[Ci2017] Simuladores de Satélites
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O documento apresenta uma palestra sobre simuladores de satélite realizada no INPE em 2017. A palestra incluiu conceitos básicos de modelagem e simulação para sistemas espaciais, exemplos de simuladores aplicados ao controle de atitude e órbita de satélites, e simuladores operacionais. A apresentação foi dividida em três partes de aproximadamente 30 minutos cada, cobrindo esses tópicos.
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[Ci2017] Simuladores de Satélites
- 1. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Missio HICEE Ficha: Nome: Apresentação sobre Simuladores de Satélite Local: INPE Data: 2017-07-04 – 08h00 10h00 Público Alvo: Alunos de Graduação - Multidisciplinares 11:07 1
- 2. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Agenda, roteiro, plano, conteúdos... (~2h) de Apresentação ▪ Conceitos de M&S (Modelling and Simulation) da área espacial ▪ (MSc. Christopher Cerqueira) Prof. Ana Ambrosio ▪ Simuladores aplicados ao controle de atitude e órbita de satélites ▪ (PhD. Willer Gomes) ▪ Simuladores operacionais ▪ (MSc. Italo Rodrigues) 11:07 2 ~30m ~30m ~30mMini- Estágio
- 3. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 3
- 4. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Simuladores de Satélite
- 5. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 5 O que é um modelo? O que é um simulador? Pra que usar simuladores? Exemplos
- 6. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Conceitos e nomenclatura de simuladores de satélites Profa. Dra. Ana Maria Ambrosio • Professora da CSE – “Conceitos e práticas de Verificação e Validação de Sistemas Espaciais” 11:076 aluno de Ph.D.
- 7. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 7
- 8. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Modelos 11:07 8 é um conjunto de instruções, regras, equações e restrições que nos permite gerar resultados semelhantes aos gerados pelo comportamento do sistema real. “...all models are wrong; the practical question is how wrong do they have to be to not be useful.” (Box and Draper 1987) Empirical Model-Building and Response Surfaces
- 9. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 9 Tipos Físicos Estrutural Térmico Eletromagnético “Cyberphysical” Lógicos Estados Dinâmico ... Lógicos + Hardware Hardware (lógica embarcada) D.o.D. + ECSS definem + de 60 tipos de modelos.
- 10. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 10 Simuladores
- 11. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Simuladores 11:07 11 é usualmente um sistema que pode executar um modelo para reproduzir seu comportamento. O termo simulador pode se referir a software, hardware ou ambos.
- 12. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Para que usar simuladores? 11:0712
- 13. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Usos de simulação na engenharia espacial: 1. Análise, definição e validação de requisitos 2. Verificação e validação dos softwares. 3. Desenvolvimento de equipamentos (EGSE) e de procedimentos de teste. 4. Apoio as atividades de teste 5. Previsão de performance do sistema. 6. Desenvolvimento e validação de procedimentos operacionais. 7. Avaliação de solução de problemas 8. Treinamento de equipes 11:07 13 Electrical Ground Support Equipment MGSE (Mechanical)
- 14. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Ciclo de Vida 11:0714
- 15. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Ciclo de Vida Fase 0 – Concepção Fase A – Viabilidade Fase B – Projeto Preliminar Fase C – Projeto Detalhado Fase D – Produção e Qualificação Fase E – Operação Fase F – Descarte
- 16. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 16 CiclodeVida (DiagramaV)
- 17. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 17 CiclodeVida (Domínios)
- 18. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 18 CiclodeVida (Modelos)
- 19. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 11:07 19
- 20. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE ECSS-E-TM-10-21A Incremento de modelos.
