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Design e Análise de Sistemas Espaciais
20:50CTEE 1
Atividade Prática de Concepção
20:50CTEE 2
Atividade para Quinta: Design de 4 missões
20:50CTEE 3
2. Objectives:- Ver fotos dos rios- Ver fotos da vegetação- Coletar altura dos rios- Ver fotos de queimadas
1. Need: Monitoramento da vegetação e rios via satélite.
O sistema deve...
O sistema deve...
O sistema deve...
O sistema deve...
3. Requirements and Measures of Effectiveness
Atividade para Quinta: Design de 4 missões
20:50CTEE 4
6. Qual a orbita e qual a frequência
passagem?
4. Onde estão os objetos alvo?
5. Onde vão descarregar?
7. Qual a Carga Útil que vai conseguir monitorar o
objeto alvo? Quanto vamos salvar no satélite?
8. Qual o Computador?
9. Precisa apontar, qual sistema vai controlar?
11. Quanto de energia?
Tamanho das baterias
10. Como e Quanto vai se
comunicar com o solo?
Documentar: $$, Curva de Consumo (similaridade)
Voltando...
20:50CTEE 5
Disciplinas Envolvidas
CTEE 620:50
Processo
CTEE 7
• Objetivos
• Requisitos e restrições iniciais• Gerar medidas de
efetividade
• Conceitos de missão/arquitetura aplicáveis
• Trade de conceitos
• Documentar escolhas
20:50
Criação de Arquitetura
CTEE 8
• A – Dados envolvidos e cronograma
• B – Assunto do problema• C – Orbitas• D – Cargas Úteis• E – Comunicações e
Operações• F – Plataforma • G - Lançadores• H – Comunicações e
Operações
20:50
Centros de Design Simultâneo
CTEE 920:50
Ambiente de Trabalho Integrado
CTEE 1020:50
Design Simultâneo “STARTER KIT”
CTEE 1120:50
Entendendo o Tema
20:50CTEE 12
1. Determinar os objetivos fundamentais
da missão
Requisitos e Objetivos da Missão
Estudo da natureza
2. Determinar que possíveis “naturezas” podem ser usadas
para atender os objetivos.
3. Determinar uma larga classe de maneiras que as S/C podem detectar
e interagir com essas “naturezas”
4. Determinar se a natureza é passiva ou
controlável
5a. Para controláveis – trade no espaço/solo5b. Para passivas – trade só no espaço
6. Determinar se múltiplas naturezas e múltiplas cargas-
uteis podem ser usadas
7. Definir e documentar uma
seleção inicial
8. Revisar frequentemente por métodos alternativos, e possíveis
usos em outras missões 20:52CTEE 13
Panorama do Design de Cargas-Úteis
20:52CTEE 14
TiposC
arga
s Ú
teis
ObservaçãoSensoriamento Remoto,
Clima Espacial, Hubble
Comunicação/Navegação Comunicação, rastreio GPS/TV
In-SituRovers, exploração,
manufatura no espaçoRover Lua/Marte
Ação a distânciaArmas, segurança, rastreio
de riscosLasers, radares, dados militares
HumanoExploração, turismo, construção e reparo,
experimentosApollo, ISS
CTEE 1520:52
Processo para ligar os requisitos da missão com o Design da Carga Útil
CTEE 16
MissionRequirements
PhysicalCapabilities
Match
InformationRequirements
Signatures
Rules
MissionObservables
PayloadCharacteristics
Baseline Design
Req
uir
emen
tA
nal
ysis
Sub
ject
Trad
es
Payl
oad
An
alys
is
Os requisitos são razoáveis??
As características (assinaturas) do que precisa ser medido, são possíveis??
As cargas úteis que existem conseguem resolver o problema!?
