Space Research Group (SRG-UAH)2011
Desarrollo de instrumentación espacial. ASTROMADRID 29-30 junio 2011
2Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-Ciencia: Dto. Física (UAH)
9 doctores
1 físicos en fase de realización de tesis
1 ingeniero en fase de realización de tesis
1 becario
http://www.srg.uah.es/ciencia/mainASRG.html
SRG-Tecnología: Dto. Automática (UAH)
6 doctores
8 ingenieros en fase de realización de tesis
4 contratados
4 becarios
https://srg.aut.uah.es/
SRG-UAH: PERSONAL
3Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-Ciencia: Dto. Física
Estructuras en el medio interplanetario
Partículas energéticas solares y rayos cósmicos
Space Weather
Desarrollo de detectores de partículas
http://www.srg.uah.es/ciencia/mainASRG.html
SRG-Tecnología: Dto. Automática
Instrumentación embarcable en satéliteHardware: procesadores, FPGAs, buses, etc.Codiseño Hardware/SoftwareDesarrollo de software de alta fiabilidad (Ada, C/C++, Java)
ESA standard PSS05IEEE standards
Sistemas empotradosSistemas operativos de tiempo realHerramientas de desarrollo SW (EDROOM, HRT-HOOD)
Planning & Schedulinghttps://srg.aut.uah.es/
SRG-UAH: Líneas de Investigación
4Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: Proyectos espaciales
• Finalizados:
– SOHO: CDPU del consorcio CEPAC
– PHOTON: instrumento PESCA
– FUEGO 2: OBDH y software de vuelo
– NanoSat 01: software de vuelo y mantenimiento
– NanoSat 1b: software de vuelo
– Microsat (INTA): OBDH, RTUs, EGSE y SW de vuelo
– SAGAS 150: OBDH, RTUs y software
• En fase de realización:
– Solar Orbiter: Energetic Particle Detector EPD
– SIDRA
– SPAX
– HUMSAT
5Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SOHO-CEPAC
TM/TC
On-board computer(OBDH)
CDPU LVPCCDPUMAS-281Ada and assembler
6Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: PESCA/PHOTON
Pulse shapingelectronics
TM/TC
On-board data handling(OBDH)
Digital Electr.MAS-281
Telescope detector
7Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: FUEGO2
• Satélite dedicado a la detección de incendios• Nuestro grupo trabajo subcontratado por SENER• Desarrollamos el SW de control utilizando HOOD• Elementos controlados:
– MIR camera– TIR camera– VIS camera– NIS camera– Back-Body– Mirror– Downlink
• La especificación y elección del HW la hizo nuestro grupo (PPC+VME+68K)
8Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: NanoSat 01 y Nanosat 1B (INTA)
• Desarrollo completamente español
• Objetivos:– Adquisición de experiencia en I+D
– Interconexión de estaciones remotas científicas (i.e. Bases españolas antárticas y HESPERIDES)
– Comprobación en vuelo de nuevos sensores
NanoSat 01 Lanzado por Ariane 5 en diciembre de 2004 y Nanosat 1B el 29 de julio de 2009
SRG: software de vuelo y altualmente labores de mantenimiento
9Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: Programa MicroSat
• Satélite de 150 kg en órbita LEO• Proporciona un módulo de servicio multipropósito• Permite la demostración en vuelo de diferentes tipos
de experimentos• Adquisición del know-how para el desarrollo de la
nueva generación de microsatélites españoles• Reutilizaación de ideas, subsistemas y componentes• Seguir el concepto: “small, better & cheaper”• Participación de SRG:
– OBDH: Hardware y software– RTUs– MMU– GPS
10Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SAGAS-150
• Sistema con Actuador Giroscópico Avanzado para Satélite
• Utilización para llevar a cabo el ACS de satélites de hasta 150 kg
• Responsabilidad de SRG:
– Software embarcado
– Software del EGSE
• En Microsat1 como carga tecnológica
11Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: Exomars
• Misión a Marte patrocinadapor ESA-NASA (2016)
• Orbitador y Lander
• Respuesta conjunta a la ESA entre ITT TCP / SI Company y SRG
• Responsabilidad de SRG:
– La participación de nuestro grupo fue al puerto y validar el algoritmos de navegación de vuelo de un entorno de simulación basado en una plataforma Linux i386 a un candidato representante de vuelo como LEON3 procesador SPARC v8 plataforma utilizando RTEMS OS
12Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SIDRA
• Space Instrument for Determination of digital microelectronic components RAdiation tolerance
