Massenspektrometrische Wasserdampfmessung in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre

Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung des flugzeuggetragenen Atmosphärischen Ionisations-Massenspektrometers AIMS-H2O zur Messung von Wasserdampf in der oberen Troposphäre und unteren Stratosphäre (UTLS) und erste Flugzeugmessungen mit dem Instrument. Wasserdampf beeinflusst das Klima in der UTLS aufgrund seiner Strahlungseigenschaften und agiert als wichtiger Parameter bei der Bildung von Zirruswolken und Kondensstreifen. Deshalb sind genaue Wasserdampfmessungen für das Verständnis vieler atmosphärischer Prozesse unerlässlich. Instrumentenvergleiche wie sie im SPARC Report No. 2 und dem Bericht der AUQAVIT Kampagne zusammengefasst sind, haben gezeigt, dass große Abweichungen zwischen einzelnen Methoden und Instrumenten bestehen. Diese Unsicherheiten limitieren das Verständnis des Einflusses von Wasserdampf auf die Dynamik und die Strahlungseigenschaften in der UTLS. Die in dieser Arbeit vorgestellte Entwicklung einer neuen Messmethode für Wasserdampf mit dem Massenspektrometer AIMS-H2O ist deshalb auf die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen in der UTLS fokussiert. Mit AIMS H2O wird Umgebungsluft in einer neu entwickelten Gasentladungsquelle ionisiert. Durch eine Reihe von Ionen-Molekül-Reaktionen entstehen H3O+(H2O) und H3O+(H2O)2 Ionen. Diese Ionen werden genutzt, um die Wasserdampfkonzentration in der Atmosphäre zu bestimmen. Um die erforderliche hohe Genauigkeit zu erzielen, wird AIMS H2O im Flug kalibriert. In dem zu diesem Zweck aufgebauten Kalibrationsmodul wird die katalytische Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff auf einer Platinoberfläche genutzt, um definierte Wasserdampfkonzentrationen für die Kalibration im Flug zu erzeugen. Bei ersten Messungen auf der Falcon während der Kampagne CONCERT 2011 konnte dabei eine Genauigkeit von 8 bis 15% für die Messung der Wasserdampfkonzentration in einem Messbereich von 0,5 bis 250 ppmv erreicht werden. Die Messfrequenz betrug 4 Hz, was einer räumlichen Auflösung von etwa 50 m entspricht. Der Vergleich der Messung des Massenspektrometers mit dem Laserhygrometer Waran zeigt eine sehr gute Übereinstimmung im Rahmen der Unsicherheiten. Anhand zweier Fallstudien werden die Messungen von AIMS H2O während CONCERT 2011 detailliert analysiert. In der ersten Studie werden zwei Flüge in eine stratosphärische Intrusion über Nordeuropa untersucht. In dieser Situation wurde stratosphärische Luft bis hinunter auf 6 km Höhe transportiert und war dadurch mit der Falcon erreichbar. Es konnte gezeigt werden, dass AIMS-H2O sehr gut für die genaue Messung niedriger Wasserdampfkonzentrationen, in diesem Fall bis etwa 3,5 ppmv, geeignet ist. Der Vergleich der Messung mit Analysen des ECMWF Integrated Forecast Systems zeigt eine gute Übereinstimmung der gemessenen Wasserdampfstrukturen mit der dynamischen Tropopause. Unterschiede tauchen dagegen beim Vergleich der Wasserdampfkonzentrationen in der unteren Stratosphäre auf. Hier prognostiziert das Modell deutlich höhere Feuchten. Die zweite Fallstudie beschäftigt sich mit der Verteilung der relativen Feuchte in jungen Kondensstreifen im Vergleich zu ihrer direkten Umgebung. Dabei wurde für drei Messsequenzen im Abgasstrahl von Flugzeugen beobachtet, dass die relative Feuchte innerhalb des Kondensstreifens im Vergleich zur Umgebung sowohl bei unter- als auch übersättigten Umgebungsbedingungen in Richtung Sättigung verschoben ist. Die hohe Anzahl an Eispartikeln und die damit verbundene große Eisoberfläche in jungen Kondensstreifen führt also zu einer schnellen Relaxation von Gasphase und Eis in Richtung Gleichgewicht. In der Zukunft soll AIMS-H2O auch auf HALO für die genaue Messung von Wasserdampf bei ML-CIRRUS und weiteren Kampagnen eingesetzt werden.

