¿Cómo funciona IRIS? (5)

En el artículo anterior introducíamos las características, capacidades e instrumentos que volarán con IRIS, pero ¿Cómo funciona realmente IRIS?.

IRIS una vez puesto en marcha es un instrumento que puede funcionar al 100% de forma autónoma, y de hecho la mayor parte de su misión funcionará de esta manera. Sólo nos permiten comunicarnos directamente con la sonda en dos ocasiones antes del lanzamiento:

  • 24 horas antes del lanzamiento nos dejan encender IRIS o conectarle un cable para cambiar configuraciones en caso de aplazamientos o cambios de fecha para el lanzamiento.
  • 5 minutos antes de lanzar nos dan una ventana de 60 segundos para transmitir una señal de radio que le indique a IRIS que debe comenzar la misión.

Durante el resto de la misión IRIS será totalmente y 100% autónoma, tomando sus propias decisiones de cuándo comenzar y dejar de grabar vídeos y cuándo tomar fotografías.

IRIS va equipada con un receptor de radio a 433MHz para recibir la señal del lanzamiento, sin embargo no es capaz de transmitir señales, esto significa que no sabremos si en estos 60 segundos de ventana durante el lanzamiento, IRIS habrá recibido la señal. Es un momento crítico y por ello hemos ideado un sistema secundario de backup además de sobredimensionar el enlace radio (dimensionado a 2Km cuando estaremos a 200m). Si IRIS no es capaz de recibir nuestra señal por la razón que sea, IRIS se encendería si detecta que Sunrise ha comenzado el ascenso por medio del sensor de presión que en nuestro caso lo utilizamos a modo de altímetro.

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En esta imagen vemos a IRIS encendida con el día que finalizó su ensamblado antes de integrarlo en Sunrise

Para ahorrar baterías, la CPU de IRIS estará el 99% de la misión dormida. De hecho estimamos que el 20% de las baterías se utilizarán para alimentar la CPU durante la misión de 10 días. Para lograr estos bajos consumos la CPU hemos programado de una forma muy especial, normalmente y en momentos de tranquilidad IRIS se encenderá una vez cada 8 segundos y en menos de 100ms revisará el estado de todos los sensores, comprobará si hay acciones que debe tomar y se volverá a dormir. En algunos momentos de la misión estos 8 segundos serán reducidos, por ejemplo a 2 segundos cuando tenga que detectar la señal de encendido, o incluso 500ms entre el envío de comandos para accionar las cámaras.

Además IRIS apagará totalmente cualquier dispositivo que no tenga necesidad de usar. Por ejemplo el modem se apagará y no se volverá a encender nunca más una vez comience el ascenso a la estratósfera, la IMU permanecerá apagada durante el lanzamiento y las alimentaciones a las cámaras serán completamente interrumpidas (no solo apagadas, si no desenchufadas también) cuando no estén siendo utilizadas durante el vuelo.

Pero para que todo funcione de forma armoniosa y automatizada, es necesario que IRIS conozca su posición y la hora en todo momento. Inicialmente pensamos en llevar un GPS que nos ayudase en estas dos tareas, nos permitiría no solo saber la hora y la posición si no también la altura y velocidades para detectar el momento del aterrizaje, pero un GPS necesita demasiada energía para funcionar durante tantos días, y tampoco nos vale apagarlo y encenderlo pues mucha energía se perdería en esperar a que el GPS adquiriese la cobertura. Por todo ello hemos suplido el GPS utilizando un sensor de presión y un RTC (Real Time Clock). El RTC nos permite no perder la hora en IRIS incluso si está desenchufada, se trata del mismo sistema mediante el cual los ordenadores de sobremesa (y también portátiles) no pierden la hora al estar desenchufados, el RTC mantiene la hora gracias a una pila de botón. Y para suplir la deficiencia de no conocer la altura y la velocidad vertical, en IRIS hemos instalado un sensor de presión que utilizamos como altímetro. El consumo conjunto de estos dos sistemas es de un 0.1% en comparación a tener un GPS encendido.

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Foto desde la estratosfera de una misión de Proyecto Daedalus

Con respecto a las baterías ha sido otro punto crítico de la misión. Necesitamos mucha energía para lograr que las cámaras de alta definición puedan hacer vídeos de varias horas y centenares de fotografías, además las temperaturas extremas, hemos calculado que la temperatura de IRIS estará ligeramente por encima de los cero grados gracias a que estaremos siempre iluminados por el Sol, pero puede haber momentos en los cuales IRIS se encuentre a -40 grados Centígrados. Además, la capacidad de nuestras baterías es tan grande (llevamos casi 150Wh de baterías, un smartphone de última generación lleva unos 8Wh de batería) que es importante que las baterías no sean explosivas, hay que minimizar cualquier posible impacto con respecto al telescopio Sunrise. Por todas estas razones, hemos elegido baterías de Ni-Mh frente a las baterías de litio a pesar de que estas segundas tienen mayor densidad de energía y nos hubiesen permitido la misma energía en la mitad de espacio y peso.

Una vez IRIS comience el ascenso, realizará un vídeo con cada cámara hasta llegar a la altura de flotación. En ese momento IRIS apagará las cámaras y se pondrá en modo “vuelo”, que equivale a obtener fotografías de 5 megapíxeles durante los siguientes 10 días y a monitorizar los acelerómetros y el sensor de presión para detectar el comienzo del descenso.

El día que llegue el momento del descenso, la IMU detectará la caída libre y despertará a IRIS (que se encontrará seguramente dormida en su intervalo de siesta de 8 segundos) y encenderá las cámaras inmediatamente.

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Diagrama de funcionamiento de IRIS

Puesto que IRIS no se encuentra en el centro de masas de Sunrise, de hecho se encuentra en su extremo más alejado del mismo, es posible que las aceleraciones debidas a la rotación de Sunrise no nos permitan detectar la caída libre. En este caso, IRIS utilizaría de nuevo el sensor de presión como sistema de backup. Una vez que IRIS toque tierra, apagará los vídeos y continuará su funcionamiento realizando un timelapse en el cual debería captar a los equipos de rescate llegando para recogerla. Los equipos de rescate cuando encuentren a Sunrise procederán al apagado de sus equipos incluyendo el interruptor de IRIS.

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