- 21. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE System Concept Simulator 11:07 21
- 22. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Performance Simulator 11:07 22
- 23. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Functional Engineering Simulator 11:07 23
- 24. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Functional Validation Testbench 11:07 24
- 25. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Software Validation Facility 11:07 25
- 26. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Virtual Spacecraft AIV 11:07 26
- 27. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Ground Test Simulator 11:07 27
- 28. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Training, Operations and Maintenance Simulator 11:07 28
- 29. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Exemplos Específicos 2911:07
- 30. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Físico: Simuladores térmicos 11:07 30 Modelo Térmico de satélite japonês Modelo de Engenharia do Satélite CBERS-3 Modelo Termo-estrutural do CBERS-2B Modelo de Voo do satélite CBERS-2B
- 31. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Físico: Simuladores radioelétricos e comunicação RF Suitcase dos satélites SCD-1 e SCD-2 Modelo RADIOELÉTRICO do CBER-3 Simula a transmissão e recepção de sinais em RF dos satélites SCD-1 e SCD-2, para teste das antenas das estações terrenas. 11:07 31
- 32. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador de Análise de Missão Objetivo: i. analisar, verificar durante as fases iniciais da missão, soluções para satisfazer a missão ii. proporcionar facilidades para análise da órbita e trajetória do satélite, análise de orçamento (potência necessária, variação térmica), estrutura. 11:07 32 Satellite Simulator for Verification of Mission Operational Concepts in Pre-Phase A Studies Ronan A. J. Chagas, Arcélio C. Louro, Fabiano L. de Sousa, Willer G. dos Santos
- 33. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador fim-a-fim de missões (Mission Performance Simulator) Objetivo: i. estudar conceitos e viabilidade da missão para atender seu uso finalístico. ii. Este tipo de simulador é capaz de reproduzir todos os processos e passos significativos que impactam a performance da missão e gerar produtos de dados finais simulados. 11:07 33
- 34. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador de Carga-útil Objetivo: i. analisar o comportamento, demonstrar performance, habilidade, validar as operações de um determinado instrumento científico ou tecnológico, antes de sua construção ou sua operação em voo. 11:07 34
- 35. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador Térmico Objetivo: i. analisar a distribuição de temperatura e o fluxo de calor nos subsistemas e equipamentos do satélite, através da definição de cenários de piores-casos. SindaFluente, PCTer (INPE) 11:07 35
- 36. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador elétrico Objetivo: i. Permite estudar o sistema para prevenir possíveis interferências entre módulos. Considera-se voltagem, potência, corrente, conversores de corrente-voltagem, geradores de sinais que rastreiam um sinal de controle, indutores, resistências, capacitores, linha de transmissão, transformadores, transistores, sensores de voltagem, etc. 11:0736
- 37. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador Estrutural Objetivo: i. analisar a estrutura geral do satélite, a melhor distribuição dos equipamentos dentro do satélite, etc.. Ex.: Solid Works, Nastran e Ansys 11:07 37
- 38. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador de Tempo-real Avionic Test Bed ou Avionic Test Bench Simulator Objetivo: i. prover funções em tempo real para validar o sistema com o hardware no loop, ou com um emulador do processador para rodar o software de bordo real. 11:0738
- 39. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador de Tempo-Real Controle de Órbita e Atitude Objetivo: i. analisar e testar soluções de AOCS, calibrar sensores e atuadores ii. Tipos de análises realizadas: margem de erro de apontamento, trade-off de diferentes soluções de projeto, performances do AOCS (análise paramétrica), degradações de performance devido à falha total ou parcial de componentes do subsistema de controle de órbita e atitude. iii. Composição: modelos de dinâmica de voo, ambiente espacial, inclui distúrbios. Pode conter sensores e atuadores em hardware e/ou software. 11:07 39
- 40. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador de Tempo-real Software de Supervisão de bordo Objetivos: i. Pode conter os modelos de dinâmica de voo e modelos dos subsistemas com os quais o OBDH interfaceia. ii. Simulador de Tempo real pode conter Hardware-in-the-loop – quando o simulador inclui o hardware do computador de bordo, o simulador deve tratar os protocolos de comunicação entre os equipamentos dentro do satélite. Exemplo destes protocolos são: MIL-STD-1553, SpaceWire, PacketWire, UART. 11:0740
- 41. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador Operacional Objetivos: i. validar o Segmento Solo completo e em particular, validar os procedimentos de operação de voo (procedimentos operacionais) ii. treinar equipes de controle da missão e equipes de estações terrenas Ref.: Larry B. Rainey - Space Modeling and Simulation – roles and applications throughout the System Life Cycle. 2004. 11:07 41
- 42. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Sim Virtual Simuladores Operacionais no INPE SIMS – to the SCDs • 1991 • Fortran • High Fidelity • High User Satisfaction SIMC – To the CBERS • 1998 • C++ • Medium Fidelity • Medium User Satistaction FBMSIM – To the FBM • 2002 • C++ • Medium Fidelity • User satisfaction not evaluated SIMC3 – To the CBERS-3&4 • Under development • C++ • High fidelity • In development (AMBROSIO et al., 2006) 11:07 42 ~=
- 43. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Alguns “livros” da área: ▪Não tem implementação ▪Conceitos de organização ▪Generalistas ▪Bom/ruim 11:07 43 Linguagens comuns na construção de simuladores: • C++, • Fortran, • Java, • Python
- 44. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Exemplos by specialists 11:07 44 Simuladores aplicados ao controle de atitude e órbita de satélites Willer Gomes • PhD CMC Simuladores operacionais Italo Rodrigues • MSc. CSE e PCI - Testes de Modelos