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IFSC e FPGA para Todos e o Desenvolvimento de Nanosatélites.

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IFSC Colabora Com o GSE no Desenvolvimento de um Picosatélite.

 

 

Projeto e Teste de sistemas Embarcados Espaciais (ProTeSE)  é a proposta da UFSC para o desenvolvimento de um nanosatélite, aprovada pelo CNPq na Chamada de N° 05/2012 [1]. O projeto está incluido no contexto do projeto Floripasat, do GSE (Grupo de Sistemas Embarcados) do Departamento de Engenharia Elétrica da UFSC, que agora contará com a participação do Projeto FPGA para Todos e de alunos do ensino médio do Instituto Federal de Santa Catarina.  

O Que São Picosatélites

O termo picosatélite caracteriza satélites artificiais com massa entre 100g e 1kg [2]. Seu pequeno volume e peso reduzem substancialmente os custos de produção, além de demandar um veículo lançador de menor porte. De fato, veículos lançadores para picosatélites e nanosatélites (módulos de massa entre 1kg e 10kg) transportam, em geral, alguns, ou até dezenas de equipamentos deste tipo.

A Figura 1 mostra um modelo do Cubesat, uma plataforma que surgiu em 1999, por iniciativa de professores da Universidade Politécnica do Estado da Califórnia (Estados Unidos da América). Foli proposta como uma solução para que alunos de graduação pudessem desenvolver um veículo espacial comparável, em recursos, ao primeiro satélite, o Sputinik.  O Cubesat tornou-se um padrão, e dezenas deles já foram colocadas em órbida deste então.

Satélite artificial NCube2 (projeto acadêmico nogueguês).

Fig. 1: Satéite NCube2: Projeto Norueguês

(Imagem disponível no Wikimedia Commons).

 

            Uma outra plataforma de picosatélite foi apresentada mais recentemente, pela  companhia americana Interorbital Systems.  Seu modelo Tubesat, mostrado na Fig. 2,  apresentado como um "Kit para Satélite Pessoal", é uma sistema modular de formato cilíndrico, composto por um conjunto de placas hexadecagonais empilhadas e algumas placas para captura de enrgia solar.  A empresa fornece os modelos para o desenvolvimento do dispositivo e, ainda, deverá colocá-lo em órbita. em um de seus veículos lançadores Neptune. A plataforme Tubesat é descrita pela IOB no endereço http://interorbital.com/TubeSat_1.htm.

Um picosat em construção (Fonte: Antunes[4].

Fig. 2: Um Tubesat em construção. Fonte: Antunes ([3]).

 

 

 

 

 

Fig. : Desenho de um veículo lançador Neptune, da IOS [ ].

 

 

 

Fig. 3: Desenho de um veículo lançador Neptune.

          Fonte: Página da IOBS [4].

 

 

Picosatélites circundam a Terra em uma órbida de baixa altitude, denominada LEO  (de "Low Earth Orbit") entre 250km e2000 km.  Como uma referência, a Estação Espacial Internacional, um projeto coordenado pela NASA, orbita entre 320 e 400km [5]. A figura abaixo mostra uma imagem gerada a partir do Google Earth, da Terra vista a 303km.  Os tubesats, especificamente, ficarão na camada inferior da LEO, a uma altitude de aproximadamente 300km.  A sua duração prevista em órbita pode ser de até cerca de 15 semanas, prazo após o qual ele reentrará na atmosfera, sendo destruido pelo aquecimento durante o processo.

Imagem da Terra, vista a 303 km da superfície (gerada com o Google Earth).

Fig. 4: Imagem da Terra, a 300 km, gerada pelo programa Google Earth.

 

Satélites têm, em geral, algum propósito no espaço, e para atendê-lo devem transportar alguma carga útil  (que se denomina, em inglês, "payload").  Muitas diferentes aplicações existem, como sistemas de sensoriamento de condições atmosféricas, teste de equipamentos de engenharia e de sistemas biológicos,  observação de fenômenos no solo, aplicações em arte, e outras.  Picosatélites devem ter, também, a sua capacidade para carga útil, mesmo que  limitada.  Um projeto cuidadoso do sistema deve atender a estas restrições.