Comparison of co-located independent ground-based middle atmospheric wind and temperature measurements with numerical weather prediction models

High-resolution, ground-based and independent observations including co-located wind radiometer, lidar stations, and infrasound instruments are used to evaluate the accuracy of general circulation models and data-constrained assimilation systems in the middle atmosphere at northern hemisphere midlatitudes. Systematic comparisons between observations, the European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) operational analyses including the recent Integrated Forecast System cycles 38r1 and 38r2, the NASA’s Modern-Era Retrospective Analysis for Research and Applications (MERRA) reanalyses, and the free-running climate Max Planck Institute–Earth System Model–Low Resolution (MPI-ESM-LR) are carried out in both temporal and spectral dom ains. We find that ECMWF and MERRA are broadly consistent with lidar and wind radiometer measurements up to ~40 km. For both temperature and horizontal wind components, deviations increase with altitude as the assimilated observations become sparser. Between 40 and 60 km altitude, the standard deviation of the mean difference exceeds 5 K for the temperature and 20 m/s for the zonal wind. The largest deviations are observed in winter when the variability from large-scale planetary waves dominates. Between lidar data and MPI-ESM-LR, there is an overall agreement in spectral amplitude down to 15–20 days. At shorter time scales, the variability is lacking in the model by ~10 dB. Infrasound observations indicate a general good agreement with ECWMF wind and temperature products. As such, this study demonstrates the potential of the infrastructure of the Atmospheric Dynamics Research Infrastructure in Europe project that integrates various measurements and provides a quantitative understanding of stratosphere-troposphere dynamical coupling for numerical weather prediction applications.

Respuesta funcional de diferentes instares larvales de Chrysoperla carnea (Stephens) (Neuroptera: Chrysopidae) sobre ninfas de Bactericera cockerelli (Sulc) (Homoptera: Psyllidae)

Bactericera cockerelli (Sulc) (Homoptera: Psyllidae) es una plaga importante de solanaceas en México; para su control, la utilización de plaguicidas es el principal método, por lo que el uso de enemigos naturales bajo un sistema de manejo integrado, ha sido poco utilizado. Tal es el caso de Chrysoperla carnea (Stephens) (Neuroptera: Chrysopidae), agente de control biológico reportado para esta plaga; sin embargo, se carece de estudios para conocer su potencial. El objetivo del presente trabajo consistió en determinar el tipo y los parámetros de respuesta funcional de C. carnea sobre ninfas de B. cockerelli. El análisis de regresión logística reveló que la respuesta funcional de los tres instares larvales de C. carnea sobre ninfas de B. cockerelli fue de tipo II. Los tres instares consumieron ninfas de B. cockerelli, sin embargo el tercer instar tuvo mayor consumo, menor tiempo de manipuleo y mayor coeficiente de ataque. Estos resultados demostraron que C. carnea fue voraz y su capacidad depredadora está en función de su estado de desarrollo. El tercer instar reveló altas posibilidades para reducir las poblaciones de esta plaga, lo que sugiere que puede ser incluido en sistemas de manejo integrado de plagas basados en el control biológico aumentativo.

Arquitectura de sitios Web de bibliotecas universitarias : El sistema de bibliotecas de la Universidad Nacional de La Plata, Argentina

Este trabajo descriptivo exploratorio se propone analizar la arquitectura de información (AI) de sitios Web de bibliotecas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), Argentina. Se analizaron 17 bibliotecas y se aplicó una grilla para recabar 10 aspectos relevantes. Los resultados fueron: 1. Ubicación del sitio Web de la biblioteca: 9 sitios incluidos en la página principal de la facultad. 2. Etiquetado de contenidos: terminología simple, sin jergas; no hay homogeneidad entre las bibliotecas. 3. Capacidad de búsqueda: 62 por ciento positiva, 38 por ciento negativa. 4. Sistema de búsqueda: simple 43 por ciento, compleja 10 por ciento, con ayudas 10 por ciento, ninguno 38 por ciento. 5. Sistemas de navegación: globales 5 por ciento, jerárquicos 79 por ciento, locales 5 por ciento, ninguno 11 por ciento. 6. Herramientas de navegación: barras 16 por ciento, frames o marcos 30 por ciento, índices 2 por ciento, mapas de sitio 7 por ciento, menús horizontales 9 por ciento, menús verticales 35 por ciento. 7. Sindicación de contenidos RSS: 3 sitios. 8. Otros servicios: chat 7 por ciento, descarga de documentos 16 por ciento, envío de formularios 14 por ciento, instructivos 21 por ciento, links a otras páginas 23 por ciento, tutoriales 5 por ciento, otros 14 por ciento. 9. Accesibilidad Web: 1 sitio. 10. Otras observaciones: ninguna. Se concluye que el desarrollo de los sitios es dispar y se recomienda considerar pautas de AI como parte de la cooperación en la red de bibliotecas de la UNLP

Arquitectura de sitios Web de bibliotecas universitarias : El sistema de bibliotecas de la Universidad Nacional de La Plata, Argentina

