MISIÓN SÉNECA VIII

Fecha de Inicio de Actividades: 12 de junio de 2012

Fecha de Fin de Actividades: Agosto de 2014

Fecha de Lanzamiento: Agosto 2 de 2014

Hora de Lanzamiento:

countingdownto.com

Lugar de Lanzamiento: Villa de Leyva, Boyacá.

Integrantes de la Misión:

Director de la misión: Oscar Ivan Ojeda Ramirez

Sistemas electrónicos: Grupo SATURN-DIEE

Procesamiento de información: Grupo MOOSAS-C3

Apoyo en Divulgación: Prof. Jacqueline Benavides

Diseño Exterior y de Consolas: Prof. Mónica Gonzales

Introducción

El Proyecto Uniandino Aeroespacial (PUA) surge en el año 2002 como una serie de actividades académicas agrupadas, orientadas al conocimiento y apropiación de la tecnología aeroespacial, principalmente en el campo de la propulsión con combustible sólido [1]. Los primeros trabajos en este campo consistieron en pruebas estáticas de propulsores y planteamientos teóricos sobre el diseño de vehículos, debido en parte a las dificultades que se presentaron para ejecutar ensayos balísticos. A partir del año 2009 [3] los lanzamientos se convierten en una realidad, lo cual permite un avance importante en lo que concierne a la validación de los diseños y desarrollos teóricos en un plano experimental. Posterior a una etapa de conocimiento y aprehensión de la tecnología viene la implementación, vehículos cuyo fin último no es estudiar el fenómeno tecnológico de la propulsión, sino hacer uso del mismo para desarrollar estudios en campos asociados, como lo son la recolección de datos del vehículo, recuperación, varias etapas [4][6][15], para lo cual se ha contado con el apoyo de grupos de diversos departamentos de la universidad.

En otros países de América Latina también ha habido un gran interés por este tema, existiendo proyectos formales de desarrollo de vehículos y satélites propios como es el caso de Perú con los cohetes de la serie Paulet, a cargo de la Comisión Nacional de Investigación y Desarrollo Aeroespacial (CONIDA)[21], Argentina con el proyecto Tronador, a cargo de la Comisión Nacional de Actividades Espaciales (CONAE) con la colaboración del Centro Atómico Bariloche y el Instituto Universitario Aeronáutico de la Fuerza Aérea Argentina[20] y Brasil, con los cohetes Sonda y una industria aeronáutica muy relevante, liderada por Embraer.

Para el caso de Colombia, la ciencia no es una prioridad[10] [11] [12], lo que ha llevado a un atraso en el desarrollo tecnológico, y en lo que se refiere divulgación, esta se ha limitado en casi todas sus expresiones a una divulgación pasiva en la que el oferente espera a ser visitado, como es el caso de los centros de ciencia y tecnología, como el Parque Explora y Maloka, u orientada a un público especifico y especializado en el área que se está divulgando, habiendo adicionalmente muy pocas publicaciones disponibles para el público en general con contenido científico serio y verificado, llevando a imprecisiones en el contenido, dejando conceptos erróneos en las personas que acceden al mismo [7]. La divulgación no debe tomarse solo como una herramienta para informar al público de los trabajos que se realizan, sino como una herramienta para despertar interés en los proyectos, llevando a que las nuevas generaciones, inspiradas por los logros de las actuales, le den continuidad al trabajo en un determinado campo [8]. Sin embargo, el campo aeroespacial se encuentra en una encrucijada, ya que en términos prácticos el estado actual de la tecnología no difiere mucho de lo que estaba disponible en la década de 1970 [8]. La generación actual de investigadores fue inspirada por eventos tales como la llegada a la luna y en vehículos como el Transbordador Espacial y el Concorde, sin embargo la ausencia de avances de este tipo no es el único problema. Existe también la situación de que en muchos casos la divulgación y la educación transmiten la información de manera tal que si no se es un receptor especializado, esta se convierte en algo tedioso y aburrido, o en el mejor de los casos lejano [9]. De esta manera, se deben buscar canales para aproximar la tecnología y la ciencia a la población y en especial a los niños, para los cuales el desarrollo profesional en estas áreas, y en particular en aeroespacio, debe convertirse en algo tangible, real y no lejano, más en nuestro país[18][19]. Esta aproximación y la divulgación del trabajo actual del proyecto PUA es relevante para despertar el interés de los niños en estos temas. Se debe aprovechar además el uso de nuevas tecnologías que hacen posible involucrar directamente al público en los acontecimientos, permitiéndoles hacer un seguimiento de dichos eventos mientras ocurren.

