Curso de Inverno 2016 - INPE - Simuladores de Satélite
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O documento apresenta uma palestra sobre simuladores de satélite realizada no INPE em 2016. A palestra incluiu conceitos básicos de satélites e simulação espacial, exemplos de simuladores físicos, lógicos e operacionais, e pesquisa sobre interfaces naturais para manipulação de simuladores. A agenda incluiu apresentações de 30 minutos cada sobre controle de órbita e atitude, simuladores operacionais e interfaces naturais para simuladores.
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- 1. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mis HIC Ficha: Nome: Apresentação sobre Simuladores de Satélite Local: INPE Data: 2016-07-13 – 13h30 15h30 Público Alvo: Alunos de Graduação - Multidisciplinares 1:07 1
- 2. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Simuladores de Satélite
- 3. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Agenda, roteiro, plano, conteúdos... (~2h) de Apresentação ▪ Conceitos e nomenclatura da área espacial ▪ (Christopher Cerqueira) Prof. Ana Ambrosio ▪ Simuladores para controle de orbita e atitude ▪ (Alain Giacobini) ▪ Simuladores operacionais ▪ (Italo Rodrigues) ▪ Pesquisa de interfaces naturais (RV, RA e RC) para manipulação de modelos/simuladores ▪ (Christopher Cerqueira) 1:07 3 ~30m ~30m ~30m ~30m Mini- Estágio Se der tempo
- 4. Conceitos e nomenclatura de satélites da área espacial Profa. Dra. Ana Maria Ambrosio • Responsável pela área de simulação da DSE • Coordenadora da PG-ETE • Professora da CSE – “Conceitos e práticas de Verificação e Validação de Sistemas Espaciais” 1:074
- 5. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 5 INPE-PG Astrofísica Engenharia e Tecnologia Espaciais Mecânica Espacial e Controle Combustão e Propulsão Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais Geofísica Espacial Computação Aplicada Meteorologia Sensoriamento Remoto Ciência do Sistema Terrestre
- 6. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Verificação, Validação, Modelagem e Simulação Segmento Solo Segmento Espacial Garantia de Missão e de Produto Concepção, Especificação, Arquitetura e Gerenciamento Área de concentração: CSE Linhas de pesquisa 1:07 6
- 7. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 7 O que é um modelo? O que é um simulador? Pra que usar simuladores? Exemplos no ciclo de vida?
- 8. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 8
- 9. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Modelos 1:07 9 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
- 10. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 10 Tipos Físicos Estrutural Térmico Eletromagnético “Cyberphysical” Lógicos Estados Dinâmico ... Lógicos + Hardware Hardware (lógica embarcada) D.o.D. + ECSS definem + de 60 tipos de modelos.
- 11. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 12 Simuladores
- 12. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Simuladores 1:07 13 é usualmente um sistema que pode executar um modelo para reproduzir seu comportamento. O termo simulador pode se referir a software, hardware ou ambos.
- 13. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 15 Para que usar simuladores?
- 14. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 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 1:07 16
- 15. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 17 Exemplos no Ciclo de Vida
- 16. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Ciclo de Vida (Diagrama V) 1:07 18
- 17. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 19
- 18. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 20
- 19. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 21
- 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 Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE System Concept Simulator 1:07 23
- 22. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Performance Simulator 1:07 24
- 23. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Functional Engineering Simulator 1:07 25
- 24. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Functional Validation Testbench 1:07 26
- 25. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Software Validation Facility 1:07 27
- 26. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Virtual Spacecraft AIV 1:07 28
- 27. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Ground Test Simulator 1:07 29
- 28. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Training, Operations and Maintenance Simulator 1:07 30
- 29. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 31 Exemplos Específicos
- 30. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Modelos físicos de satélites 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 1:07 32
- 31. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Modelos físicos de satélites RF Suitcase dos satélites SCD-1 e SCD-2 Modelo RADIO-ELÉTRICO 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. 1:07 33
- 32. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 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. 1:07 34
- 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. 1:07 35
- 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. 1:07 36
- 35. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 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) 1:07 37
- 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. 1:0738
- 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 1:07 39
- 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. 1:0740
- 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 i. 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. ii. Composição: modelos de dinâmica de voo, ambiente espacial, inclui distúrbios. Pode conter sensores e atuadores em hardware e/ou software. 1:07 41
- 40. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Lógico: Simulador de Tempo-real Software de Supervisão de bordo 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. 1:0742
- 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. 1:07 43
- 42. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 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) 1:07 44
- 43. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Alguns “livros” da área: ▪ Não tem implementação ▪ Conceitos de organização ▪ Generalistas ▪ Bom/ruim 1:07 45 Linguagens comuns na construção de simuladores: • C++, • Fortran, • Java, • Python
- 44. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Exemplos by specialists 1:07 46 Simuladores para controle de orbita e atitude Alain Giacobini • MSc. e PhD (em andamento) CMC Simuladores operacionais Italo Rodrigues • MSc. CSE e PCI - Testes de Modelos
- 45. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 47 . . .