Este trabajo descriptivo exploratorio se propone analizar la arquitectura de información (AI) de sitios Web de bibliotecas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), Argentina. Se analizaron 17 bibliotecas y se aplicó una grilla para recabar 10 aspectos relevantes. Los resultados fueron: 1. Ubicación del sitio Web de la biblioteca: 9 sitios incluidos en la página principal de la facultad. 2. Etiquetado de contenidos: terminología simple, sin jergas; no hay homogeneidad entre las bibliotecas. 3. Capacidad de búsqueda: 62 por ciento positiva, 38 por ciento negativa. 4. Sistema de búsqueda: simple 43 por ciento, compleja 10 por ciento, con ayudas 10 por ciento, ninguno 38 por ciento. 5. Sistemas de navegación: globales 5 por ciento, jerárquicos 79 por ciento, locales 5 por ciento, ninguno 11 por ciento. 6. Herramientas de navegación: barras 16 por ciento, frames o marcos 30 por ciento, índices 2 por ciento, mapas de sitio 7 por ciento, menús horizontales 9 por ciento, menús verticales 35 por ciento. 7. Sindicación de contenidos RSS: 3 sitios. 8. Otros servicios: chat 7 por ciento, descarga de documentos 16 por ciento, envío de formularios 14 por ciento, instructivos 21 por ciento, links a otras páginas 23 por ciento, tutoriales 5 por ciento, otros 14 por ciento. 9. Accesibilidad Web: 1 sitio. 10. Otras observaciones: ninguna. Se concluye que el desarrollo de los sitios es dispar y se recomienda considerar pautas de AI como parte de la cooperación en la red de bibliotecas de la UNLP

Arquitectura de sitios Web de bibliotecas universitarias : El sistema de bibliotecas de la Universidad Nacional de La Plata, Argentina

Este trabajo descriptivo exploratorio se propone analizar la arquitectura de información (AI) de sitios Web de bibliotecas de la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), Argentina. Se analizaron 17 bibliotecas y se aplicó una grilla para recabar 10 aspectos relevantes. Los resultados fueron: 1. Ubicación del sitio Web de la biblioteca: 9 sitios incluidos en la página principal de la facultad. 2. Etiquetado de contenidos: terminología simple, sin jergas; no hay homogeneidad entre las bibliotecas. 3. Capacidad de búsqueda: 62 por ciento positiva, 38 por ciento negativa. 4. Sistema de búsqueda: simple 43 por ciento, compleja 10 por ciento, con ayudas 10 por ciento, ninguno 38 por ciento. 5. Sistemas de navegación: globales 5 por ciento, jerárquicos 79 por ciento, locales 5 por ciento, ninguno 11 por ciento. 6. Herramientas de navegación: barras 16 por ciento, frames o marcos 30 por ciento, índices 2 por ciento, mapas de sitio 7 por ciento, menús horizontales 9 por ciento, menús verticales 35 por ciento. 7. Sindicación de contenidos RSS: 3 sitios. 8. Otros servicios: chat 7 por ciento, descarga de documentos 16 por ciento, envío de formularios 14 por ciento, instructivos 21 por ciento, links a otras páginas 23 por ciento, tutoriales 5 por ciento, otros 14 por ciento. 9. Accesibilidad Web: 1 sitio. 10. Otras observaciones: ninguna. Se concluye que el desarrollo de los sitios es dispar y se recomienda considerar pautas de AI como parte de la cooperación en la red de bibliotecas de la UNLP

Mass balance measurements on King George Island ice cap in 2007 and 2008

The Antarctic Peninsula has been identified as a region of rapid on-going climate change with impacts on the cryosphere. The knowledge of glacial changes and freshwater budgets resulting from intensified glacier melt is an important boundary condition for many biological and integrated earth system science approaches. We provide a case study on glacier and mass balance changes for the ice cap of King George Island. The area loss between 2000 and 2008 amounted to about 20 km**2 (about 1.6% of the island area) and compares to glacier retreat rates observed in previous years. Measured net accumulation rates for two years (2007 and 2008) show a strong interannual variability with maximum net accumulation rates of 4950 mm w.e./a and 3184 mm w.e./a, respectively. These net accumulation rates are at least 4 times higher than reported mean values (1926-95) from an ice core. An elevation dependent precipitation rate of 343 mm w.e./a (2007) and 432 mm w.e./a (2008) per 100 m elevation increase was observed. Despite these rather high net accumulation rates on the main ice cap, consistent surface lowering was observed at elevations below 270 m above ellipsoid over an 11-year period. These DGPS records reveal a linear dependence of surface lowering with altitude with a maximum annual surface lowering rate of 1.44 m/a at 40 m and -0.20 m/a at 270 m above ellipsoid. These results fit well to observations by other authors and surface lowering rates derived from the ICESat laser altimeter. Assuming that climate conditions of the past 11 years continue, the small ice cap of Bellingshausen Dome will disappear in about 285 years.

