación entre las funciones de telemetría y de procesado a bordo, se ha migrado la arquitectura a un modelo más similar al de las arquitecturas de gestión de datos de los satélites, que se basan en un componente base denominado “nodo”.

Este enfoque ha dado lugar a un sistema cuya modularidad y escalabilidad son algunas de sus características más potentes.

El bus principal de la aviónica (ring) es el elemento clave de la comunicación aviónica entre nodos en el sistema de aviónica: el ordenador a bordo (OBC), en el compartimento de aviónica; la unidad de control del motor (ECU), en el compartimento del motor; y otros nodos en otras secciones del lanzador. El bus de aviónica se utiliza para cumplir la misión del lanzador (dar órdenes a los actuadores y supervisar el sistema de propulsión), pero también para recopilar todos los datos de todos los sensores analógicos y cámaras de vídeo y enviarlos al segmento terreno mediante el transmisor de telemetría y las antenas.

El sistema de aviónica ya ha superado su revisión de diseño y está actualmente en el proceso de calificación, que supone la verificación funcional y una extensa actividad de validación en el Banco de Pruebas de Aviónica de GMV en Tres Cantos (Madrid), así como la realización de las pruebas de calificación ambiental que se realizan en las instalaciones de ALTER en Tres Cantos (Madrid).

Teniendo en cuenta las diferentes configuraciones de hardware de los nodos de gestión de datos, se han identificado dos modelos de calificación que involucran todas las diferentes configuraciones posibles de hardware: un modelo de calificación (QM) representativo del OBC y un modelo de calificación (QM) representativo de la ECU.

A principios de septiembre, los dos modelos de calificación fueron objeto de una completa campaña de vibración en una configuración representativa de vuelo. Se ejecutó una misión completa durante cada ensayo de vibración en los diferentes ejes, así como una verificación preliminar del cumplimiento con éxito de la misión en vuelo para dar luz verde a la ejecución del ensayo siguiente. Se simularon o estimularon todas las interfaces de acuerdo con un perfil estándar de misión y se registraron todos los datos a bordo y en tierra (EGSE). Seguidamente se llevó a cabo un análisis en profundidad de los datos registrados y los archivos de registro EGSE, demostrando la plena funcionalidad de los modelos de calificación.

Pruebas de vibración: detalles de la configuración de la prueba del modelo de calificación del OBC

Con este resultado, los dos modelos de calificación avanzan en el siguiente paso dentro de la campaña medioambiental: el ensayo de ciclado térmico para el OBC y el ensayo de vacío térmico para la ECU.

Los ensayos térmicos se han realizado con éxito en Octubre. También, durante el ciclo térmico, se llevó a cabo una verificación funcional detallada. Durante el tramo horizontal frío y calor, se ejecutó una misión completa en bucle abierto y se llevó a cabo una verificación del cumplimiento con éxito de la misión en vuelo con el fin de asegurar la correcta continuación del ensayo.

Se simularon o estimularon todas las interfaces de acuerdo con un perfil estándar de misión y se registraron todos los datos a bordo y en tierra (EGSE). En los próximos días se llevará a cabo un análisis en profundidad de los datos registrados y los archivos de registro EGSE para la correcta comunicación de información, aunque los resultados ya obtenidos confirmaron la plena funcionalidad de los dos modelos de calificación.

Pruebas de vacío térmico: detalles de la configuración de la prueba del modelo de calificación de la ECU.

MIURA 1 es un vehículo de lanzamiento desarrollado por PLD Space en España, cuya misión es proporcionar un entorno de microgravedad a una carga de pago experimental. MIURA 1 tiene también otro objetivo importante: se utilizará como banco de pruebas en vuelo para tecnologías que volarán con MIURA 5, el microlanzador de PLD Space.

El desarrollo de la aviónica para MIURA 1 y MIURA 5, a cargo de PLD y GMV, se puso en marcha en enero de 2017; desde entonces, las dos compañías trabajan en el marco de una alianza tecnológica, con las inversiones industriales apropriadas. GMV es la responsable del desarrollo y la calificación del sistema de aviónica completo, que incluye no solo subsistemas vitales de hardware de los lanzadores, sino también el sistema de Guiado, Navegación y Control y el sistema de software a bordo.

La ESA ha decidido dar apoyo a proyectos privados europeos de servicios de microlanzamiento con tecnologías críticas y facilitadoras. En 2018 el Programa Preparatorio de Lanzadores Futuros de la ESA puso en marcha un contrato para cofinanciar con el sector privado el desarrollo y la calificación del sistema de aviónica del MIURA 1, que puede ser fácilmente escalable y reutilizado para otros lanzadores, incluidos lanzadores pequeños y microlanzadores. Después de superar diversas e importantes evaluaciones de diseño, el proyecto está ya acercándose al final de la fase de calificación.