Este proyecto y las actividades que se desarrollaron giran en torno a la ejecución de la misión SENECA VIII, centrada en el ensayo balístico del vehículo AINKAA VII. Tanto el vehículo como la misión fueron diseñados en el marco del proyecto PUA durante el periodo 2012-2 por el estudiante José María Córdoba en su proyecto de grado [22][23]. Este proyecto, ejecutado en el periodo 2013-1 y enmarcado dentro del proyecto PUA, concluyó y complementó dichos planteamientos tanto en el aspecto tecnológico del diseño del vehículo, como en el campo de divulgación.

El proyecto sirvió a varios objetivos de áreas diferentes del conocimiento. En primer lugar, se buscó reforzar y validar el conocimiento tecnológico del diseño y comportamiento del vehículo AINKAA VII durante un ensayo balístico, probando adicionalmente sistemas de telemetría y transmisión de datos que se construyeron en conjunto con los grupos SATURN-DIEE del departamento de Ingeniería Electrónica y MOOSAS-C3 de Ingeniería de Sistemas. En segundo lugar, se llevó a cabo un ejercicio de divulgación, basado en los sistemas de a bordo que se han implementado y en teorías psicológicas sobre el aprendizaje en la población objetivo, que consiste en niños escolarizados con edades comprendidas entre los 11 y 14 años, correspondiente aproximadamente al grado 6°. La escogencia de esta población correspondió al hecho de que es una edad adecuada para inspirar y promover un interés profesional hacia el tema y adicionalmente los niños de la edad objetivo tienen la capacidad de abstraer en su proceso de aprendizaje [5] y tienen capacidad para comprender de manera íntegra los conceptos asociados al fenómeno tecnológico del lanzamiento de un cohete.

El ejercicio de divulgación se llevó a cabo en un colegio de carácter rural, ubicado en el municipio de La Vega, Cundinamarca, llamado Ricardo Hinestrosa Daza, de carácter mixto. El desarrollo y diseño de las actividades desarrolladas se realizó con el acompañamiento de profesionales con interés y capacitación en el área en cuestión y con el visto bueno de los colegios y padres de familia de los participantes. Por último, se realizo un ejercicio de diseño, implementando una serigrafía sobre la superficie exterior del vehículo que incluya los logos de los diferentes participantes en la ejecución del proyecto, con el fin de resaltar y generar recordación en los mismos, además de la consola del centro de control y comando utilizado para el ejercicio de divulgación.

El desarrollo de este proyecto responde a la necesidad de aproximar el campo aeroespacial al público en general, y generar un interés en el conocimiento y desarrollo del mismo. Esta aproximación se iniciará por niños que pueden y deben ser inspirados a dar continuidad a los desarrollos en este campo tanto en el país como en el mundo. Se busca dar un primer paso en divulgación, que ayude a aumentar el interés general en el desarrollo de proyectos aeroespaciales, impulsando el avance y el desarrollo tecnológico del país.

Objetivo General

Realizar la misión tipo PUA SENECA VIII, utilizando el vehículo de desplazamiento vertical AINKAA VII, diseñado durante el semestre 2012-2 por José María Córdoba, con un techo estimado de 2 kilómetros [22][23]. Esta misión está orientada a realizar un ejercicio de divulgación científica en una población escolar, utilizando como herramienta la transmisión de datos e imágenes en tiempo real.

