Ingeniería de Sistemas del satélite UNIÓN 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 Aeronáuticos

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Objetivos del PFC

● Realizar un estudio de la Ingeniería de Sistemas adaptada a sistemas espaciales.

● Adaptar la metodología a la misión UNIÓN UPMSat-2 como satélite universitario de pequeño tamaño.

● Aplicación de la normativa ECSS.

● Servir de precursor al uso de la Ingeniería de Sistemas en futuras misiones de similares características.

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UPMSat-2: Antecedentes

Satélites de pequeño tamaño:

● Extensa proliferación en los últimos años

● Muy pequeño tamaño: 5-200kg frente 500-7000kg

● Menores costes● Disminución costes de entrada en el espacio.

● Nuevos actores: universidades, emprendedores, paises en desarrollo.

● Menor tiempo de desarrollo

● Tecnología punta.

● Flexibilidad y mayores riesgos.

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UPMSat-2: Antecedentes (2)

UPMSat-1:

● Precursor de los satélites españoles de pequeño tamaño.

● Lanzamiento: 1995

Masa 47 kg

Dimensiones 450x450x543mm (antena excluida)

Vida operativa 213 días

Misiones Comportamiento de líquidos en microgravedad, comunicaciones de mensajería, Tecnología de células solares.

Órbita 670km altitud, polar, heliosíncrona (98')

Estructura Al 7075 T73

AOCS Estabilización Magnética

Gestión Datos Microprocesador 8OC31 de 8 bits, 7MHz, 256 kbytes de memoria SRAM, 64 kbytes de memoria EEPROM, reloj de vigilancia, 64 canales de conversión analógica a digital de 14 bits y 4 de conversión digital a analógica, 24 salidas digitales y 8 entradas digitales. Consumo de 250 mW. Comunicaciones asíncronas con un módem de 9600 bps

Comunicaciones Modem a 9600 baudios con modulación de mínima desviación de fase (MSK), transmisor de 10W en la banda de 400 Mhz, antena omnidireccional.

Control Térmico Pasivo

Lanzamiento Ariante IV-40 ASAP

Fuente: Meseguer, J. y Sanz-Andrés, A. El satélite UPM-Sat 1. Informes a la Academia de Ingeniería.

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La misión UNIÓN UPMSat-2

● Promovido por el Instituto Universitario de Microgravedad “Ignacio Da Riva”, ETSI Aeronáuticos, UPM.

● Comienzo: septiembre de 2010

● Lanzamiento esperado: primer semestre 2013.

● Objetivos:

● Desarrollar un satélite utilizable como plataforma de demostración tecnológica en órbita.

● 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 ámbito de la tecnología espacial.

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La visión sistémica

“Los sistemas no existen en la naturaleza, solo existen en la mente y en el espíritu del que los crea.” Claude Bernard (médico francés, s. XIX)

El óptimo para cada uno de los elementos del sistema no tiene porqué ser el óptimo para el sistema completo.

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La visión sistémica (2)

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

heterogéneo que incluye discursos, instituciones, instalaciones

arquitectónicas, decisiones reglamentarias, leyes, medidas

administrativas, enunciados científicos, proposiciones

filosóficas, morales, filantrópicas, brevemente, lo dicho y

también lo no-dicho, éstos son los elementos del dispositivo. El

dispositivo mismo es la red que se establece entre estos

elementos.

Foucault, M., Dits et ecrits 3

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Ingeniería de Sistemas

● 4 ejes básicos:

● Necesidades● Comunicación● Visión Sistémica● PlanificacióProceso iterativo.

● Visión Arriba-Abajo.

● Multidisciplinar

● Cumplir objetivos: Riesgos, recursos económicos, prestaciones y agenda.

● Integración de diferentes diciplinas para formar un sistema.

● Interfaces.

● Visión ciclo de vida: definición, síntesis, análisis, diseño, verificación, operación.

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Proceso de Ingeniería de Sistemas

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Proceso de Ingeniería de Sistemas

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Particularidades de los sistemas espaciales

● Ingeniería de sistemas aplicable a gran cantidad de disciplinas.

● Industrias aeronáutica y espacial: evitar problemas durante operación, gran seguridad y redundancias.

● Fabricación de pocas unidades y suele concluir con el lanzamiento.

● Sin posibilidad de acceso durante la operación para mantenimiento.

● En torno al afianzamiento y previsión de fallos.

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ECSS

Fuente: ECSS CDROM Release Note feb. 2012

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Planificación UNIÓN UPMSat-2

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UPMSat-2: Necesidades y su transformación

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

La plataforma ha de ser garantía de éxito de la misión. Por tanto la fiabilidad de la plataforma es primordial, lo cual implicará:

● Hacer uso de tecnologías simples y totalmente probadas, aunque ello conlleve prestaciones más 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

Único

No ambiguo

Verificable.

Qué y no cómo

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Análisis Funcional

FX.Y.Z

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Modos de funcionamiento del satélite

● Apagado

● Espera de Lanzamiento

● Comunicación por umbilical

● Lanzamiento

● Seguro

● Nominal

● Latencia

● Radiofaro

Tierra

Vuelo

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Análisis funcional e interfaces

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Árbol de productos

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Árbol de productos (2)

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Etapas de verificación

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

Métodos Nivel Etapa Aplicable UPMSat-2

Test Elemento Cualificación Sí

Test Elemento Aceptación Sí

Inspección Sistema Pre-lanzamiento Sí

- Sistema Comisionado No

- - Post-Aterrizaje No

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Filosofía de Modelos

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

Modelo Composición Estrategia

Modelo Térmico-Estructural (STM)

Sub. Térmico y Estructural. Resto Dummies

Cualificación

Modelo de Ingeniería (EM)

Componentes del Vehículo completo.

Cualificación

Modelo de Cualificación (QM)

Integración de anteriores. Modelo espacial completo , no necesariamente redundante

Cualificación

Modelo de Vuelo (FM)

Modelo completo Aceptación

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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 Organización 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 aplicación de la Ingeniería de Sistemas

● Documentos desarrollados:

● SRD (Estándarización) y STREE● SCR● SEP● FTREE● PTREE● CSD● VCD● WBS

● Análisis y desarrollo de documentos hasta la Fase B.

● Herencia para la aplicación en el futuro.

● Disciplina de Ingeniería, favorece el desarrollo de las demás.