Projeto de SmallSats no INPE Status e Perspectivas

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1 Projeto de SmallSats no INPE Status e Perspectivas AURO TIKAMI DSS-ETE-INPE auro.tikami@inpe.br WALTER ABRAHÃO DOS SANTOS DEA-ETE-INPE walter.abrahao@inpe.br 1

2 Agenda Introdução SmallSats no Mundo e Brasil O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento Estações Terrenas e uso de SDR PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial 2

3 Agenda Introdução SmallSats no Mundo e Brasil O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento Estações Terrenas e uso de SDR PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial 3

4 Introdução Classificação de satélite por massa Classe Massa (kg) Satélite grande convencional > 1000 Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 Microssatélite 10 a 100 Nanossatélite 1 a 10 Picossatélite 0,1 a 1 Fonte: Fortescue (2003) 4

5 Histórico CubeSat Padrão: 1U (10 cm x 10 cm x 10 cm) Desenvolvido em 1999 por: BobTwiggs (Stanford University) Jordi Suari (CalPoly) 5

6 Padrões de CubeSats 1U 1,5U 2U 3U (10cm x 10cm x 10cm) (10cm x 10cm x 15cm) (10cm x 10cm x 20cm) (10cm x 10cm x 30cm) 6

7 Outros SmallSats no Mundo e no Brasil PocketQube Padrão: 1P (5 cm x 5 cm x 5 cm) TubeSat WREN (Alemanha) Tancredo-I 7

8 Agenda Introdução SmallSats no Mundo e no Brasil O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento Estações Terrenas e uso de SDR PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial 8

9 SmallSats no Mundo... October, 21, 2016 "smallsats, spacecraft that weigh anywhere from an ounce to as much as a few hundred pounds" Tradução parcial: 1 ounce = 0,028 kg; 100 pounds = 45 kg; The White House has combined a number of smallsat efforts in the federal government into a single initiative. The "Harnessing the Small Satellite Revolution" initiative, announced by the Office of Science and Technology Policy Friday, highlights efforts at NASA, the NGA and other agencies to support the development of smallsats and the services they provide. The initiative includes NGA's contract with Planet last month to buy $20 million of imagery produced by Planet's constellation of remote sensing cubesats, as well as a commercial weather data purchase by NOAA also announced in September. The initiative also includes a smallsat "virtual institute" that NASA is creating at the Ames Research Center. [SpaceNews] 9

10 NASA Announces Seventh Round of Candidates for CubeSat Space Missions NASA has selected 20 small satellites from 12 states to fly as auxiliary payloads aboard rockets planned to launch in 2017, 2018 and Launch opportunities will be available via existing launch services of government payloads, as well as dedicated CubeSat launches from the newly selected Venture Class Launch Services contracts. The proposed CubeSats come from educational institutions, universities, non-profit organizations and NASA field centers.

11 SmallSats na América Latina - Eventos 11

12 SmallSats no Brasil

13 NanoSat-BR INPE Santa Maria - RS Dnepr NanoSatC-BR1 (2014), 600 km, INPE - UFSM Padrão CubeSat 1U Missão Científica Coletar dados do campo magnético terrestre: - AMAS (Anomalia Magnética da América do Sul) - Setor brasileiro do Eletrojato Equatorial Ionosférico NanoSatC-BR2 Padrão CubeSat 2U: INPE-UFSM-UFRGS Missão científica: Sonda de Langmuir (CEA) Sistemas de determinação de atitude (INPE/UFMG/UFABC) Magnetômetro (UFSM/UFRGS) 13

14 CONASAT INPE-CRN Natal - RN An 8-U Cubesat Constellation for the Environmental Area

15 PicoSat Tancredo I (UbatubaSat) Arquitetura da Missão Espacial

16 The RaioSAT Project Conceptual Design Intends to detect total lightning (intra-cloud and cloud-to-ground flashes simultaneously) from low cost, open standart CubeSat platform. 3-U cubesat platform LEO, inclination of about 25º Complete orbit of 98 min Footprint over Brazil of approximately 15 to 20 min