Objetivos específicos

1. Afinar la construcción del vehículo de desplazamiento vertical AINKAA VII, con motor de combustible sólido tipo Candy, ya caracterizado teóricamente durante el 2012-2 [22][23], con un apogeo estimado de 2 kilómetros y con capacidad de 1 kilogramo de carga útil.

2. Implementar un sistema de medición, recolección y transmisión de datos de presión, temperatura y aceleración en un eje, así como de imágenes en tiempo real, con ayuda de los equipos PUA de Ingeniería Electrónica y de Sistemas y Computación, SATURN-DIEE y MOOSAS-C3.

3. Ejecutar pruebas sobre los sistemas de recolección y transmisión de datos, de control y propulsión del vehículo, con el fin de verificar el adecuado funcionamiento de cada uno de los mismos al momento del ensayo balístico.

4. Realizar un ensayo balístico del vehículo construido, con los sistemas de telemetría instalados, transmitiendo en tiempo real datos e imágenes vía internet. Este objetivo supeditado a la disponibilidad del sitio de lanzamiento y supervisión del mismo por parte de la Fuerza Aérea Colombiana.

5. Diseñar e implementar una metodología de divulgación científica, que tenga como fin despertar el interés de una población, consistente en niños escolarizados de entre 11 y 14 años, en el desarrollo aeroespacial del país. Para ello se introducirán la historia y desarrollo del proyecto PUA, así como los conceptos asociados a la ejecución del lanzamiento del vehículo, desarrollando actividades en torno al ensayo balístico y los sistemas implementados durante esta misión.

Desarrollo del Proyecto

Diseño del cohete

Simulaciones

Los objetivos propuestos en el numeral anterior se pusieron a prueba mediante una simulación en el programa Rocksim. De esta manera podemos deducir algunos requerimientos del vehículo. La primera iteración se realizo basada completamente en el vehículo AINKAA III [1], un buen modelo base de nuestro cohete. Primero se hizo el modelamiento del cohete pieza por pieza como se muestra en la figura 1.

[Figura 1: Cohete Ainkaa III modelado en el programa RockSim]

Para el modelamiento del motor se utilizo el programa EngEdit en el cual se ingresa una curva de empuje del motor y se ingresan las dimensiones generales del mismo. Se utilizaron las curvas de empuje del motor Kappa Delta Uniandes presentes en el documento “Misión seneca III: lanzamiento de un cohete balístico multietapa con combustible tipo Candy” [2]. Debido a que hay 3 curvas diferentes de empuje realizados por diferentes autores se realizaran simulaciones con cada una de estas y se tomara como referencia la que entregue el peor resultado en altura.

[Figura 2: Curvas de empuje según pruebas experimentales de diferentes autores, modeladas en el programa EngEdit. a) Jorge Aponte, b) Oscar Victoria, c) Richard Nakka]

Los motores se importaron al programa RockSim y se fueron acoplando al modelo a medida que se realizaban las simulaciones. Luego de esto se colocaron las condiciones ambientales del lanzamiento en la base militar de Marandúa.

[Figura 3: Propiedades del lugar de lanzamiento en el programa RockSim]

El lanzamiento se programo con un ángulo de salida de 5° y con una longitud de guía de 1 metro. Los resultados de las simulaciones se muestran el la tabla 1

Máxima altitudMáxima velocidadMáxima aceleraciónTiempo de subida
Aponte3330 m523 m/s584 m/s^222.05 s
Victoria3438 m467 m/s474 m/s^223.08 s
Nakka4079 m611 m/s618 m/s^223.80 s

Para las simulaciones se modificaron drásticamente ciertos aspectos del cohete en base a los requerimientos funcionales del mismo. Se modifico la geometría del vehículo aumentando el diámetro del fuselaje para albergar los equipos electrónicos se agregó espacio para el paracaídas y dividiendo el fuselaje en dos partes para desplegar el mismo. Además se agregaron varios accesorios como guías mamparos, el paracaídas y una masa de 1 kg en la zona de carga. Además se rediseñaron la nariz y las aletas para proveer un mejor comportamiento aerodinámico al vehiculo. Para el desarrollo estas simulaciones se utilizaron los mismos motores y condiciones de vuelo de la primera simulación.

