Projeto dos principais subsistemas de um pico-satélite para aplicações de ensino e de investigação

Abstract

Nos últimos anos tem-se assistido a um fenómeno de democratização do setor espacial devido ao surgimento de novas empresas e universidades que desenvolvem projetos relacionados com esta indústria. Contudo, verifica-se que existem ainda poucas soluções de baixo-custo que permitam acesso facilitado ao Espaço e que viabilizem uma experiência aeroespacial, através da aprendizagem e montagem de um simples satélite. Esta dissertação visa o desenvolvimento dos principais subsistemas de uma plataforma pico-satélite, também conhecida por PocketQube, idealizando um sistema modular e adaptável destinado a aplicações de ensino e investigação. Esta plataforma foi baseada no sistema PyCubed (uma plataforma aviónica, de tipologia CubeSat, de código aberto e testada contra radiação que integra sistemas de energia, computação, comunicação e determinação e controlo de atitude num único módulo, programável inteiramente em Python). Isto significa que todo o sistema estará amplamente disponível, com base em componentes COTS, e também hardware e software de código aberto. Primeiro, foi efetuada uma revisão da literatura sobre pico e nano-satélites de modo a entender como estes funcionavam, as atuais tendências relativas a estes sistemas aeroespaciais, quais os seus subsistemas e como era estabelecida a conexão entre eles, que tipo de projetos didáticos e de código aberto têm sido desenvolvidos e quais as suas principais aplicações. Segundo, definiu-se os requisitos, restrições e a estrutura modular, constituída por cinco módulos: Suporte para as Baterias, Sistema Eletrónico de Potência, Computador de Bordo, Sistema das Comunicações e Payloads. Terceiro, desenvolveu-se a arquitetura do sistema com base no projeto PyCubed, dividindo-se os componentes desse projeto pelos vários módulos da plataforma. Quarto, para garantir modularidade ao sistema, seguiu-se uma abordagem idêntica à do projeto DynOSSAT-EDU, desenvolvido pela BHDynamics, utilizando o standard PQ60, alterando apenas o conector por um de 40 pinos. Por último, foram desenvolvidas as placas dos principais subsistemas respeitando as regras de design de diferentes fabricantes de modo que fosse possível fabricá-las. Em suma, os resultados do projeto desta plataforma pico-satélite podem contribuir para futuras aplicações, quer de ensino quer de investigação.

In recent years, there has been a phenomenon of democratization of the space sector due to the emergence of new companies and universities thar are developing projects related to this industry. However, it turns out that there are few low-cost solutions that allow easy access to Space and that make an aerospace experience possible, through learning and assembling of a simple satellite. This dissertation aims the development of the main sub-systems of a picosatellite platform, also known as PocketQube, devising a modular and adaptable system for teaching and research applications. This platform was based on the PyCubed system (an open-source, radiation tested CubeSat avionics platform that integrates power, computing, communication, and attitude determination and control functionality into a single module programmable entirely in Python). This means that the entire system is widely available, based on commercial-off-the-shelf components and open-source hardware and software. First, a review of the literature on pico and nanosatellites was carried out to understand how they worked, the current trends regarding these aerospace systems, what are its subsystems and how the connection between them was established, what kind of didactic and open-source projects have been developed and what are the main applications of the picosatellites. Second, the requirements, restrictions and modular structure were defined, consisting of five modules: Battery Holder, Electronic Power System, On-board Computer, Communications System and Payloads. Third, the system architecture was developed based on the PyCubed project, dividing the components of this project into the various platform modules. Fourth, to guarantee modularity to the system, an approach identical to that of the DynOSSAT EDU project, developed by BHDynamics, was followed, using the PQ60 standard, changing only the connector for a 40-pin one. Finally, the boards of the main subsystems were developed respecting the design rules of different manufacturers so that they could be manufactured. Summing up, the results of this picosatellite platform project can contribute to future applications, both research and teaching.