Time series of ZOOSCAN images and results of zooplankton samples at Villefranche from 1966 to 2003

ZooScan with ZooProcess and Plankton Identifier (PkID) software is an integrated analysis system for acquisition and classification of digital zooplankton images from preserved zooplankton samples. Zooplankton samples are digitized by the ZooScan and processed by ZooProcess and PkID in order to detect, enumerate, measure and classify the digitized objects. Here we present a semi-automatic approach that entails automated classification of images followed by manual validation, which allows rapid and accurate classification of zooplankton and abiotic objects. We demonstrate this approach with a biweekly zooplankton time series from the Bay of Villefranche-sur-mer, France. The classification approach proposed here provides a practical compromise between a fully automatic method with varying degrees of bias and a manual but accurate classification of zooplankton. We also evaluate the appropriate number of images to include in digital learning sets and compare the accuracy of six classification algorithms. We evaluate the accuracy of the ZooScan for automated measurements of body size and present relationships between machine measures of size and C and N content of selected zooplankton taxa. We demonstrate that the ZooScan system can produce useful measures of zooplankton abundance, biomass and size spectra, for a variety of ecological studies.

Reference list of sources used for two experimental data files dataBSRN and dataMixed

Increasing amounts of data is collected in most areas of research and application. The degree to which this data can be accessed, analyzed, and retrieved, is a decisive in obtaining progress in fields such as scientific research or industrial production. We present a novel methodology supporting content-based retrieval and exploratory search in repositories of multivariate research data. In particular, our methods are able to describe two-dimensional functional dependencies in research data, e.g. the relationship between ination and unemployment in economics. Our basic idea is to use feature vectors based on the goodness-of-fit of a set of regression models to describe the data mathematically. We denote this approach Regressional Features and use it for content-based search and, since our approach motivates an intuitive definition of interestingness, for exploring the most interesting data. We apply our method on considerable real-world research datasets, showing the usefulness of our approach for user-centered access to research data in a Digital Library system.

IDT-3D: Identification and tracking in controlled environments using a 3D unified user interface

Identification and tracking of objects in specific environments such as harbors or security areas is a matter of great importance nowadays. With this purpose, numerous systems based on different technologies have been developed, resulting in a great amount of gathered data displayed through a variety of interfaces. Such amount of information has to be evaluated by human operators in order to take the correct decisions, sometimes under highly critical situations demanding both speed and accuracy. In order to face this problem we describe IDT-3D, a platform for identification and tracking of vessels in a harbour environment able to represent fused information in real time using a Virtual Reality application. The effectiveness of using IDT-3D as an integrated surveillance system is currently under evaluation. Preliminary results point to a significant decrease in the times of reaction and decision making of operators facing up a critical situation. Although the current application focus of IDT-3D is quite specific, the results of this research could be extended to the identification and tracking of targets in other controlled environments of interest as coastlines, borders or even urban areas.

The new challenges of end-of-life tyres management systems: a Spanish case study

Directive 2008/98/EC released by the European Union represents a significant step forward in all relevant aspects of waste management. Under the already established, extended produced responsibility (EPR) principle, new policies have been enunciated to continuously achieve better overall environmental performance of key products throughout their life phases. This paper discusses how the directive is being articulated in Spain by the main integrated management system (IMS) for end-of-life (EOL) tyres since its creation in 2006. Focusing on the IMS technological, economic and legal aspects, the study provides a global perspective and evaluation of how the IMS is facing the current issues to resolve, the new challenges that have appeared and the management vision for the coming years.

Digital libraries for the preservation of research methods and associated artifacts

New digital artifacts are emerging in data-intensive science. For example, scientific workflows are executable descriptions of scientific procedures that define the sequence of computational steps in an automated data analysis, supporting reproducible research and the sharing and replication of best-practice and know-how through reuse. Workflows are specified at design time and interpreted through their execution in a variety of situations, environments, and domains. Hence it is essential to preserve both their static and dynamic aspects, along with the research context in which they are used. To achieve this, we propose the use of multidimensional digital objects (Research Objects) that aggregate the resources used and/or produced in scientific investigations, including workflow models, provenance of their executions, and links to the relevant associated resources, along with the provision of technological support for their preservation and efficient retrieval and reuse. In this direction, we specified a software architecture for the design and implementation of a Research Object preservation system, and realized this architecture with a set of services and clients, drawing together practices in digital libraries, preservation systems, workflow management, social networking and Semantic Web technologies. In this paper, we describe the backbone system of this realization, a digital library system built on top of dLibra.