[Figura 4: Cohete resultante modelado en Rocksim]

Máxima altitudMáxima velocidadMáxima aceleraciónTiempo de subida
Aponte2302 m288 m/s299 m/s^220.20 s
Victoria2339 m268 m/s258 m/s^221.08 s
Nakka3003 m345 m/s344 m/s^222.67 s

El vehículo resultante llegaría a una velocidad un poco mayor a la velocidad del sonido si se toma la curva de potencia de Nakka. Sin embargo si se utilizan las otras 2 curvas de empuje se llega a una velocidad menor a la del sonido, en un régimen de fluido transonico. El vehículo que resulta de esta simulación presenta las siguientes características generales:

Longitud1350 mm
Diámetro88.9 mm
Masa5.5 Kg
Posición CG846.2 mm
Posición CP1020.7 mm

[Figura 5: Cohete AINKAA IX]

Sistemas electrónicos

Los equipos electrónicos presentes en el cohete deberán cumplir con las siguientes funciones:

Medicion
VariableRango
Altura del cohete0-3000 m
Aceleración en el eje vertical del cohete0-32 g
Presión en el compartimiento de carga60.000-100.000 kPa
Temperatura en el compartimiento de carga5-50 °C
Video
RequerimientoCalidad de video
Filmación de video del exterior del cohete0.1 a 0.3 Mega pixeles
Transmisión de imágenes de video a la base 2 a 20 frames por segundo
Accionamiento
Ignición del cohete
Ignición del paracaídas (en el apogeo o los 23 segundos)

Además de ello se necesita el diseño e implementación del sistema computacional de recepción y procesamiento de datos, además de un sistema recepción y procesamiento y retransmisión de video en tiempo real, tanto de imágenes transmitidas por la cámara insertada en el cohete, como de tomas realizadas en tierra antes durante y después del lanzamiento para que las puedan ver un grupo de niños de una institución educativa en Bogotá. Los sistemas electrónicos se desarrollan con ayuda del grupo SATURN-DIEE del departamento de Ingeniería Electrónica, así como con la ayuda del grupo MOOSAS- C3 del departamento de Ingeniería de Sistemas que nos ayuda en el diseño del software de la misión y la transmisión de datos via internet.

Componente educativo del proyecto

COMPONENETE PSICOLÓGICO

Jacqueline Benavides Delgado

Psicóloga

El componente psicológico de la Misión Sénceca VIII, se centró principalmente en tres objetivos:

1. Apoyar el proceso de enseñanza- aprendizaje de conceptos científicos. La elección del método de enseñanza de los conceptos científicos, constituyó uno de los aportes psicológicos al proyecto Séneca VIII. La estrategia de enseñanza elegida para la misión Séneca VIII, se basó en el aprendizaje significativo. El aprendizaje significativo parte de los conocimientos que los niños tienen de los conceptos científicos y de su relación con elementos que les proporcionan significado.

Metodología

La misión Séneca VIII, buscó establecer los conocimientos “ingenuos” que los niños tenían acerca de cómo funciona un cohete, qué es y cómo se construye un modelo de cohete. Para este fin, se realizaron unas preguntas iniciales a los niños donde ellos respondían de acuerdo al conocimiento propio de los temas.

2. Conocer el nivel de desarrollo de las ideas científicas El segundo objetivo se centró en identificar el nivel de desarrollo de los conceptos “ingenuos” que expusieron los niños en una primera evaluación.

Metodología

Con base en el análisis de categorías cualitativas, se identificaron niveles de desarrollo de las ideas científicas. Estos niveles muestran cómo en un mismo grupo de niños, con edades similares, existen conocimientos diferentes. Por lo tanto no se trata de un grupo homogéneo. El reto lo constituye la segunda evaluación donde se puede mostrar si a partir de los métodos de enseñanza qué utilizó la Misión Séneca VIII, se lograron cambios en el nivel de conocimiento.

