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9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
1
http://www.inpe.br/ci-2018/
Ficha:
Nome: Simuladores de Satélites
Local: INPE
Data: 2018-07-11 – 8h15-9h15
Público Alvo: Alunos de Graduação - Multidisciplinares
Simuladores de Satélites
Prof. Dr. Christopher Shneider Cerqueira
Divisão de Engenharia Aeronáutica e Aeroespacial do ITA
christopher@cscerqueira.com.br / cscerqueira.com.br9:132
Profa. Dra. Ana Maria Ambrosio
aambrosio27@gmail.com
Roteiro
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
3
Pós-GraduaçãoConceitos Simuladores no
Ciclo de Vida
9:13
4
é um conjunto de
instruções, regras,
equações e restrições que
nos permite gerar
resultados semelhantes
aos gerados pelo
comportamento do sistema
real.
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Simuladores
9:13
5
é usualmente um sistema
que pode executar um
modelo para reproduzir seu
comportamento. O termo
simulador pode se referir a
software, hardware ou
ambos.
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Computation: Models and Simulations
9:13
6
Engineering?
Modelling
and auto-
build?
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Usos de simulação no Ciclo de Vida da
Engenharia Espacial:
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
9:13
7
Simuladores são usados
em todas as fases do
ciclo de vida
Simulação de Conceitos
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
8
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.
9:13
9
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
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador fim-a-fim de missões
(Mission Performance Simulator)
Objetivo:
estudar conceitos e viabilidade da missão para atender seu uso finalístico.
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.9:13
10
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador de Tempo-real
Software de Supervisão de bordo
Objetivos:
Pode conter os modelos de dinâmica de voo e modelos dos subsistemas com os quais o OBDH
interfaceia.
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.
9:1311
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador de Tempo-Real
Controle de Órbita e Atitude
Objetivo:
analisar e testar soluções de AOCS, calibrar sensores e atuadores
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.
Composição: modelos de dinâmica de voo, ambiente espacial, inclui distúrbios. Pode conter
sensores e atuadores em hardware e/ou software.
9:13
12
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Simulador para Previsão de
Comportamentos acoplados e dinâmicas
9:13
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13
Lógico: Simulador elétrico
Objetivo:
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. 9:1314
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador Térmico
Objetivo:
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)
9:13
15
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador Estrutural
Objetivo:
analisar a estrutura geral do satélite, a melhor distribuição dos equipamentos dentro do satélite,
etc.. Ex.: Solid Works, Nastran e Ansys
9:13
16
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador de Tempo-real
Avionic Test Bed ou Avionic Test Bench Simulator
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
17
Objetivo:
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.
Físico: Simuladores térmicos
9:13
18
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
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
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.
9:13
19
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Lógico: Simulador Operacional
Objetivos:
validar o Segmento Solo completo e em particular, validar os procedimentos de operação
de voo (procedimentos operacionais) treinar equipes de controle da missão e equipes
de estações terrenas. Focam principalmente na simulação das estações terrenas e dos
satélites.
Ref.: Larry B. Rainey - Space Modeling and Simulation – roles and applications throughout the System Life Cycle. 2004.
9:13
20
Sim
Virtual
~=
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
21
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
Tudo OK?
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
22
INPE-PG
Astrofísica
Engenharia e Tecnologia
Espaciais
Mecânica Espacial e
Controle (CMC)
Combustão e Propulsão
(PCP)
Ciência e Tecnologia de
Materiais e Sensores
(CMS)
Engenharia e
Gerenciamento de
Sistemas Espaciais (CSE)
Geofísica Espacial
Computação Aplicada
Meteorologia
Sensoriamento Remoto
Ciência do Sistema
Terrestre
Áreas de
concentração
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
23
Linhas de pesquisa da área de
concentração CSE
Engenharia e gerenciamento de Sistemas espaciais
9:13
24
Segmento Espacial
Segmento Solo
Concepção
Especificação
Arquitetura e
Gerenciamento
Garantia
de Missão e
de Produto
Verificação, Validação, Modelagem e Simulação
Obs.: A M&S
relacionado a
controle/térmica/
mecânica orbital é
realizado no curso
do CMC
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Profa. Dra. Ana Maria Ambrosio
9:13
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
25
Modelos de
Simulação
Redes Neurais para Emulação do
Comportamento Térmico dos Cenários
de Operação
Modelos evolutivos com feedback de
informações reais durante operação.
Modelos paramétricos para geração
automática de cenários de simulação
Verificação
e Validação
aambrosio27@gmail.com
Métricas para avaliação de
auditorias de software crítico
Processo de garantia de qualidade
de sw espacial desenvolvido por
pequenas empresas
Redução do esforço de teste de sw
embarcado em nanosatelites com
aplicação de teste baseado em
modelos.