Multidisciplinary Design Optimization Application to Conceptual Design of University-class Microsatellite Projects

Esta tesis se ha realizado en el contexto del proyecto UPMSat-2, que es un microsatélite diseñado, construido y operado por el Instituto Universitario de Microgravedad "Ignacio Da Riva" (IDR / UPM) de la Universidad Politécnica de Madrid. Aplicación de la metodología Ingeniería Concurrente (Concurrent Engineering: CE) en el marco de la aplicación de diseño multidisciplinar (Multidisciplinary Design Optimization: MDO) es uno de los principales objetivos del presente trabajo. En los últimos años, ha habido un interés continuo en la participación de los grupos de investigación de las universidades en los estudios de la tecnología espacial a través de sus propios microsatélites. La participación en este tipo de proyectos tiene algunos desafíos inherentes, tales como presupuestos y servicios limitados. Además, debido al hecho de que el objetivo principal de estos proyectos es fundamentalmente educativo, por lo general hay incertidumbres en cuanto a su misión en órbita y cargas útiles en las primeras fases del proyecto. Por otro lado, existen limitaciones predeterminadas para sus presupuestos de masa, volumen y energía, debido al hecho de que la mayoría de ellos están considerados como una carga útil auxiliar para el lanzamiento. De este modo, el costo de lanzamiento se reduce considerablemente. En este contexto, el subsistema estructural del satélite es uno de los más afectados por las restricciones que impone el lanzador. Esto puede afectar a diferentes aspectos, incluyendo las dimensiones, la resistencia y los requisitos de frecuencia. En la primera parte de esta tesis, la atención se centra en el desarrollo de una herramienta de diseño del subsistema estructural que evalúa, no sólo las propiedades de la estructura primaria como variables, sino también algunas variables de nivel de sistema del satélite, como la masa de la carga útil y la masa y las dimensiones extremas de satélite. Este enfoque permite que el equipo de diseño obtenga una mejor visión del diseño en un espacio de diseño extendido. La herramienta de diseño estructural se basa en las fórmulas y los supuestos apropiados, incluyendo los modelos estáticos y dinámicos del satélite. Un algoritmo genético (Genetic Algorithm: GA) se aplica al espacio de diseño para optimizaciones de objetivo único y también multiobjetivo. El resultado de la optimización multiobjetivo es un Pareto-optimal basado en dos objetivo, la masa total de satélites mínimo y el máximo presupuesto de masa de carga útil. Por otro lado, la aplicación de los microsatélites en misiones espaciales es de interés por su menor coste y tiempo de desarrollo. La gran necesidad de las aplicaciones de teledetección es un fuerte impulsor de su popularidad en este tipo de misiones espaciales. Las misiones de tele-observación por satélite son esenciales para la investigación de los recursos de la tierra y el medio ambiente. En estas misiones existen interrelaciones estrechas entre diferentes requisitos como la altitud orbital, tiempo de revisita, el ciclo de vida y la resolución. Además, todos estos requisitos puede afectar a toda las características de diseño. Durante los últimos años la aplicación de CE en las misiones espaciales ha demostrado una gran ventaja para llegar al diseño óptimo, teniendo en cuenta tanto el rendimiento y el costo del proyecto. Un ejemplo bien conocido de la aplicación de CE es la CDF (Facilidad Diseño Concurrente) de la ESA (Agencia Espacial Europea). Está claro que para los proyectos de microsatélites universitarios tener o desarrollar una instalación de este tipo parece estar más allá de las capacidades del proyecto. Sin embargo, la práctica de la CE a cualquier escala puede ser beneficiosa para los microsatélites universitarios también. En la segunda parte de esta tesis, la atención se centra en el desarrollo de una estructura de optimización de diseño multidisciplinar (Multidisciplinary Design Optimization: MDO) aplicable a la fase de diseño conceptual de microsatélites de teledetección. Este enfoque permite que el equipo de diseño conozca la interacción entre las diferentes variables de diseño. El esquema MDO presentado no sólo incluye variables de nivel de sistema, tales como la masa total del satélite y la potencia total, sino también los requisitos de la misión como la resolución y tiempo de revisita. El proceso de diseño de microsatélites se divide en tres disciplinas; a) diseño de órbita, b) diseño de carga útil y c) diseño de plataforma. En primer lugar, se calculan diferentes parámetros de misión para un rango práctico de órbitas helio-síncronas (sun-synchronous orbits: SS-Os). Luego, según los parámetros orbitales y los datos de un instrumento como referencia, se calcula la masa y la potencia de la carga útil. El diseño de la plataforma del satélite se estima a partir de los datos de la masa y potencia de los diferentes subsistemas utilizando relaciones empíricas de diseño. El