20:52
1. Selecionar os objetivos das carga-uteis
Requisitos e Objetivos da Missão
Design da Carga útil
2. Conduzir estudos e balanços
3. Desenvolver o conceito de operação
4. Determinar as capacidades para atender os
objetivos da missão
5. Identificar cargas candidatas
6. Estimar as capacidades das candidatas e suas
características
7. Avaliar candidatas e selecionar um baseline
8. Avaliar o custo e operacionalidade da
carga e da missão
9. Identificar e negociar requisitos derivados
10. Documentar e iterar
$
perf
20:52CTEE 17
Fluxo de Informação : Exemplo passivo
CTEE 18
Detecção
Sensores
Tipo do dado
Processamento do dado
Compressão
Dado filtrado
Comprimido usando o padrão XYZ
Empacotamento
Empacotado para transmitir no
protocolo
Segmento Solo vai fazer o processo reverso
20:52
Fluxo de Informação : Exemplo Controlável
CTEE 19
Detecção
Sensores
Tipo do dado
Processamento do dado
Compressão
Dado filtrado
Comprimido usando o padrão XYZ
Empacotamento
Empacotado para transmitir no
protocolo
Segmento Solo vai fazer o processo reverso
Enviar Estímulo
20:52
Pensar nas Interfaces
CTEE 20
Carga útil
Controles
TC
EnergiaConsumo
Fonte de Informação
RevisitaApontamento
QuantidadeCaracterística física
Geolocalidade
Informação Pronta Formato
Erro de medidaTaxa de atualização
ProtocoloEnlace
Pinagem
TM
dado
calib
20:52
Deep Space Climate Observatory spacecraft
CTEE 21http://science.nasa.gov/media/medialibrary/2012/03/01/Nguyen-DSCOVR-Mission-Briefing-HPS-v01b.pdf
20:52
Curiosity
CTEE 22
https://mars.nasa.gov/msl/mission/instruments/
CamerasMast Camera (Mastcam)Mars Hand Lens Imager (MAHLI)Mars Descent Imager (MARDI)SpectrometersAlpha Particle X-Ray Spectrometer (APXS)Chemistry & Camera (ChemCam)Chemistry & Mineralogy X-Ray Diffraction/X-Ray Fluorescence Instrument (CheMin)Sample Analysis at Mars (SAM) Instrument SuiteRadiation DetectorsRadiation Assessment Detector (RAD)Dynamic Albedo of Neutrons (DAN)Environmental SensorsRover Environmental Monitoring Station (REMS)Atmospheric SensorsMars Science Laboratory Entry Descent and Landing Instrument (MEDLI)
20:52
Panorama do Design dos Subsistemas de Serviço
20:52CTEE 23
1. Documentar os direcionadores, requisitos, e parâmetros das cargas-úteis
Requisitos e Objetivos da Missão
Design da Carga-Útil
Design da S/C
2. Determinar a configuração geral e os principais balanços
3. Particionar o sistema em subsistemas
4. Estabelecer os orçamentos/balanços e requisitos dos subsistemas
5. Desenvolver os Designs dos Subsistemas
6. Avaliar a configuração geral frente aos requisitos e restrições
7. Explorar Opções
8. Documentar e Iterar 20:52CTEE 24
Direcionadores de DesignDrivers Fonte Impacto
Massa Massa da Carga-Útil Veículo Lançador
Consumo Consumo da Carga-Útil Sistema de Energia, tamanho e configuração do painel
Custo Organização financiadora Bursts de recursos
Cronograma Organização financiadora Processo de desenvolvimento
Tempo de vida Design da Missão Redundância, qualidade
Confiabilidade Design da Missão Redundância, qualidade
dV Design da Missão Cargas dos Propelentes
Órbita Design da Missão Painel solar, térmico, radiação, veículo
Acomodação da Carga-Útil• Taxa de dados, volume,
latência
Motivo da Missão Comunicação, armazenamento de dados, segmento solo
• Requisitos de apontamento Resolução / Antenas Controle de Atitude
• Massa, volume e FOV Restrições da Carga-Útil Design Mecânico
• Outros Tempo, contaminação, etc Sistema de dados, osciladores20:52CTEE 25
Drivers para balanços
Massa
Custo
Orbita
Veículo Lançador
Energia
Consumo da Carga-Útil
Tempo
20:52CTEE 26
Drivers para balanços
Controle de Atitude
ApontamentoSpin3 axis
PropulsãoFim de
Vida
Orbita FinalManutençãoAtitudeDescarte
Painéis SolaresEnergia
Disponível
AcomodaçãoVisibilidade das antenas
AutonomiaReduz
atividades
20:52CTEE 27
Redundâncias
Tempo de Vida Redundâncias
< 1 ano Single Stringed
1-3 anos Selected Redundancy
3-5 anos Block Redundancy
>5 anos Cross Strapped
Confiabilidade Descrição
Experimental Missões curtas, demonstrar capacidades
Operacional Missões para dados críticos ou serviços
