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Introducción a UPMSat2

Alejandro Alonso Juan Antonio de la Puente

Juan Zamorano

ditUPM

UPMSat2 © 2014 STRAST UPM

Índice

• Objetivos y grupos participantes • Características generales del satélite • Subsistemas del satélite • Carga útil: experimentos • Computador embarcado • Segmento de tierra

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Objetivos del proyecto UPMSat2

• Adquirir conocimientos sobre tecnología espacial • Experimentar con tecnologías propias

- Investigación - Enseñanza - Demostración

• Colaborar con empresas del sector espacial

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Grupos• IDR/UPM — idr.upm.es

‣ Instituto Universitario de Microgravedad «Ignacio da Riva» ‣ Dirección del proyecto y subsistemas

• STRAST/UPM — www.dit.upm.es/str‣ Grupo de investigación en Sistemas de Tiempo Real y

Arquitectura de Servicios Telemáticos ‣ Software embarcado y de segmento de tierra

• TECNOBIT — www.tecnobit.es‣ Computador embarcado y comunicaciones

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http://www.idr.upm.es

http://www.dit.upm.es/str

http://www.tecnobit.es


Grupo STRAST

• Fundado en 1990 • Profesores e investigadores del DIT (ETSIT) y

DATSI (ETSI INF) • Proyectos de investigación y desarrollo

- nacionales (PN I+D+I) - internacionales (7FP, ESA) - empresas

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Características• Dimensiones: 0,5×0,5×0,6 m • Masa total: 50 kg • Potencia máxima: 15 W • Órbita polar

- altitud 600 km - inclinación 98º - período ≈ 97 min

• Vida útil > 2 años • Carga útil: experimentos

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Órbita heliosíncrona

• Pasa por una latitud determinada siempre a la misma hora local (en tiempo solar medio)

• Pasa dos veces al día - una de día y otra de noche

• Permanece visible desde un mismo punto unos 5-10 min

- importante para comunicaciones • Tiempo de eclipse ≈ 40 min

- importante para carga de baterías

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Órbita heliosíncrona

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsCatalog/

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/OrbitsCatalog/


Estructura

• Totalmente metálica • Cuatro bandejas horizontales,

separadas por perfiles en L, y cuatro paneles laterales de cierre.

• Interfaz con el sistema de separación en la bandeja inferior.

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Fuente: IDR/UPM


Plataforma

Fuente: IDR/UPM


Energía eléctrica• Paneles solares de GaAs

- 4 series de 10 células - max 40 W a 25 V ‣ 4 paneles en caras laterales ‣ 1/2 panel en cara superior

• Batería Saft 18 Ah - 18 – 24 V cc en bus

• Control electrónico de distribución - bus sin estabilizar 18 - 24 V - estabilizada +5 V, ±15 V

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Fuente: IDR/UPM

http://www.saftbatteries.com


Control térmico• Objetivo

- mantener las temperaturas de todos los componentes dentro de los intervalos especificados

• Control pasivo - aislamiento térmico

• Medida de temperaturas en 24 puntos - para supervisión

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Fuente: IDR/UPM


Actitud del satélite• Orientación respecto a la

Tierra - importante para

comunicaciones y paneles solares

• Objetivos - eje Z normal a la órbita ‣ para que la antena esté

siempre visible - giro lento en torno al eje Z ‣ para paneles solares

y control térmico

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Z

ω

v

antena


Sistema de control de actitud (ADCS)

• Basado en campo magnético terrestre • Sensores: magnetómetros • Actuadores: magnetopares • Se corrige la actitud variando la

intensidad en los magnetopares en función de la medida del campo

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Comunicaciones • Hacia tierra (downlink) • Desde tierra (uplink)

- Banda UHF 400 MHz - 19200 bps

• Protocolo X25 • Capacidad en una órbita

- 10 min de conexión ‣ aproximadamente 0,9 MB brutos ‣ unos 0,5 MB útiles

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OBDH (On-Board Data Handling)

• Gestión y almacenamiento de datos - plataforma (housekeeping) - carga útil

• Relacionado con TT&C - telemetría (TM) - telecomandos (TC)

• Basado en computador embarcado (OBC)

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Relación con otros subsistemas

OBDH

ADCS

Carga útil

Separación

Energía

Command link

Control

Data link

Segmento de tierra


Carga útil

• La carga útil (payload) del satélite está formada por una serie de experimentos