diseño del subsistema de potencia se realiza teniendo en cuenta variables de diseño más detalladas, como el escenario de la misión y diferentes tipos de células solares y baterías. El escenario se selecciona, de modo de obtener una banda de cobertura sobre la superficie terrestre paralelo al Ecuador después de cada intervalo de revisita. Con el objetivo de evaluar las interrelaciones entre las diferentes variables en el espacio de diseño, todas las disciplinas de diseño mencionados se combinan en un código unificado. Por último, una forma básica de MDO se ajusta a la herramienta de diseño de sistema de satélite. La optimización del diseño se realiza por medio de un GA con el único objetivo de minimizar la masa total de microsatélite. Según los resultados obtenidos de la aplicación del MDO, existen diferentes puntos de diseños óptimos, pero con diferentes variables de misión. Este análisis demuestra la aplicabilidad de MDO para los estudios de ingeniería de sistema en la fase de diseño conceptual en este tipo de proyectos. La principal conclusión de esta tesis, es que el diseño clásico de los satélites que por lo general comienza con la definición de la misión y la carga útil no es necesariamente la mejor metodología para todos los proyectos de satélites. Un microsatélite universitario, es un ejemplo de este tipo de proyectos. Por eso, se han desarrollado un conjunto de herramientas de diseño para encarar los estudios de la fase inicial de diseño. Este conjunto de herramientas incluye diferentes disciplinas de diseño centrados en el subsistema estructural y teniendo en cuenta una carga útil desconocida a priori. Los resultados demuestran que la mínima masa total del satélite y la máxima masa disponible para una carga útil desconocida a priori, son objetivos conflictivos. En este contexto para encontrar un Pareto-optimal se ha aplicado una optimización multiobjetivo. Según los resultados se concluye que la selección de la masa total por satélite en el rango de 40-60 kg puede considerarse como óptima para un proyecto de microsatélites universitario con carga útil desconocida a priori. También la metodología CE se ha aplicado al proceso de diseño conceptual de microsatélites de teledetección. Los resultados de la aplicación del CE proporcionan una clara comprensión de la interacción entre los requisitos de diseño de sistemas de satélites, tales como la masa total del microsatélite y la potencia y los requisitos de la misión como la resolución y el tiempo de revisita. La aplicación de MDO se hace con la minimización de la masa total de microsatélite. Los resultados de la aplicación de MDO aclaran la relación clara entre los diferentes requisitos de diseño del sistema y de misión, así como que permiten seleccionar las líneas de base para el diseño óptimo con el objetivo seleccionado en las primeras fase de diseño. ABSTRACT This thesis is done in the context of UPMSat-2 project, which is a microsatellite under design and manufacturing at the Instituto Universitario de Microgravedad “Ignacio Da Riva” (IDR/UPM) of the Universidad Politécnica de Madrid. Application of Concurrent Engineering (CE) methodology in the framework of Multidisciplinary Design application (MDO) is one of the main objectives of the present work. In recent years, there has been continuing interest in the participation of university research groups in space technology studies by means of their own microsatellites. The involvement in such projects has some inherent challenges, such as limited budget and facilities. Also, due to the fact that the main objective of these projects is for educational purposes, usually there are uncertainties regarding their in orbit mission and scientific payloads at the early phases of the project. On the other hand, there are predetermined limitations for their mass and volume budgets owing to the fact that most of them are launched as an auxiliary payload in which the launch cost is reduced considerably. The satellite structure subsystem is the one which is most affected by the launcher constraints. This can affect different aspects, including dimensions, strength and frequency requirements. In the first part of this thesis, the main focus is on developing a structural design sizing tool containing not only the primary structures properties as variables but also the satellite system level variables such as payload mass budget and satellite total mass and dimensions. This approach enables the design team to obtain better insight into the design in an extended design envelope. The structural design sizing tool is based on the analytical structural design formulas and appropriate assumptions including both static and dynamic models of the satellite. A Genetic Algorithm (GA) is applied to the design space for both single and multiobejective optimizations. The result of the multiobjective optimization is a Pareto-optimal based on two objectives, minimum satellite total mass and maximum payload mass budget. On the other hand, the application