- 46. Pesquisa de interfaces naturais para manipulação de modelos/simuladores 1:0748 M.Sc. e aluno de Ph.D. Christopher Shneider Cerqueira • Aluno do curso de CSE • Representante discente da PG-ETE • Background de Computação... Interface Usuário...
- 47. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE “The product is no longer the basis of value. The experience is.” Venkat Ramaswamy The Future of Competition 491:07
- 48. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 3 níveis Lógico: Resolvem, solucionam, facilitam. Emocional: Satisfazem necessidades e desejos afetivos. Visceral: resolvem questões fundamentais, sem consciência. Impulso. 1:07 50
- 49. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Espera.... Visceral? 1:07 51
- 50. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 52
- 51. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Interação homem-máquina 1:07 53
- 52. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Formalmente... Realidade Virtual interfaceque permite ao usuário interagir, em tempo real, com um mundo tridimensional gerado por computador, usando seus sentidos através de equipamentos especiais. 1:07 56
- 53. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Formalmente... Realidade Aumentada uma interfacebaseada na sobreposição de informações virtuais geradas por computador (envolvendo imagens estáticas e dinâmicas, sons espaciais e sensações hápticas) com o ambiente físico do usuário, percebida através de dispositivos tecnológicos e usando as interações naturais do usuário, no mundo físico. 1:07 57 LEGO
- 54. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Billinghurst Vision Introdução 1:07 58 Billinghurst – Popularizador da Realidade Aumentada
- 55. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 1:07 59
- 56. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Formalmente... Realidade Cruzada é um ambiente de realidade misturada ubíqua, que vem da fusão de uma rede de sensores e atuadores (que coletam e enviam dados relacionados ao mundo real) com mundos virtuais compartilhados, usando a interface da realidade aumentada. Claudio Kirner Introdução 1:07 61 basAR
- 57. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE NUI Tangíveis Móveis Especializados Institutos iFORM MYO META Kinect 1:07 62
- 58. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE HIT - ROADMAP CR AI HI AR IoT HR KMatsuda 1:07 63 HIMYM
- 59. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE [ ] Google Glass propaganda realidade 1:07 64
- 60. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE •Talvez o primeiro hardware de RA, com sobreposição, que entra com força no mercado. •Google Glass tentou, mas na maioria dos apps não tinha sobreposição intrínseca. •Vídeo 1 •Vídeo 2 [ ] Hololens 1:07 65
- 61. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Estudos de Caso 1:07 67
- 62. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE of_sho Emprego de Técnicas de Realidade Virtual em Simuladores Operacionais de Satélite 1:07 68
- 63. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE mancalEsferico Emulador de sensor de estrelas com Realidade Aumentada 1:07 69
- 64. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE *FEE (Front End Equipment) – Estimulador/Sensor FEE Geração Automática de Código Embarcável m-file s-file Comunicação com MATLAB/Simulink Modelo do EPS Modelos / Simulador Circuito Bateria Utilização de Arduino em testbenchs para potencializar o uso de MDSE 1:07 70
- 65. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Construção de ambiente de Realidade Cruzada para Engenharia Concorrente 1:07 71
- 66. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE DESENVOLVIMENTO E APLICAÇÃO DE RECURSOS DE REALIDADE AUMENTADA EM VISUALIZAÇÃO DE DADOS DE MISSÕES ESPACIAIS RECONSTRUÇÃO GRÁFICA TRIDIMENSIONAL DE EDIFICAÇÕES URBANAS A PARTIR DE IMAGENS AÉREAS THE ROLE OF COMPUTATIONAL STEERING IN SPACE ENGINEERING ACTIVITIES ASSISTED BY MODELLING AND SIMULATION Outras Iniciativas 1:07 72
- 67. O que aprendemos hoje Wrap-up
- 68. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE▪Conceitos: ▪Modelos ▪Simuladores ▪Aplicações no ciclo de vida, exemplos ▪Utilização de simulação em controle ▪Conceitos básicos de controle de atitude e orbita ▪Tipos de simulações do subsistema de controle de atitude ▪Simuladores do tipo operacional ▪Estado da prática das atividades no INPE ▪*Mini-Estágio ▪Novas interfaces de software. ▪RV, RA, RC ▪fb.com/RVA_BR 1:07 74
- 69. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Atividades integradoras dos alunos PG-ETE no INPE Iniciativa de alunos Acadêmica Prática ETE Pequenos Satélites (CubeSats) Pequenos Lançadores
- 70. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE 13:07 76cscerqueira.com.br
- 72. Mission Simulation Lab HICEE Mission Simulation Lab HICEE http://www.cscerqueira.com.br christophercerqueira@gmail.com Satélite – Sala 95 – R:7321 italoprodrigues@gmail.com Beta – Sala 49 – R:7749 alain.souza@inpe.br Satélite – R:7422 1:07 78