Introducción a UPMSat2
Alejandro Alonso Juan Antonio de la Puente
Juan Zamorano
ditUPM
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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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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/
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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
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Plataforma
Fuente: IDR/UPM
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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
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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
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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
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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
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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
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Modelo de ingeniería
ProASIC3L
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Computador de vuelo
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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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