Para humano Veículos com humanos 20:52CTEE 28
Segmentação da S/C
S/CPropulsão
Controle de Atitude
Controle de Orbita (Navegação)
Computador
Comunicação
Suprimento de Energia
Estrutura e Mecanismos
Térmico
20:52CTEE 29
Drivers para a Propulsão
Drivers Origem Inpacto
dV Design da Missão Combustível
Massa seca da S/C Design da S/C Combustível
Potência para Manobras e Controle
Design do Controle e da Trajetória
Tamanho dos propulsores
20:52CTEE 30
Drivers para o Controle de AtitudeDrivers Origem Impacto
Precisão do Apontamento Reqs. Carga útil Sensores e atuadores
Conhecimento do Apontamento Reqs. Carga útil Sensores
Estabilidade Reqs. Carga útil Atuadores e apêndices
Manobras Reqs. Carga útil Atuadores
Taxa de Giro Reqs. Carga útil Atuadores
Momento de Inércia Configuração Atuadores
Tempo entre saturação Disponibilidade Armazenador de Momento
Torques externos Configuração / Orbita Armazenador de Momento
Sol, Terra, e Lua Reqs. Carga útil Algoritmos dos sensores
Reqs. de Segurança Confiabilidade, tempo de vida Algoritmos dos sens/atuadores
Configuração dos Painéis Orbita Estabilidade e torques externos
Reqs. das antenas Design dos sistemas de dados Alg. Controle de Apontamento
20:52CTEE 31
Drivers para o Computador de bordo
Drivers Origem Impacto
Interface de dados dos instrumentos
Reqs. Carga-Útil Design de Hardware
Requisitos de processamento Conceito de operação, algoritmos
Processador, consumo
Volume de armazenamento dos dados
Carga útil, conceito de operação
Design de Hardware
Precisão de tempo Carga-útil Osciladores, Design de Hardware
20:52CTEE 32
Drivers para Comunicações
Drivers Origem Impacto
Taxa de dados e Distancia Carga útil, conceito de operação
Potencia de transmissão, antena
Frequência Taxa de dados, regulações Design de Hardware
Estação de Solo Conceito de operação Sensibilidade do receptor, tipo de antena, potencia de transmissão, movimentação da antena
Ciclo de trabalho Conceito de operação Potencia média durante a orbita
20:52CTEE 33
Drivers para Suprimento de Energia
Drivers Origem Impacto
Consumo Reqs. Carga-Útil Painel solar, baterias
Distribuição Design da S/C Cablagem, potencia dos eletrônicos
Duração do Eclipse Orbita Bateria
Voltagem do barramento Design da S/C Cablagem, potencia dos eletrônicos
Ciclos de trabalho Conceito de Operação Painel solar, baterias
20:52CTEE 34
Drivers para Estrutura e MecanismosDrivers Origem Impacto
Veículo Lançador Massa de lançamento Dureza e resistência da estrutura
Acomodação da carga-útil Configuração da Carga-útil Formato da estrutura
Área do painel solar Design do Suprimento de Energia
Apêndices, formas gerais
Estabilidade estrutural Reqs. de apontamento Dureza, junções, escolha dos materiais
Centro de massa Veículo lançador e Design do Controle
Layout, balanço de massa
Área de irradiação Dissipação de Calor Layout
Blindagem Orbita, Controle, Configuração
Layout, área de irradiação, escola dos materiais
20:52CTEE 35
Drivers Térmicos
Driver Origem Impacto
Ambiente Orbita Todo o design térmico
Dissipações elétricas Design da S/C Área dos radiadores
Temperaturas operacionais e de sobrevivência
Carga-útil e componentes Todo o design térmico
Configuração da estrutura Drivers Mecânicos Restrições para os radiadores
Estabilidade estrutural Reqs. Apontamento Limites de temperatura.
20:52CTEE 36
Parâmetros que são acompanhados pelo Engenheiro de Sistemas
Parâmetro Sub-sistema Sub-sistema Sub-sistema Sub-sistema Sub-sistema
Massa
Potência (Consumo)
Apontamento e Alinhamento
Propelente ou dV
Link de TT&C
Sistema de dados:
Utilização da CPU
Memórias não-voláteis
Memórias voláteis
Utilização do Barramento de dados
Periféricos ao barramento
Temporização
Latência dos dados
Disponibilidade Operacional20:52CTEE 37
Processo
20:52CTEE 38
Processo...
CTEE 39
• Sabendo a missão, antes de começar é importante montar um banco com as possíveis soluções• Ex.:
http://www.nanosats.eu/tables.html• A cada iteração um grupo apresenta e faz
um trade (balanço e ajuste)• Até que todos apresentem, façam trades e
decidam se está suficiente.
20:52
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