Ingeniera de Sistemas del satlite UNIN UPMSat-2

Proyecto Fin de Carrera

Pablo Arriazu Ruiz

Tutor: Gustavo Alonso Rodrigo

parriazu@sciops.esa.int

Madrid, 13 de julio de 2012

IDR/UPM, ETSI Aeronuticos

2Objetivos del PFC

Realizar un estudio de la Ingeniera de Sistemas adaptada a sistemas espaciales.

Adaptar la metodologa a la misin UNIN UPMSat-2 como satlite universitario de pequeo tamao.

Aplicacin de la normativa ECSS.

Servir de precursor al uso de la Ingeniera de Sistemas en futuras misiones de similares caractersticas.

3UPMSat-2: Antecedentes

Satlites de pequeo tamao:

Extensa proliferacin en los ltimos aos

Muy pequeo tamao: 5-200kg frente 500-7000kg

Menores costes Disminucin costes de entrada en el espacio.

Nuevos actores: universidades, emprendedores, paises en desarrollo.

Menor tiempo de desarrollo

Tecnologa punta.

Flexibilidad y mayores riesgos.

4UPMSat-2: Antecedentes (2)

UPMSat-1:

Precursor de los satlites espaoles de pequeo tamao.

Lanzamiento: 1995

Masa 47 kg

Dimensiones 450x450x543mm (antena excluida)

Vida operativa 213 das

Misiones Comportamiento de lquidos en microgravedad, comunicaciones de mensajera, Tecnologa de clulas solares.

rbita 670km altitud, polar, heliosncrona (98')

Estructura Al 7075 T73

AOCS Estabilizacin Magntica

Gestin Datos Microprocesador 8OC31 de 8 bits, 7MHz, 256 kbytes de memoria SRAM, 64 kbytes de memoria EEPROM, reloj de vigilancia, 64 canales de conversin analgica a digital de 14 bits y 4 de conversin digital a analgica, 24 salidas digitales y 8 entradas digitales. Consumo de 250 mW. Comunicaciones asncronas con un mdem de 9600 bps

Comunicaciones Modem a 9600 baudios con modulacin de mnima desviacin de fase (MSK), transmisor de 10W en la banda de 400 Mhz, antena omnidireccional.

Control Trmico Pasivo

Lanzamiento Ariante IV-40 ASAPFuente: Meseguer, J. y Sanz-Andrs, A. El satlite UPM-Sat 1. Informes a la Academia de Ingeniera.

5La misin UNIN UPMSat-2

Promovido por el Instituto Universitario de Microgravedad Ignacio Da Riva, ETSI Aeronuticos, UPM.

Comienzo: septiembre de 2010

Lanzamiento esperado: primer semestre 2013.

Objetivos:

Desarrollar un satlite utilizable como plataforma de demostracin tecnolgica en rbita.

Implementar un proyecto formativo del que se vean beneficiados profesores, alumnos y personal auxiliar de la UPM.

Demostrar la capacidad de la UPM en el mbito de la tecnologa espacial.

6La visin sistmica

Los sistemas no existen en la naturaleza, solo existen en la mente y en el espritu del que los crea. Claude Bernard (mdico francs, s. XIX)

El ptimo para cada uno de los elementos del sistema no tiene porqu ser el ptimo para el sistema completo.

7La visin sistmica (2)

[Un dispositivo es], en primer lugar, un conjunto resueltamente

heterogneo que incluye discursos, instituciones, instalaciones

arquitectnicas, decisiones reglamentarias, leyes, medidas

administrativas, enunciados cientficos, proposiciones

filosficas, morales, filantrpicas, brevemente, lo dicho y

tambin lo no-dicho, stos son los elementos del dispositivo. El

dispositivo mismo es la red que se establece entre estos

elementos.

Foucault, M., Dits et ecrits 3

8Ingeniera de Sistemas

4 ejes bsicos: Necesidades Comunicacin Visin Sistmica PlanificaciProceso iterativo.

