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Design e Análise de Sistemas Espaciais 20:50 CTEE 1

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Design e Análise de Sistemas Espaciais

20:50CTEE 1

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Atividade Prática de Concepção

20:50CTEE 2

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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

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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)

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Voltando...

20:50CTEE 5

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Disciplinas Envolvidas

CTEE 620:50

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Processo

CTEE 7

• Objetivos

• Requisitos e restrições iniciais• Gerar medidas de

efetividade

• Conceitos de missão/arquitetura aplicáveis

• Trade de conceitos

• Documentar escolhas

20:50

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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

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Centros de Design Simultâneo

CTEE 920:50

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Ambiente de Trabalho Integrado

CTEE 1020:50

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Design Simultâneo “STARTER KIT”

CTEE 1120:50

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Entendendo o Tema

20:50CTEE 12

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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

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Panorama do Design de Cargas-Úteis

20:52CTEE 14

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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Deep Space Climate Observatory spacecraft

CTEE 21http://science.nasa.gov/media/medialibrary/2012/03/01/Nguyen-DSCOVR-Mission-Briefing-HPS-v01b.pdf

20:52

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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

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Panorama do Design dos Subsistemas de Serviço

20:52CTEE 23

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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

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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

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Drivers para balanços

Massa

Custo

Orbita

Veículo Lançador

Energia

Consumo da Carga-Útil

Tempo

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Drivers para balanços

Controle de Atitude

ApontamentoSpin3 axis

PropulsãoFim de

Vida

Orbita FinalManutençãoAtitudeDescarte

Painéis SolaresEnergia

Disponível

AcomodaçãoVisibilidade das antenas

AutonomiaReduz

atividades

20:52CTEE 27

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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Processo

20:52CTEE 38

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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