 

O Picosatélite do GSE - UFSC

O  Floripasat será baseado na plataforma Tubesat, e deverá ser composto, basicamente, pelos seguintes elementos principais:

  • Computador de Bordo, que executa ações de controle sobre o sistema, a partir de informações recebidas dos seus  diversos sistemas sensores, do equipamento de comunicações, e outros.  Deverá ser construído a partir de um sistema microprocessador de baixo consumo, de modo a garantir a vida útil da bateria;
  • Sistema de Comunicações, que é essencialmente, um conjunto de antena, rádiotransceptor e modem que se comunicarão com uma estação terrestre, nas operações de telecomando e telemetria.
  • Sistema de Energia, essencial à missão, composto por baterias recarregáveis, painéis solares, circuitos diversos de conversão e distribuição  de energia; 
  • Controle Térmico, crítico em uma missão espacial, pois as temperaturas na órbita prevista podem variar em uma larga extensão.
  • Controle Básico de Atitude, que em um picosatélite deve ser realmente simples. Aqui, prevê-se usar um magnetômetro para estabilizar razoavelmente3 a estrutura da plataforma orbital, permitindo a comunicação com a estação terrestre.

 

A carga útil projetada para o picosatélite é um sistema de resposta a um comando de "ping" enviado a partir da estação terrestre, um sistema simples de telemetria baseado em um RTC e um módulo FPGA com memória SRAM que deverá ser testado para resistência à radiação. O teste, neste caso, consistirá na geração periódica e verificação de um valor numérico de "assinatura" ("checksum") a partir de conteúdos da SRAM e da configuração do FPGA.

A Fig. 5 mostra a estrutura básica da plataforma orbital proposta, incuindo o FPGA que é parte da carga útil  ("payload") do sistema. O conjunto será projetado segundo o padrão do sistema Tubesat, da IOBS.

Arquitetura prevista para a plataforma orbital da UFSC.

Fig. 5: Arquitetura prevista para a plataforma orbital do Projeto Floripa-Sat [1].

 

 

 

Participação de Alunos do IFSC e do Projeto FPGA para Todos

O projeto ProTeSE prevê a participação do Projeto FPGA para Todos e de dois bolsistas de Iniciação Tecnológica do IFSC, que deverão colaborar no desenvolvimento e teste dos módulos e, posteriormente, na integração do sistema e na documentação de resultados.

Seleção de Bolsistas do IFSC para o Projeto.

Dois alunos de cursos técncos do IFSC, em áreas relacionadas à Eletrônica  (Eletrônica, Telecomunicações, ou outro) deverão ser selecionados nos próximos dias para participar do projeto. Devem ser alunos de primeiro ou segundo ano, ter bom desempenho acadêmico, e disponibilidade de vinte horas semanais de carga horária.  O seu trabalho será desenvolvido no  Laboratório do Projeto FPGA para Todos e  nos laboratórios do GSE da UFSC.

 

[1].  Lettenin, Djones (Coordenador do Projeto).    Projeto e Teste de Sistemas Embarcados (ProTeSE). Projeto submetido à Chamada CNPq/Vale S.A. N° 05/2012 - Forma-Engenharia.  2012.            

[2]  Miniaturized Satelite. Wikipedia. http://en.wikipedia.org/wiki/Nanosatellite#Picosatellite. Consulta em 25/01/2013.

[3] Antunes, Sandy. DIY Satellite Platforms - Building a Space-Ready General Base Picosatellite for Any Mission. Editora O´Rilley  Sebastopool, CA , USA. 2012.

[4] NEPTUNE MODULAR SERIES LAUNCH VEHICLES.  Interorbital Systems. Disponível em http://www.interorbital.com/Neptune%20Modular%20Page_1.htm. Consulta em 26/01/2013.

[5] Low Earth Orbit. Wikipedia. Low Earth orbit. http://en.wikipedia.org/wiki/Low_Earth_orbit. Consulta em 25/01/2013.

 

 

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