9:13
26
Christopher Shneider Cerqueira
Divisão de Engenharia Aeronáutica e Aeroespacial do ITA
christopher@cscerqueira.com.br / cscerqueira.com.br
CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
Ana Maria Ambrosio
Docente do Curso de Engenharia e Gerenciamento de
Sistemas Espaciais – ETE - INPE
aambrosio27@gmail.com
Italo Pinto Rodrigues
Doutorando do Curso de Engenharia e Gerenciamento de
Sistemas Espaciais – ETE - INPE
italoprodrigues@gmail.com

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CI2018_Simuladores

  • 1. 9:13 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher 1 http://www.inpe.br/ci-2018/ Ficha: Nome: Simuladores de Satélites Local: INPE Data: 2018-07-11 – 8h15-9h15 Público Alvo: Alunos de Graduação - Multidisciplinares
  • 2. Simuladores de Satélites Prof. Dr. Christopher Shneider Cerqueira Divisão de Engenharia Aeronáutica e Aeroespacial do ITA christopher@cscerqueira.com.br / cscerqueira.com.br9:132 Profa. Dra. Ana Maria Ambrosio aambrosio27@gmail.com
  • 4. 9:13 4 é um conjunto de instruções, regras, equações e restrições que nos permite gerar resultados semelhantes aos gerados pelo comportamento do sistema real. CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 5. Simuladores 9:13 5 é usualmente um sistema que pode executar um modelo para reproduzir seu comportamento. O termo simulador pode se referir a software, hardware ou ambos. CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 6. Computation: Models and Simulations 9:13 6 Engineering? Modelling and auto- build? CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 7. CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher Usos de simulação no Ciclo de Vida da Engenharia Espacial: 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 9:13 7 Simuladores são usados em todas as fases do ciclo de vida
  • 9. 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. 9:13 9 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 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 10. Lógico: Simulador fim-a-fim de missões (Mission Performance Simulator) Objetivo: estudar conceitos e viabilidade da missão para atender seu uso finalístico. 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.9:13 10 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 11. Lógico: Simulador de Tempo-real Software de Supervisão de bordo Objetivos: Pode conter os modelos de dinâmica de voo e modelos dos subsistemas com os quais o OBDH interfaceia. 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. 9:1311 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 12. Lógico: Simulador de Tempo-Real Controle de Órbita e Atitude Objetivo: analisar e testar soluções de AOCS, calibrar sensores e atuadores 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. Composição: modelos de dinâmica de voo, ambiente espacial, inclui distúrbios. Pode conter sensores e atuadores em hardware e/ou software. 9:13 12 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 13. Simulador para Previsão de Comportamentos acoplados e dinâmicas 9:13 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher 13
  • 14. Lógico: Simulador elétrico Objetivo: 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. 9:1314 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 15. Lógico: Simulador Térmico Objetivo: 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) 9:13 15 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 16. Lógico: Simulador Estrutural Objetivo: analisar a estrutura geral do satélite, a melhor distribuição dos equipamentos dentro do satélite, etc.. Ex.: Solid Works, Nastran e Ansys 9:13 16 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 17. Lógico: Simulador de Tempo-real Avionic Test Bed ou Avionic Test Bench Simulator 9:13 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher 17 Objetivo: 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.
  • 18. Físico: Simuladores térmicos 9:13 18 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 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 19. 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. 9:13 19 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 20. Lógico: Simulador Operacional Objetivos: validar o Segmento Solo completo e em particular, validar os procedimentos de operação de voo (procedimentos operacionais) treinar equipes de controle da missão e equipes de estações terrenas. Focam principalmente na simulação das estações terrenas e dos satélites. Ref.: Larry B. Rainey - Space Modeling and Simulation – roles and applications throughout the System Life Cycle. 2004. 9:13 20 Sim Virtual ~= CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 21. 9:13 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher 21 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
  • 23. INPE-PG Astrofísica Engenharia e Tecnologia Espaciais Mecânica Espacial e Controle (CMC) Combustão e Propulsão (PCP) Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores (CMS) Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais (CSE) Geofísica Espacial Computação Aplicada Meteorologia Sensoriamento Remoto Ciência do Sistema Terrestre Áreas de concentração 9:13 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher 23
  • 24. Linhas de pesquisa da área de concentração CSE Engenharia e gerenciamento de Sistemas espaciais 9:13 24 Segmento Espacial Segmento Solo Concepção Especificação Arquitetura e Gerenciamento Garantia de Missão e de Produto Verificação, Validação, Modelagem e Simulação Obs.: A M&S relacionado a controle/térmica/ mecânica orbital é realizado no curso do CMC CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher
  • 25. Profa. Dra. Ana Maria Ambrosio 9:13 CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher 25 Modelos de Simulação Redes Neurais para Emulação do Comportamento Térmico dos Cenários de Operação Modelos evolutivos com feedback de informações reais durante operação. Modelos paramétricos para geração automática de cenários de simulação Verificação e Validação aambrosio27@gmail.com Métricas para avaliação de auditorias de software crítico Processo de garantia de qualidade de sw espacial desenvolvido por pequenas empresas Redução do esforço de teste de sw embarcado em nanosatelites com aplicação de teste baseado em modelos.
  • 26. 9:13 26 Christopher Shneider Cerqueira Divisão de Engenharia Aeronáutica e Aeroespacial do ITA christopher@cscerqueira.com.br / cscerqueira.com.br CursodeInverno2018-SimuladoresdeSatélites-Christopher Ana Maria Ambrosio Docente do Curso de Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais – ETE - INPE aambrosio27@gmail.com Italo Pinto Rodrigues Doutorando do Curso de Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais – ETE - INPE italoprodrigues@gmail.com