of the microsatellites is of interest for their less cost and response time. The high need for the remote sensing applications is a strong driver of their popularity in space missions. The satellite remote sensing missions are essential for long term research around the condition of the earth resources and environment. In remote sensing missions there are tight interrelations between different requirements such as orbital altitude, revisit time, mission cycle life and spatial resolution. Also, all of these requirements can affect the whole design characteristics. During the last years application of the CE in the space missions has demonstrated a great advantage to reach the optimum design base lines considering both the performance and the cost of the project. A well-known example of CE application is ESA (European Space Agency) CDF (Concurrent Design Facility). It is clear that for the university-class microsatellite projects having or developing such a facility seems beyond the project capabilities. Nevertheless practicing CE at any scale can be beneficiary for the university-class microsatellite projects. In the second part of this thesis, the main focus is on developing a MDO framework applicable to the conceptual design phase of the remote sensing microsatellites. This approach enables the design team to evaluate the interaction between the different system design variables. The presented MDO framework contains not only the system level variables such as the satellite total mass and total power, but also the mission requirements like the spatial resolution and the revisit time. The microsatellite sizing process is divided into the three major design disciplines; a) orbit design, b) payload sizing and c) bus sizing. First, different mission parameters for a practical range of sun-synchronous orbits (SS-Os) are calculated. Then, according to the orbital parameters and a reference remote sensing instrument, mass and power of the payload are calculated. Satellite bus sizing is done based on mass and power calculation of the different subsystems using design estimation relationships. In the satellite bus sizing, the power subsystem design is realized by considering more detailed design variables including a mission scenario and different types of solar cells and batteries. The mission scenario is selected in order to obtain a coverage belt on the earth surface parallel to the earth equatorial after each revisit time. In order to evaluate the interrelations between the different variables inside the design space all the mentioned design disciplines are combined in a unified code. The integrated satellite system sizing tool developed in this section is considered as an application of the CE to the conceptual design of the remote sensing microsatellite projects. Finally, in order to apply the MDO methodology to the design problem, a basic MDO framework is adjusted to the developed satellite system design tool. Design optimization is done by means of a GA single objective algorithm with the objective function as minimizing the microsatellite total mass. According to the results of MDO application, there exist different optimum design points all with the minimum satellite total mass but with different mission variables. This output demonstrates the successful applicability of MDO approach for system engineering trade-off studies at the conceptual design phase of the design in such projects. The main conclusion of this thesis is that the classical design approach for the satellite design which usually starts with the mission and payload definition is not necessarily the best approach for all of the satellite projects. The university-class microsatellite is an example for such projects. Due to this fact an integrated satellite sizing tool including different design disciplines focusing on the structural subsystem and considering unknown payload is developed. According to the results the satellite total mass and available mass for the unknown payload are conflictive objectives. In order to find the Pareto-optimal a multiobjective GA optimization is conducted. Based on the optimization results it is concluded that selecting the satellite total mass in the range of 40-60 kg can be considered as an optimum approach for a university-class microsatellite project with unknown payload(s). Also, the CE methodology is applied to the remote sensing microsatellites conceptual design process. The results of CE application provide a clear understanding of the interaction between satellite system design requirements such as satellite total mass and power and the satellite mission variables such as revisit time and spatial resolution. The MDO application is done with the total mass minimization of a remote sensing satellite. The results from the MDO application clarify the unclear relationship between different system and mission design variables as well as the optimum design base lines according to the selected objective during the initial design phases.

