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CubeSats e Software Embarcado

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Apresentação na disciplina Projeto e Construção de Sistemas Espaciais do curso de Engenharia Espacial do ITA

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CubeSats e Software Embarcado

  1. 1. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE CubeSats e Software Embarcado MSc. Christopher S. Cerqueira Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  2. 2. Sistemas de Controle Carga Útil “destacável”* *deployable Eletrônicas/Softwares NanoSats Visão Geral dos tópicos de Hoje Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  3. 3. Small Sats Deployable payload Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. http://www.nasa.gov/directorates/spacetech/centennial_challenges/cubequest/awards- second-round-prizes-in-cube-quest-challenge
  4. 4. Origem do Cubesat ▪ Uma das tentativas de padronização de cargas úteis ▪ Criado em 1999 por Bob Twiggs – Stanford e California Polytechnic University ▪ Ideia era ter plataformas off-the- shelf (comerciais) de partes comuns ▪ ou desenvolvimento in-house. http://www.cubesatshop.com/ Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  5. 5. Taxonomia por “massa” Geralmente geoestacionários, e observação do espaço. http://www.amsat.org/?page_id=1869 Geralmente militares, científicos, e observação da terra. Geralmente científicos, provas de conceito, e educacionais. Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  6. 6. Small Sats (até 10kgs) – principais padrões: CubeSats TubeSats PocketQub CanSat Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  7. 7. Projetos BR Revista FAPESP Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  8. 8. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Tipos de Missões ▪ Usos típicos: ▪Teste de componentes espaciais ▪Ciência Espacial ▪Motivação para desenvolver novas tecnologias ▪Baixo custo (riscos experimentais) ▪Motivação Educacional para Estudantes (Missões com endLife de 2 anos) ▪ Extras: ▪Espionagem (Terra / entre satélites) ▪Observação da terra ▪Constelação em Marte http://ccar.colorado.edu/asen5050/projects/projects_2013/Naik_Siddhesh/Cubesats.html Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  9. 9. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Estruturas Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  10. 10. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE AOCS Sensores Atuadores Aquajet ArcJet Roda de Reação Astrofine Magneto torquehttps://m.wpi.edu/Pubs/E-project/Available/E-project-030113-141835/unrestricted/2013_ADC_Report_Final.pdf Magnetômetro Inerciais Sensor de estrelas Sensor Solar Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  11. 11. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE OBDH • Redundância (cold/hot) • Barramentos de dados • Tipos de Interfaces • Relógio • Processamento de Telecomandos • Encapsulamento de telemetrias • Armazenamento • Software • Coleta de dados Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Aqui tem Software Embarcado
  12. 12. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Constelação ▪ Definições: ▪ Constelação: voo de espaçonaves similares sem controle de posição relativa, controle vindo do solo. ▪ Formação: controle de malha fechada, on-board, para preservar a topologia. ▪ Enxame: grupo de espaçonaves similares cooperando para um objetivo comum. Cada membro determina seu controle relativo em relação aos outros. ▪ Cluster: sistema distribuído de espaçonaves heterogêneas em cooperação. Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  13. 13. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Business Case Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  14. 14. Downsides: Lixo Espacial Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  15. 15. Downsides:Custo de Lançamento $40k per cube http://www.nasa.gov/directorates/heo/home/CubeSats_initiative ~$80k Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  16. 16. Flight Share http://www.spaceflight.com/wp-content/uploads/2015/05/SPUG-RevF.pdf Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  17. 17. Flight Share – Noção de Preços $59k/kg Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  18. 18. Software Embarcado Conceito e motivação
  19. 19. Sistemas de Controle Carga Útil “destacável”* *deployable Eletrônicas/Softwares Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  20. 20. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE História Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. dt = 70 anos https://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC ENIAC was announced in 1946 5,000 cycles per second
  21. 21. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Software está em um Sistema Computacional Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Processador Memória Entradas / Saídas lê/armazena instruções/dados importa/exporta dados Sensores Atuadores Interfaces Alimentação