• Objetivos principales:
– Medición de los flujos de radiación
– Efectos sobre la electrónica (COTS)
• Quienes somos:
– Physics and Technics Department. KharkivUniversity. Ucrania
– Space Research Laboratory de la Universidad de Turku. Finlandia
– SRG. Universidad de Alcalá, España
13Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SIDRA
• Tareas responsabilidad SRG
– Diseño, fabricación y pruebas de la Etapa Digital o Unidad de Control. Prototipo y modelo de ingeniería
– Diseño, fabricación y pruebas de la tarjeta DUT
– Software de control de la ED y EGSE
• Grupo ucraniano
– Dirección del proyecto
– Telescopio detector
– Etapa Analógica
– Fuente Alimentación Secundaria
– Mecánica
• SRL. Universidad de Turku
– Pruebas en acelerador (Jyvaskyla, Finlandia)
14Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SIDRA
Interfaz
S/C
Te
lesco
pio
dete
cto
r
Etapa
Analógica
Fuente
Alimentación
(DC-DC)
Placa
Pruebas
(DUT)
Etapa
Digital
INSTRUMENTO SIDRA VEHÍCULO
ESPACIAL
Telecomandos
Telemetría
Señales auxiliares
y de tiempo
Alimentación
primaria
Alimentación
secundaria
Radiación
Te
lesco
pio
dete
cto
r
Etapa
Analógica
Fuente
Alimentación
(DC-DC)
Placa
Pruebas
(DUT)
Etapa
Digital
15Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SIDRA
• Visión general
16Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SPACE SITUATIONAL AWARENESS PROGRAMME BOARD
• Responsabilidad de SRG: Solar Particle Analyser eXperiment (SPAX)
17Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SPACE SITUATIONAL AWARENESS PROGRAMME BOARD
18Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SPACE SITUATIONAL AWARENESS PROGRAMME BOARD
19Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: SPACE SITUATIONAL AWARENESS PROGRAMME BOARD
20Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: HUMSAT/GEOID
• ¿Qué es HUMSAT?– Desarrollo y despliegue de una constelación de
cubesats con fines humanitarios – Humanitary Satellite Network Project
http://www.humsat. org
• ¿Qué es GEOID?– Es un proyecto de la Agencia Espacial Europea
(ESA) cuyo objetivo es validar la red de estaciones terrenas GENSO basadas en equipos de radioaficionado. HUMSAT es la constelación de cubesats que servirá como demostrador.http://www.genso.org
21Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: HUMSAT/GEOID
• Participación. Tareas:
1. Diseño, fabricación y validación de uno de los 9 satélites (3U) de la constelación HUMSAT
2. Instalación y puesta a punto de un nodo de comunicaciones de la red GENSO
3. Despliegue de un demostrador de un sensor de tierra de usuario
22Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: HUMSAT/GEOID
Coordinador
Dr. Manuel Prieto
Diseño Software
Dr. Oscar R. Polo
Estudiantes
Científico
Dr. Juanjo Blanco
Estudiantes
Diseño Hardware
Dr. Sebastián Sánchez
Estudiantes
Pruebas
Dr. Agustín Martínez
Estudiantes
Apoyo a la gestión
Dr. Daniel Meziat
23Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)
SRG-UAH: Solar Orbiter, Energetic particle Detector
• Responsabilidad de SRG:
• desarrollo de la ICU y de la unidad de potencia de bajo voltaje (CDPU/LVPS)
• Oficina de Proyecto
• EPD PI : Dr. Javier Rodríguez-Pacheco
• ICU-CDPU/LVPS PI: Dr Sebastian Sanchez
• Jefe de Proyecto: Dr. Manuel Prieto
The Energetic Particle Detector Suite for Solar Orbiter and Team
R. F. Wimmer-Schweingruber 2), J. Rodríguez-Pacheco 1), R. P. Lin 3), G. M. Mason 4), B. Heber 2), E. Valtonen 5), E.C. Stone6), S. Sanchez 1), J. Blanco 1), M. Prieto 1), C. Martin 2), G. Ho 4), B.
Andrews 4), S. Burmeister 2), S. Boettcher 2), S. R. Kulkarni 2), L. Seimetz 2), B. Schuster 2)
1 Space Research Group, University of Alcala, Madrid, Spain2 University of Kiel, Germany
3 University of California, Berkeley, CA, USA4 Johns Hopkins University, Laurel, MD, USA
5 University of Turku, Finland6 California Institute of Technology, USA
SEP events
Solar System processes Astrophysical Processes
SEP Science: what features make Solar Orbiter an
“unique” mission?
Inner Heliosphere Mission:
• By traveling close to the Sun, within ~1-2 λ (SEP mean free path) of the acceleration region with an advanced in situ and remote sensing payload:
• We will disentangle acceleration and propagation processes.