Modelo para la gestión de la ordenación territorial en el Ecuador en el marco de su Constitución

Ecuador, país sudamericano, aprobó en el año 2008 una Constitución en la que subyace un modelo de desarrollo humano multidimensional y alternativo al vigente. Sus dimensiones sociales, económicas, políticas, culturales y ambientales se encuentran en los textos correspondientes a los “Derechos”, “Régimen de Desarrollo” y “Régimen del Buen Vivir”; en tanto que las dimensiones territoriales se hallan expuestas en la “Organización Territorial del Estado”, conformada por regiones, provincias, cantones y parroquias rurales, con sus respectivos gobiernos autónomos descentralizados, a los que la misma Constitución les atribuye, entre otras, las competencias exclusivas de “planificar el desarrollo” y “formular los correspondientes planes de ordenamiento territorial”, y al Estado central la “planificación nacional”. No obstante, el marco legal dictado posteriormente -que otorga al Estado central la competencia de ordenación territorial, mediante la “Estrategia Territorial Nacional”-, no logra regular con eficacia, efectividad y eficiencia este ejercicio competencial, incluyendo en esta condición a los lineamientos técnicos dictados por el organismo nacional de planificación; volviendo urgente la vigencia de una ley que lo asuma, pero que demanda previamente el diseño de un modelo de gestión de estas competencias, propósito al cual procura contribuir el presente trabajo. Su estructura es la siguiente: Capítulo 1: “La problemática, objetivos y antecedentes”, en cuya formulación se destaca el estudio del marco jurídico y técnico vigente en relación a la ordenación territorial, partiendo de una breve visión sobre los empeños previos en Ecuador por adoptarla, y que se complementa con una evaluación preliminar de la experiencia vivida por los gobiernos autónomos descentralizados al formular y gestionar sus primeros planes de desarrollo y de ordenación territorial, en acatamiento del mandato constitucional. Luego se avanza en la definición del objetivo general del trabajo y de un conjunto coherente de objetivos específicos. Concluye este capítulo con el análisis del estado de la cuestión: los antecedentes sobre la ordenación territorial en América Latina, en el marco de sus predecesoras históricas. Capítulo 2: “Diseño del modelo de gestión”, que se inicia con el planteamiento de la metodología a seguir, condicionada especialmente por los propios textos constitucionales que vinculan en la relación de “correspondencia” a la ordenación territorial con la planificación del desarrollo y en consecuencia con el ejercicio de las competencias sectoriales asignadas por ella misma a los diferentes niveles de gobierno. Efectivamente, tal relación supone básicamente que la planificación del desarrollo adquiera el carácter de global, total, vale decir integral, en el sentido de que igualmente contemple sus dimensiones territoriales y que la planificación de éstas se integre a la de las dimensiones sociales, económicas, políticas, culturales y ambientales, de manera tal que en cada uno de los niveles la planificación del desarrollo sea un proceso único y un todo. Por estas condiciones, el diseño en cuestión demanda el tratamiento previo de los aspectos contemplados por la metodología en relación con la conceptualización y ordenamiento de la planificación y gestión del modelo de desarrollo humano previsto por la Constitución para los distintos niveles territoriales, seguido del análisis y evaluación del reparto competencial. En este marco se diseña el modelo de gestión en siete componentes específicos que definen los objetivos estratégicos generales a los cuales apuntará la ordenación territorial, estructuran con sus figuras –los planes–, un sistema integrado de alcance nacional, entienden al propio territorio bajo una visión sistémica y proponen un esquema metodológico general para la redacción de tales instrumentos. Luego se aborda en calidad de tema clave, la articulación con la planificación del desarrollo, el establecimiento de las dimensiones territoriales sectoriales y globales de ordenación en cada nivel territorial, que posibilita a su vez la formulación de los contenidos de las determinaciones de los planes y la definición de un conjunto de lineamientos para su gestión. Capítulo 3. “Verificación”, que se ha concretado en la puesta a consideración de un selecto grupo de expertos nacionales en ordenación territorial, el modelo propuesto siguiendo los procedimientos recomendados para este tipo de consultas. Capítulo 4. “Conclusiones Generales”, esto es, un conjunto coherente de proposiciones que condensan los resultados alcanzados en los diferentes capítulos precedentes y que demuestran la validez del modelo propuesto. ABSTRACT Ecuador approved a constitution, by 2008, where a multidimensional human development model, different to the one in force, underlies. Its social, economic, political, cultural and environmental dimensions are at the entries for "Rights", "Development Scheme" and "Rules of Good Living"; while the territorial dimensions are given by the "Territorial Organization of the State" section, consisting of regions, provinces, cantons and rural parishes, with their respective autonomous governments, to which the Constitution conferred, inter alia, the exclusive powers of "development planning" and "land use plan formulation," while the central state has the "national planning" competence. However, the subsequent issued legal framework - which gives the central state competences over land planning, using the "National Spatial Strategy" - fails to effectively regulate this exercise of jurisdiction, including in this condition the technical guidelines dictated by the national planning agency; thus becoming urgent to put in force a law that assume it, which demands the previous design of a management model of these competences, which is the aim that seeks to contribute the present work. Its structure is as follows: Chapter 1: "The problem, objectives and background" that includes the study of the legal and technical framework in force in relation to land planning, starts with a brief overview of previous efforts to adopt it in Ecuador. The chapter is complemented with a preliminary assessment of the experience of the autonomous governments to formulate and manage their early development plans and land planning, in compliance with the constitutional mandate. Subsequently the overall objective of the work and a coherent set of objectives are defined. This chapter concludes with an analysis of the state of art: the history of land use planning in Latin America in the context of their historical predecessors. Chapter 2, "Design of a management model", which begins with the methodological approach to follow, conditioned by the constitutional texts linking the relationship of "correspondence" land planning with development planning and with the exercise of the sectorial competences assigned by itself to different levels of government. Indeed, such a relationship basically means that development planning should acquire a global, comprehensive, complete, total, character in the sense that it also provides for their territorial dimensions and that their planning is integrated to social, economic, political, cultural and environmental factors, so that in each of the levels, development planning is a unique process and a whole. For these conditions, the design in question demands pretreatment of the aspects covered by the methodology in relation to the conceptualization and management of the planning and management of human development model envisaged by the Constitution to the various territorial levels, followed by analysis and evaluation of the distribution of powers. In this framework a management model is designed into seven specific components that define the overall strategic objectives which aim to land planning, structure plans, and an integrated nationwide system, that understand the territory under a systemic vision and propose a general methodological framework to draft these instruments. Then a key issue is addressed, the coordination with development planning, the establishment of sectorial and regional and global dimensions of management at each territorial level, which in turn allows the formulation of the contents of the plans determinations and defining a set of management guidelines. Chapter 3, "Verification", It has traduced into asking for the revision of the proposed model by a select group of national experts in spatial planning by following recommended procedures for such queries. Chapter 4, "General Conclusions", a coherent set of propositions that summarize the results obtained in the different preceding chapters, which demonstrates the validity of the proposed model.