  22. 22. Qual é o softwarrer mais crítico?
  23. 23. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE AOCS Computador de Estimação e Controle de Atitude e Posição Perturbações Plantetas/Luas/Radiação Arrasto Magnetismo da Terra Translação e Rotação do Sistema Solar Posição das Estrelas Formato da espaçonave Sensores Atuadores Cálculos de Transferências Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Aqui tem Software Embarcado
  24. 24. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE AOCS Computador de Bordo de Controle de Atitude e Posição Modelo das Perturbações Modelo dos Arrastos Modelo Geomagnético Modelo do Sistema Solar Carta Celestial Modelo do corpo Modelo dos Sensores Modelo dos Atuadores Modelos de transferências Sensores Atuadores Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  25. 25. [Controle] Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Sistema A Sistema B - x(t) y(t) Sinal de Referência Saída medida
  26. 26. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE [Realimentação] Malha Aberta ▪ Sistemas que não tem sensores, ou pontos de realimentação. ▪ Ex.: ▪ máquina de lavar ( quem confere se a roupa está limpa ou não? São presets estipulados pelos construtores das máquinas ---- dentro podem ter sistemas realimentados de malha fechada) ▪ Sistema de irrigação. ▪ Usado em sistemas BEM definidos. (temporização, triggers) Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Sistema BSistema A x(t) y(t) atuador
  27. 27. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE [Realimentação] Malha Fechada ▪ Sistemas com sensores, pontos de observação, e sinais que retroalimentam com dados para ajuste do funcionamento. ▪ Ex.: controles de torque, movimento, níveis químicos, biológicos, etc.. ▪ Usado em sistemas que precisam de ajustes. (sensores, “inteligência”, atuadores) ▪ Exemplo clássico: Controle (mecânico) de velocidade de uma caldeira a vapor. Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Sistema A Sistema B - x(t) y(t) revolução industrial no século XVIII sensores atuador
  28. 28. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Sistema Geral de Controle ▪ Dado um modelo do sistema (planta) a ser controlado, deve-se encontrar um controlador adequado. Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32. Sistema Controlador SensoresAtuadores perturbações monitores comandos controles medições “reais” “reais” Elementos abstratos  Elementos sistêmicos
  29. 29. Microprocessor x Microcontroller x Application Processor “apenas processa” Chip dedicado a uma tarefa Utilidade genérica. “solução completa” Possui processador, memória e controladores de interface. Foco industrial e automação “solução completa” Possui processador, memória e controladores de interface Foco usuário final Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  30. 30. Ex. MICROPEAK ALTIMETER LED Interface MS5607 – Barômetro MEMS Status Comunicação Chave https://www.apogeerockets.com/Electronics- Payloads/Altimeters/MicroPeak-Altimeter Microcontrolador
  31. 31. Quão longe está chegando a complexidade dos sistemas computacionais? (exemplos) SWARMS Atlas Google Self-DrivingFalcon9
  32. 32. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Testando Softwares Modelagem do sistema numa linguagem independente de hardware Algoritmos codificados na linguagem do hardware O código embarcado num hardware representativo do equipamento real Código final embarcado no hardware para controlar o sistema real Eickhoff (2009) Teste no modelo Teste no código Teste nas interfaces Teste nas interfaces Caixa Branca Caixa Preta Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  33. 33. Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  34. 34. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Na prática?? No nível do trabalho de vcs: DataSheet Documentar como funciona! Procedimento de Teste Como vou verificar que o que eu tenho é igual ao que o DataSheet diz???? O resultado foi satisfatório? Os resultados bateram?? Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  35. 35. WRAP-UP Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  36. 36. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE O que vimos hoje Disciplina: Projeto e Construção de Sistemas Aeroespaciais – PRJ32.
  37. 37. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE O INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) 18:09cscerqueira.com.br
  38. 38. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Academicamente http://www.inpe.br/ci/ 18:09cscerqueira.com.br ▪ 7 Pós-Graduações: ▪ Astrofísica ▪ Engenharia e Tecnologia Espaciais ▪ Mecânica Espacial e Controle ▪ Combustão e Propulsão ▪ Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores ▪Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais ▪ Geofísica Espacial ▪ Computação Aplicada ▪ Meteorologia ▪ Sensoriamento Remoto ▪ Ciência do Sistema Terrestre
  39. 39. 18:09cscerqueira.com.br 39

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