17 Others SmallSats in Brazil SERPENS: 3U (2015) UnB / Universidade de Vigo Outras Universidades: Sapienza (Roma) CalPoly, Morehead, UFSC, UFMG, UFABC, IFF ITASAT: 6U 17

18 ISS- Alternativa de lançamento de SmallSats 18

19 Lançamento de SmallSats SpaceX Dragon ISS AESP-14 (ITA/INPE) (2015) 400 km Falcon-9 P-POD 19

20 AESP-14 ejetado da ISS 20

21 Agenda Introdução SmallSats no Mundo e Brasil O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento Estações Terrenas e uso de SDR PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial 21

22 Projeto UbatubaSat Prof. Cândido Escola Municipal Tancredo Neves, Ubatuba-SP

23 Projeto UbatubaSat Início TubeSat KIT Interorbital Systems Neptune 30 23

24 Kit TubeSat De acordo com o fabricante: Alternativa ao CubeSat de baixo custo Massa: até 0,75 Kg Diâmetro: 8,9 cm Altura: 12,7 cm Órbita polar: 310 Km (com Neptune 30) Período: 90 min Tempo em órbita: 90 dias 24

25 Sistema de Lançamento 25

26 Conteúdo do kit Arquivos para fabricação de placas de circuito impresso Transceptor Bateria Células Solares Microcomputador Antenas 26

27 Estrutura 27

28 Placa da Antena Frequência: 436,5 MHz Dipolo meia onda: ~33 cm 28

29 Gerenciamento de Potência Bateria de íons de lítio 2 células em paralelo 3,7 volts 5200 mah 29

30 Placa interna da bateria Gerenciamento de Potência Proteção: -Sobrecarga -Sobredescarga -Curto-circuito 30

31 Estrutura da Célula Gerenciamento de Potência 31

32 Célula Solar Triangular - TASC Gerenciamento de Potência 32

33 Painel Solar Gerenciamento de Potência 6 células por placa Total: 8 painéis solares 33

34 Placa de Comunicações Half-Duplex (Walkie-Talkie) 34

35 Subsistema de Comunicações POLARIZAÇÃO DE ONDAS DIPOLO ½ ONDA Gpeak = 2.15 dbi 35

36 Computador de Bordo Módulo BX 24 CPU ATMEL: ATMEGA

37 Carga Útil Educacional ISD1900 NUVOTON Single-chip, multiple-message Voice record/playback Device

38 Conceito de Operação Inicial Radiodifusão de mensagens gravadas em Áudio Tancredo-I - Português - Espanhol - Inglês 38

39 Projeto Inicial Picosat Tancredo-I KIT Carga Útil Neptune 30 39

40 ACORDO DE COOPERAÇÃO

41 Treinamento de soldagem no LIT-INPE

42 Atraso do desenvolvimento do Lançador Neptune 30 Neptune 30 42

43 Lançamentos: Ofertada pela AEB Antares Cygnus TuPOD ISS Falcon 9 Dragon 43

44 Lançamentos: Ofertada pela AEB HTV6 TuPOD ISS H-IIB 44

45 Novos Requisitos com uso da ISS: 45

46 Desacoplamento total do sistema de alimentação original requisito 46

47 Proteção Redundante: (7 níveis de HW em série) + SW

48 Ter frequência de operação coordenada UHF Johnson Space Center 48

49 Novas funcionalidades Sonda de Langmuir PY Stakeholder: Divisão de Aeronomia INPE Estudo de bolhas ionosféricas 49

50 CONOPS Ionosfera Áudio Áudio TC (HK + PY) Áudio Áudio TC (HK + PY) Áudio Áudio (HK + PY) Radioamador Estação Terrena Radioamador 50

51 Arquitetura Final da Missão Espacial 51

52 Montagem com projeto original do kit: - Não atende os requisitos da NASA/JAXA - Manutenção complicada 52

53 Reengenharia do TubeSat Nova versão do TubeSat 53

54 Nova estrutura de empacotamento de PCBs Coluna vertebral da estrutura em barramento onde as novas placas facilmente podem se conectar ou desconectar. Formato externo hecadecagonal original do TubeSat Reengenharia de um Picosat 54