Visin Arriba-Abajo. Multidisciplinar Cumplir objetivos: Riesgos, recursos econmicos, prestaciones y agenda. Integracin de diferentes diciplinas para formar un sistema. Interfaces. Visin ciclo de vida: definicin, sntesis, anlisis, diseo, verificacin, operacin.

9Proceso de Ingeniera de Sistemas

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Proceso de Ingeniera de Sistemas

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Particularidades de los sistemas espaciales

Ingeniera de sistemas aplicable a gran cantidad de disciplinas.

Industrias aeronutica y espacial: evitar problemas durante operacin, gran seguridad y redundancias.

Fabricacin de pocas unidades y suele concluir con el lanzamiento.

Sin posibilidad de acceso durante la operacin para mantenimiento.

En torno al afianzamiento y previsin de fallos.

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ECSS

Fuente: ECSS CDROM Release Note feb. 2012

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Planificacin UNIN UPMSat-2

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UPMSat-2: Necesidades y su transformacin

R-DES-S-E5-00690: El margen de potencia en el peor caso al final de la vida operativa no ser inferior al 10%

La plataforma ha de ser garanta de xito de la misin. Por tanto la fiabilidad de la plataforma es primordial, lo cual implicar:

Hacer uso de tecnologas simples y totalmente probadas, aunque ello conlleve prestaciones ms modestas.

Imponer las restricciones necesarias a las cargas de pago, considerando que pueden ser una prioridad secundaria con respecto a la vida de la plataforma de vuelo.

Trazable

nico

No ambiguo

Verificable.

Qu y no cmo

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Anlisis Funcional

FX.Y.Z

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Modos de funcionamiento del satlite

Apagado Espera de Lanzamiento Comunicacin por umbilical Lanzamiento Seguro Nominal Latencia Radiofaro

Tierra

Vuelo

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Anlisis funcional e interfaces

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rbol de productos

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rbol de productos (2)

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Etapas de verificacin

Fuente: ECSS-E-ST-10-02C

Mtodos Nivel Etapa Aplicable UPMSat-2

Test Elemento Cualificacin S

Test Elemento Aceptacin S

Inspeccin Sistema Pre-lanzamiento S

- Sistema Comisionado No

- - Post-Aterrizaje No

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Filosofa de Modelos

Fuente: ECSS-E-ST-10-02C

Modelo Composicin Estrategia

Modelo Trmico-Estructural (STM)

Sub. Trmico y Estructural. Resto Dummies

Cualificacin

Modelo de Ingeniera (EM)

Componentes del Vehculo completo.

Cualificacin

Modelo de Cualificacin (QM)

Integracin de anteriores. Modelo espacial completo , no necesariamente redundante

Cualificacin

Modelo de Vuelo (FM)

Modelo completo Aceptacin

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Work Breakdown Structure (Desglose del Trabajo)

Fuente: ECSS-E-ST-10-02C

W[N].X.Y

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Desgloses

Especificaciones Funcional FX.Y

Productos [s].X.Y Organizacin y trabajo W[n].X.Y

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Revisiones de proyecto

MDR Mision Definition ReviewPRR Preliminary Requirements ReviewSRR System Requirements ReviewPDR Preliminary Design ReviewCDR Critical Design ReviewQR Qualification ReviewAR Acceptance Review

ORR Operational Readiness ReviewFRR Flight Readiness ReviewLRR Launch Readiness ReviewCRR Commisioning Results ReviewELR End-of-Life ReviewMCR Mission Close-out Review

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Conclusiones

Esfuerzo, tiempo y aplicacin de la Ingeniera de Sistemas

Documentos desarrollados: SRD (Estndarizacin) y STREE SCR SEP FTREE PTREE CSD VCD WBS

Anlisis y desarrollo de documentos hasta la Fase B. Herencia para la aplicacin en el futuro. Disciplina de Ingeniera, favorece el desarrollo de las dems.

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