• Photon and particle signatures from small events will increase by 1/r2, making it possible to observe events 15-20 times smaller than ever before.
• As the IMF is almost radial with much less variation (uncertainty) in length than is the case at 1 AU, the knowledge of the actual path length improves by a factor of 3-5 => our “resolution” will increase the same ammount.
Resolution increased 5 times (simulation)
SEP Science: what features make Solar Orbiter an
“unique” mission?
Quasi Co-rotation:
• Co-rotational phases
together with remote
sensing will permit us to
disentangle:
– spatial and temporal
variations
– acceleration and
propagation processes
SEP Science: what features make Solar Orbiter an
“unique” mission?
High latitude mission:– Study of the latitude distribution of
gradual and impulsive SEP events
close to the Sun.
– Ulysses has shown that SEP
manage to reach high latitudes, but
the cause(s) are still not clear
– High latitude measurements of:– SEPs by SolO EPD, plus field line
tracking, will be crucial to understanding
lateral transport.
– CME longitudinal extent by remote
sensing instruments will allow first direct
observations of the longitudinal size of
the acceleration regions
=> test acceleration & transport models
SEP Science: fundamental questions
The goal is to enhance our understanding of:
I.- The particles populations, their acceleration, and transport in the inner heliosphere,
II.- The connections between the solar surface and the heliosphere,
III.- Energetic phenomena in the solar corona at all latitudes.
Key Questions:
•How and where are energetic particles accelerated at the Sun?
•How are energetic particles released from their sources and distributed in 3D- space and time?
•What are the seed populations for energetic particles?
•What can we learn from EPD about coronal heating?
In order to meet these science goals we need an instrument with:
•Pitch angle coverage: multiple FOVs
•Isotopic Resolution
•Variable geometric factors
•Extremely wide Energy Range
Multiple Sensor Units
EPD instrumentation
• STEIN (Supra-Thermal Electrons Ions and Neutrals)
• SIS (Supra-thermal Ion Spectrograph)
• EPT (Electron and Proton Telescope)
• LET (Low Energy Telescope)
• HET (High Energy Telescope)
EPD instrumentation: STEIN
STEIN (Supra-Thermal Electrons Ions & Neutrals)Electrons & protons: 3 – 100 keV, Neutrals: 4 – 20 keV
• STEIN is a double-ended telescope• utilizing passively cooled silicon• Semiconductor detectors (SSDs)
• It uses an electrostatic deflection• system to separate electrons and• Ions
• Boom mounted
STEIN heritage: STE Stereo/impact
EPD instrumentation: SIS
SIS (Supra-thermal Ion Spectograph)Elemental Composition He-Fe: 8 keV/n – 10 MeV/n
Concept: time-of-flight mass spectrometer with a mass resolution of:m/σm ≈ 50Two units: one aperture each, 22o FOV SIS Heritage: ACE/ULEIS
EPT (Electron and Proton Telescope)
Fluxes and directional information of:
Electrons flux: 20-400 keV
Protons flux 20-700 keV
EPD instrumentation: EPT
Concept: DE-E technique telescope combined with magnetic/foil•Two Units, one pointing 45o
out of the ecliptic•2 apertures each
EPT Heritage : STEREO Solar Electron Proton Telescope (SEPT)
LET (Low Energy Telescope)
Flux and angular distribution of:
Protons 1.5-20 MeV,
He - Fe, 1.5-60 MeV/n
Isotopic Resolution
EPD instrumentation: LET
Concept: DE-E technique telescope
•Two Units•3 sensors each unit•6 stacks of silicon detector each unit•First two detectors are segmented
Individual telescope
LET Heritage: SOHO/ERNE
HET (High Energy Telescope):
Flux and directional information of:•electrons 0.3 - 20 MeV,•positrons 0.3 – 1 MeV,•protons : 10 – 100 MeV•ions (He – Fe) 50 – 200 MeV/n
EPD instrumentation: HET
Concept: DE-E technique telescope
•Two Units•Two oppositely directed FOV with 40o
full angle•Large Geometric factor allows fast cadence for high energy heavy ions
•EPT & HET use same eboxHET heritage: MSL/RAD
CDPU/LVPS
EPD Commom Proccessing Unit & interface with PDMU
CDPU/LVPS Heritage:SOHO/CEPAC, STEREO/IMPACT
EPD capabilities: Fields
of View
Green area: variability of the field at 1AU in a slow wind stream.
Grey area: variability of the field at 0,225 AU in a fast stream.
EPD capabilities: Energy Coverage