3. Proporcionar oportunidades que direccionen proyectos de vida

Un tercer objetivo buscó motivar a los niños a descubrir en el campo aeroespacial un escenario de realización personal. Se buscó rebasar los objetivos de aprendizaje para lograr cambios en los proyectos de vida de cada niño.

Metodología

Una evaluación final, en la cual los niños manifiesten su interés en continuar vinculados de alguna forma con el tema, permitirá mostrar logros en este objetivo. Un proyecto de seguimiento a largo plazo, donde se evalúe la motivación de los niños por el tema, se convierte en un reto de la Misión.

Desarrollo de la actividad

[Figura 6: Esquema del desarrollo de la actividad]

Referencias:

[1] Garzón, D.A. (2002). Análisis y Diseño de la Cámara de Combustión de un Pequeño Motor-Cohete. Tesis de Maestría (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia.

[2] Jiménez, A. (2003). Diseño y Simulación de un Cohete con Carburante Solido. Tesis de Pregrado (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia

[3] Urrego, J.A. (2009). Investigaciones en Cohetería Experimental: Misión Seneca, Lanzamiento del Cohete AINKAA 1. Tesis de Pregrado (Ingeniería Mecánica). Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia.

[4]Jiménez R.A. (2009). Sistema de Telemetría en Tiempo Real Para Cohete Balístico Amateur. Tesis de Pregrado (Ingeniería Electrónica). Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia.

[5]Piaget, J. (1964). Seis Estudios de Psicología.

[6] Duque, M. (2011). Construcción y Lanzamiento de un Cohete de dos Etapas con Alcance Sub-estratosférico, Misión Seneca III. Proyecto especial de pregrado. Universidad de los Andes, Bogotá, Colombia.

[7] Redacción Motor. (2012, 17 de agosto). Motor. El 'carrobot' Curiosity se instaló por dos años en Marte para buscar rastros de vida. Recuperado el 8 de diciembre de 2012 de http://www.motor.com.co/revista-motor/22deagostode2012/el-explorador-curiosity-llego-a-marte-para-investigaciones_12139098-4

[8] TED Ideas Worth Spreading. (2006, february). Burt Rutan sees the future of space [Video File]. Recuperado el 12 de diciembre de http://www.ted.com/talks/burt_rutan_sees_the_future_of_space.html?utm_content=ted-androidapp&utm_campaign=&utm_source=co121w.col121.mail.live.com&awesm=on.ted.com_iLbJ&utm_medium=on.ted.com-android-share

[9] TED Ideas Worth Spreading. (2012). Melissa Marshall: Talk nerdy to me [Video File]. Recuperado el 12 de diciembre de http://www.ted.com/talks/melissa_marshall_talk_nerdy_to_me.html?utm_content=ted-androidapp&utm_campaign=&utm_source=co121w.col121.mail.live.com&awesm=on.ted.com_fLg4&utm_medium=on.ted.com-android-share

[10] Ramírez, M. Unimedios: Agencia de Noticias UN. Ciencia y tecnología, bases esenciales para la competitividad. Recuperado el 11 de diciembre de 2012 de http://historico.unperiodico.unal.edu.co/Ediciones/107/12.html

[11] Aristizábal, C. & Arias, F. (2012, 29 de abril). El colombiano. Es la clave del futuro y en ciencia y tecnología Colombia está en la niñez. Recuperado el 11 de diciembre de 2012 de http://www.elcolombiano.com/BancoConocimiento/E/es_la_clave_del_futuro_y_en_ciencia_y_tecnologia_colombia_esta_en_la_ninez/es_la_clave_del_futuro_y_en_ciencia_y_tecnologia_colombia_esta_en_la_ninez.asp

[12] Redacción Económica. (2010, 25 de septiembre). Vanguardia. Colombia sólo invierte 0,4% del PIB en ciencia y tecnología. Recuperado el 12 de diciembre de 2012 de http://www.vanguardia.com/historico/76779-colombia-solo-invierte-04-del-pib-en-ciencia-y-tecnologia

