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CS5CEP

Módulo de determinação e controlo de atitude do ISTnanosat-1

Enquadramento: O Centro Espacial Português, conjugando interesses científicos do IST e da AMSAT-CT, vem potenciar aplicações, quer através do seguimento e exploração terrestre de múltiplos satélites, quer também pelo estudo, construção, lançamento e exploração sub-orbital de sistemas desenvolvidos e produzidos localmente. É neste contexto que começam a ser exploradas novas abordagens, que tem por fim a construção de um satélite educativo (ISTnanosat-1), apoiado pela ESA no âmbito do programa Educational CubeSat initiative, capaz de transportar novos desafios e aplicações. O processo de construção dum satélite, mesmo um CubeSat, é uma tarefa simultaneamente complicada e desafiante. Um CubeSat, do tipo que pretendemos lançar, possui vários sistemas que vão desde os transponders ao sistema de alimentação. Um dos sistemas importantes é o módulo de determinação e controlo de atitude do satélite que permite que o satélite se mantenha orientado para a melhor posição possível, quando em órbita, quer no que respeita à sua posição face ao Sol, quer face à Terra. O sistema de ADCS concretiza a compensação e controlo dos movimentos de um satélite através de um conjunto de procedimentos que se dividem em vários modos de operação (em inglês): Detumbling - diminuir o momento ângular do satélite, após lançamento, para permitir executar os algoritmos de determinação de atitude; Manoeuvering - controlar a orientação do satélite, conhecida a posição inicial (após detumbling), para a posição mais conveniente para as condições do "payload"; Pointing - ajustar a posição para acções concretas (orientação face ao Sol ou às estrelas); Stabilization - modo normal de operação em que se requer a máxima precisão na determinação de posição para que o algoritmo de controlo mantenha o satélite estabilizado; Desaturation - modo auxiliar para dessaturação de alguns sensores/actuadores e que deve ser ocasionalmente executado.

Objectivos: Pretende-se construir, com base num sistema básico de controlo de atitude desenvolvido, um sistema mais evoluído que optimize a posição do ISTnanosat-1 face ao Sol, para maximizar a recuperação de energia, e face à Terra, para optimizar o desempenho das comunicações. Este sistema deve operar com base em sensores dedicados à monitorização da posição do satélite (e.g. Giroscópio, Sensor Solar, Sensor de Horizonte, Sensor Estrelar, Magnetómetro) e corrigir a sua orientação graças a actuadores (e.g. Magnetorques + Íman, Roda de Reacção, canhões de iões). Um dos desafios a concretizar será o de minimizar o número de sensores e actuadores que conduza a uma solução aceitável de colocação e estabilização do satélite sem comprometer a energia gasta neste processo. Outro desafio igualmente importante relaciona-se com a arquitectura do próprio ISTnanosat. A figura seguinte ilustra a estrutura prevista:

Heart-architecture.jpg: 758x790, 192k (March 19, 2014, at 03:22 PM)
Flight Module

Nesta arquitectura existem dois processadores, cada um encarregue de um conjunto de tarefas, como sejam as comunicações digitais ou a gestão de recursos do satélite. Um desafio muito interessante é decidir, projectar e concretizar a forma como se podem aproveitar estes recursos computacionais, eventualmente com o recurso a HW programável (FPGA), para suportar as exigentes, embora intermitentes, tarefas dos vários modos do cantrolo de atitude do ISTnanosat-1

Descrição: Este trabalho implicará:

  1. Análise de requisitos do módulo de controlo de atitude.
  2. Estudo das melhores soluções de actuação para melhor eficácia na determinação e controlo de atitude do ISTnanosat;
  3. Desenvolvimento de solução (protótipo);
  4. Testes e demonstração em ambiente real.

Orientação: Rui M. Rocha, Moisés Piedade; apoio da AMSAT-CT / AMRAD

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