• Objetivo: probar equipos/tecnología en ambiente espacial

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Experimentos1. MTS — Micro Thermal Switch (Iberespacio) 2. SCT — Células solares (TEC-EPG/ESA-ESTEC) 3. Magnetómetro (Bartington) 4. MRAD — Monitorización del efecto de la radiación (TECNOBIT) 5. SMA — Actuadores para boom (ARQUIMEA) 6. RW — Rueda de reacción (SSBV) 7. SS6 — Sensores solares (IES/UPM) 8. CTM — Control térmico (IDR/UPM) 9. BOOM — Brazo de extensión (IDR/UPM) 10. MAC — Control de actitud (IDR/UPM) 11. SSS — Sistema de separación (EADS CASA Espacio)

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Computador embarcado (OBC)

• Plataforma de cómputo para OBDH, ADCS y otros subsistemas

• Tecnología restringida por condiciones ambientales - radiación - temperatura - aceleración - potencia

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Computador embarcado en UPMSat2

• Procesador LEON3 - SPARC v8 RISC - Temporizadores - Controladores de bus y dispositivos

• 4 MB SRAM + 1 MB EEPROM • 64 entradas analógicas • 64 entradas y salidas digitales • Interfaces serie

- RS422, RS232, I2C, SPI • Desarrollado por TECNOBIT y STRAST

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Procesador LEON3

• Calificado para vuelo por la ESA

• Arquitectura RISC (SPARC v8) • Modelo VHDL abierto

- se puede grabar en FPGA • Potencia limitada

- 0,5 W @ 100 MHz

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Arquitectura de hardware

UART SPI I2C GPIO GPIOUART

RTCCOMMUNICATION Reaction wheel

Interval timersI−Cache D−Cache

SPARC−V8 Scalar and FP Units

Watchdog timer

VoltagesTemperatures

Intensities

Magnetometers

Magnetotorques

Device status Device activations

SwitchesHeaters

RAM EEPROM/FLASH

ADC

UHF link to ground station

Mission elapsed time

FPGA Virtex 5


Modelo de ingeniería

ProASIC3L


Computador de vuelo


Software embarcado• Hay funciones críticas que dependen del software

- categorías de criticidad del software • Hay requisitos de tiempo real

- funciones que hay que ejecutar en un intervalo de tiempo determinado ‣ no basta hacer lo correcto, hay que hacerlo a tiempo

• El proceso de validación y verificación (V&V) es crucial

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Funciones del software• Adquisición y procesado de telemetría (TM). • Descodificación y ejecución de órdenes remotas (TC) • Supervisión y control de la plataforma • Control y determinación de actitud (ADCS) • Adquisición de datos de mantenimiento

(housekeeping) • Adquisición, gestión y almacenamiento de datos de

la carga útil • Registro de datos temporales

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Segmento de tierra• Estación de tierra situada en Montegancedo • Antena • Equipo de radio • Computador • Funciones:

- Cálculo de parámetros orbitales y seguimiento - Procesamiento de telemetría (TM) - Envío de órdenes (TC) - Interfaz de operador

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Estación de tierra• Computador con

arquitectura PC/ix86 • Sistema operativo GNU/

Linux • Interfaz gráfica • Conexión a internet de

alta velocidad • Conexión a equipo

transmisor/receptor de radio para TMTC

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Fases de la misiónA. Estudio de viabilidad

‣ SRR B. Definición preliminar

‣ PDR C. Definición detallada

‣ CDR D. Cualificación y

producción ‣ QR & AR ‣ ORR

E. Operación - Preparación - Lanzamiento - Adquisición de órbita - Puesta en

funcionamiento - Funcionamiento

nominal en órbita F. Retirada

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Equipo de trabajo• Profesores

- Alejandro Alonso - Juan Antonio de la Puente - Juan Zamorano

• Investigadores - Jorge Garrido - Emilio Salazar

• Estudiantes - Verónica Gómez - Diana Marín

• Colaboradores anteriores - Peter Bradley - Daniel Brosnan - Ángel Esquinas - Álvaro Grajal - Pablo del Hoyo - Víctor Tomás - Gonzalo Pérez-Tomé

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Enlaces

www.dit.upm.es/str/upmsat2

www.idr.upm.es/tec_espacial/06_UPMSAT.html

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http://www.dit.upm.es/str/upmsat2

http://www.idr.upm.es/tec_espacial/06_UPMSAT.html

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