55 Arquitetura Elétrica do Picossatélite Tancredo 1 Reengenharia de um Picosat 55

56 Potência TX Sat= 100 W Margem Enlace Margem Enlace (Método Eb/No) (Método SNR) 32,4 db 29 db Subsistema de Comunicações 56

57 Potência TX Sat= 500 mw Elevação Distância Eb/No SNR 5 graus 1709 Km 6 db 3,4 db 0 grau 2196 Km -3,1 db -5,6 db Subsistema de Comunicações 57

58 Subsistema Computador de Bordo 58

59 59

60 Estrutura do quadro de TM e TC BYTE SINC1 BYTE SINC2 TAMANHO MENSAG IDENTIF. TM DADO 1 DADO 2 DADO N CHECK SUM 60

61 Reengenharia do Subsistema de Controle Térmico Uso do Kapton: - Proteção térmica - Proteção contra radiação ionizante 61

62 Reengenharia do Subsistema de Estrutura. 62

63 Detalhes dos deslizadores de teflon dentro do cilindro ejetor. 63

64 Atividades de AIT Conector umbilical de programação, monitoração e carga da bateria. 64

65 Testes Ambientais: nível de qualificação de acordo com JAXA/NASA ( Bateria) 65

66 Testes de Vibração da Bateria 66

67 Testes de Ciclagem Térmica e Vácuo 60 o C -20 o C 67

68 Testes AIT-INPE: protótipo de voo do Tancredo-I Nível de Aceitação 68

69 SETUP TESTE VIBRAÇÃO 69

70 TVAC de Sistema 70

71 Estações Terrenas para SmallSats Fonte: ISIS 71

72 Receptor SDR 72

73 Oficina para Testes do Segmento de Solo com Receptor USB SDR para o Tancredo-I Antena MoxonZBZ Heavens-Above 73

74 Teste do Tancredo-I com Estação de Radioamador do Prof. Douglas Soares dos Santos (ITA) INPE ITA 74

75 Integração TuPOD-TubeSats e Handover JAXA Jul 2016, GAUSS-Roma: Integração Nov 2016, JAXA-Japão: Handover 75

76 Tancredo- I: ejeção Previsão: Primeiro trimestre 2017 Órbita: 51,6 o Altitude: 400 Km ISS OSN Sat Início da transmissão após 30 minutos TuPOD Liberação dos Satélites após 2 dias Tancredo-I 76

77 Tancredo- I: Reentrada na atmosfera Desintegração na atmosfera após 3 meses em órbita não contribuindo com lixo espacial. Source:Pete Turner 77

78 Agenda Introdução SmallSats no Mundo e Brasil O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento Estações Terrenas e uso de SDR PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial 78

79 Cursos de pós-graduação do INPE Pos-Grad ETE-INPE Curso de Engenharia e Tecnologia Espaciais... Áreas de concentração Mecânica espacial e controle (CMC) Combustão e Propulsão (PCP) Ciência e tecnologia de materiais e sensores (CMS) Coordenações e Laboratórios ETE Coordenação de Engenharia e Tecnologia Espaciais CTE Coordenação de Laboratórios Associados LIT Laboratório de Integração e Testes CRC Centro de Rastreio e Controle de Satélites Engenharia e gerenciamento de Sistemas Espaciais (CSE)

80 Space Engineering and Technology Graduate INPE-ETE Space Systems Engineering Mission Concept, Specification, Architecture and Space Systems Management Space Mission Product Assurance Space Mission On-Board Systems Space Mission Ground Systems Space Mission Modeling and Simulation Space Propulsion and Combustion System Space Control Systems and Mechanics Space Materials and Sensors

81 Projeto de SmallSats no INPE Status e Perspectivas OBRIGADO! Perguntas? AURO TIKAMI DSS-ETE-INPE auro.tikami@inpe.br WALTER ABRAHÃO DOS SANTOS DEA-ETE-INPE walter.abrahao@inpe.br 81