[13] Ministerio de Educación Nacional, Republica de Colombia. (2001). INFORME NACIONAL SOBRE EL DESARROLLO DE LA EDUCACION EN COLOMBIA. Recuperado el 20 de diciembre de http://www.ibe.unesco.org/International/ICE/natrap/Colombia.pdf [14] Acevedo, I., Rojas, H., Panesso, J., Sarmiento, E. & Díaz, F. (2010). REPORTE FINAL DISEÑO CONCEPTUAL DE MISIONES CON EL VEHÍCULO AINKAA-1. Proyecto Intermedio. Universidad de los Andes, Bogotá D.C, Colombia.

[15] Córdoba, J., Jaramillo, D., López, S., Moreno, A. & Prieto, L. (2011). DESARROLLO DE MISIONES BALISTICAS CON EL VEHICULO AINKAA-1 “CONSTRUCCIÓN Y SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE DATOS”. Proyecto Intermedio. Universidad de los Andes, Bogotá D.C, Colombia.

[16] Icontec. (1999) Norma Técnica Colombiana NTC 4702-1. Embalajes y Envases para Transporte de Mercancías Peligrosas Clase 1. Explosivos. [17]Nasa Spinoff. (2011). Recuperado el 10 de diciembre de http://spinoff.nasa.gov/ [18] Delgado, M. Divulgación Científica: La distribución del saber. Recuperado el 15 de diciembre de 2012 de http://www.santafe-conicet.gov.ar/servicios/comunica/saber.htm [19] Duque –Escobar, G. Estrategias de divulgación científica para Colombia. Recuperado el 10 de diciembre de 2012. http://www.bdigital.unal.edu.co/3200/1/gonzaloduqueescobar.20117.pdf

[20] Proyecto Tronador. Consultada en Diciembre de 2012, de http://www.conae.gov.ar/accesoalespacio/tronador.html [21] CONIDA Agencia Espacial del Peru. Consultada en Diciembre de 2012, de http://www.conida.gob.pe/ [22] Misión SENECA VII. Consultada en Enero de 2012, de https://pua.uniandes.edu.co/doku.php?id=misiones:mision15

[23] Córdoba, J.,(2012). DISEÑO, CONSTRUCCIÓN E INSTRUMENTACIÓN DE UN COHETE BALÍSTICO CON SISTEMA DE TRASMISIÓN DE DATOS E IMÁGENES EN TIEMPO REAL. Propuesta de Proyecto de Grado. Universidad de los Andes, Bogotá D.C. Colombia. [24]Carmona Pastor, F. (2002). Transporte de Mercancías Peligrosas: Explosivos. Ediciones Diaz de Santos S.A., Madrid, España.

[25] Piaget, J. (1981). La toma de conciencia. Madrid: Ediciones Morata. [26] Piaget, J. (1984). La representación del mundo en el niño. Madrid: Ediciones Morata.

[27] PARAFAUNA, DIY - Current Project - Parasail Mk III. Consultada en Marzo de 2013, de http://www.test.projekten.co.uk//index.php?id=23

[28] Descent rate calculator. Consultado en Marzo de 2013, de http://www.rocketreviews.com/index.php

[29]Richard Nakka’s Experimental Rocketry site. Consultado en Abril de 2013, de http://www.nakka-rocketry.net/

[30] Electrónica RC, kits completos de FPV, Consultado en Junio de 2013, de http://www.electronicarc.com/catalogo/product_info.php?cPath=43_62&products_id=391&osCsid=f3c71591f9f3db8bf3becbffde5695a6

[31]Barrowman, J. (1988). Calculating the center of pressure of a model rocket. Centuri Engineering Company: Phoenix, Arizona.

Patrocinadores:

Esta es una lista de las organizaciones y empresas que han ayudado y hecho posible la realización de esta misión:

  • Universidad de los Andes.

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  • Fundación Natibo.

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misiones/mision15.txt · Última modificación: 2014/08/01 10:32 por jo-urreg
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