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Projeto de SmallSats no
INPE Status e Perspectivas
1
AURO TIKAMI – DSS-ETE-INPE
E-mail: [email protected]
WALTER ABRAHÃO DOS SANTOS – DEA-ETE-INPE
E-mail: [email protected]
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Agenda
● Introdução
● SmallSats no Mundo e Brasil
● O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento
Estações Terrenas e uso de SDR
● PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial
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Agenda
● Introdução
● SmallSats no Mundo e Brasil
● O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento
Estações Terrenas e uso de SDR
● PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial
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4
Introdução
Classe Massa (kg)
Satélite grande convencional > 1000
Satélite pequeno convencional 500 a 1000
Minissatélite 100 a 500
Microssatélite 10 a 100
Nanossatélite 1 a 10
Picossatélite 0,1 a 1
Classificação de satélite por massa
Fonte: Fortescue (2003)
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Histórico
CubeSat Padrão: 1U (10 cm x 10 cm x 10 cm)
Desenvolvido em 1999 por:
• BobTwiggs (Stanford University)
• Jordi Suari (CalPoly)
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Padrões de CubeSats
6
1U 1,5U 2U 3U
(10cm x 10cm x 10cm) (10cm x 10cm x 15cm) (10cm x 10cm x 20cm) (10cm x 10cm x 30cm)
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PocketQube
TubeSat
Padrão: 1P (5 cm x 5 cm x 5 cm)
WREN (Alemanha) Tancredo-I
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Outros SmallSats no Mundo e no Brasil
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Agenda
● Introdução
● SmallSats no Mundo e no Brasil
● O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento
Estações Terrenas e uso de SDR
● PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial
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SmallSats
no Mundo ...
"smallsats, spacecraft that weigh anywhere from an ounce to as much as a
few hundred pounds"
Tradução parcial: 1 ounce = 0,028 kg; 100 pounds = 45 kg;
http://spacenews.com/white-house-announces-small-satellite-initiative/
https://www.whitehouse.gov/the-press-office/2016/10/21/harnessing-small-
satellite-revolution-promote-innovation-and
http://www.nasa.gov/feature/nasa-establishes-the-small-spacecraft-systems-
virtual-institute
The White House has combined a number of smallsat efforts in the federal
government into a single initiative. The "Harnessing the Small Satellite
Revolution" initiative, announced by the Office of Science and Technology
Policy Friday, highlights efforts at NASA, the NGA and other agencies to
support the development of smallsats and the services they provide. The
initiative includes NGA's contract with Planet last month to buy $20 million of
imagery produced by Planet's constellation of remote sensing cubesats, as
well as a commercial weather data purchase by NOAA also announced in
September. The initiative also includes a smallsat "virtual institute" that NASA
is creating at the Ames Research Center. [SpaceNews]
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October, 21, 2016
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NASA Announces Seventh Round of Candidates for CubeSat Space Missions
NASA has selected 20 small
satellites from 12 states to fly as
auxiliary payloads aboard rockets
planned to launch in 2017, 2018
and 2019. Launch opportunities
will be available via existing
launch services of government
payloads, as well as dedicated
CubeSat launches from the newly
selected Venture Class Launch
Services contracts. The proposed
CubeSats come from educational
institutions, universities, non-profit
organizations and NASA field
centers.
http://www.nasa.gov/feature/nasa-announces-seventh-round-of-candidates-for-cubesat-space-missions
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SmallSats na América Latina - Eventos
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http://revistapesquisa.fapesp.br/en/2014/05/20/small-satellites-make-mark/
SmallSats no Brasil
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NanoSat-BR – INPE – Santa Maria - RS
13 Dnepr
NanoSatC-BR1 (2014), 600 km,
INPE - UFSM Padrão CubeSat 1U
Missão Científica
Coletar dados do campo magnético terrestre:
- AMAS (Anomalia Magnética da América do Sul)
- Setor brasileiro do Eletrojato Equatorial Ionosférico
Padrão CubeSat 2U: INPE-UFSM-UFRGS
Missão científica:
• Sonda de Langmuir (CEA)
• Sistemas de determinação de atitude
(INPE/UFMG/UFABC)
• Magnetômetro (UFSM/UFRGS)
NanoSatC-BR2
https://directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/n/nanosatc-br1
http://www.inpe.br/crs/nanosat/
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http://www.crn2.inpe.br/conasat1/
CONASAT – INPE-CRN – Natal - RN
An 8-U Cubesat Constellation for the Environmental Area
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PicoSat – Tancredo I (UbatubaSat)
Arquitetura da Missão Espacial
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The RaioSAT Project – Conceptual Design
Intends to detect total
lightning (intra-cloud and
cloud-to-ground flashes
simultaneously) from low
cost, open standart
CubeSat platform.
•3-U cubesat platform
•LEO, inclination of about 25º
•Complete orbit of 98 min
•Footprint over Brazil of
approximately 15 to 20 min
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SERPENS: 3U (2015)
UnB / Universidade de Vigo
Outras Universidades: Sapienza (Roma)
CalPoly, Morehead, UFSC, UFMG,
UFABC, IFF
ITASAT: 6U
Others SmallSats in Brazil
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ISS- Alternativa de lançamento de SmallSats
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Lançamento de SmallSats
19 Falcon-9
Dragon
AESP-14
(ITA/INPE)
(2015)
400 km
ISS SpaceX
P-POD
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AESP-14 ejetado da ISS
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Agenda
● Introdução
● SmallSats no Mundo e Brasil
● O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento
Estações Terrenas e uso de SDR
● PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial
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Prof. Cândido – Escola Municipal Tancredo Neves, Ubatuba-SP
Projeto UbatubaSat
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Projeto UbatubaSat – Início
TubeSat KIT
Interorbital Systems
Neptune 30
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Kit TubeSat
De acordo com o fabricante:
Alternativa ao CubeSat de baixo custo
Massa: até 0,75 Kg
Diâmetro: 8,9 cm
Altura: 12,7 cm
Órbita polar: 310 Km (com Neptune 30)
Período: 90 min
Tempo em órbita: 90 dias
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Sistema de Lançamento
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Conteúdo do kit
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• Arquivos para fabricação de placas de
circuito impresso
• Transceptor
• Bateria
• Células Solares
• Microcomputador
• Antenas
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Estrutura
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Frequência: 436,5 MHz
Dipolo meia onda: ~33 cm
Placa da Antena
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Bateria de íons de lítio
2 células 18650 em paralelo
3,7 volts
5200 mAh
Gerenciamento de Potência
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Placa interna da bateria
Proteção:
-Sobrecarga
-Sobredescarga
-Curto-circuito
Gerenciamento de Potência
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Estrutura da Célula Gerenciamento de Potência
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Célula Solar Triangular - TASC Gerenciamento de Potência
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Painel Solar
6 células por
placa
Total: 8 painéis solares
Gerenciamento de Potência
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Placa de Comunicações
34
Half-Duplex (Walkie-Talkie)
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POLARIZAÇÃO DE ONDAS – DIPOLO ½ ONDA
Gpeak = 2.15 dBi
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Subsistema de Comunicações
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Computador de Bordo
Módulo BX 24
CPU ATMEL: ATMEGA 8535
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Carga Útil Educacional
ISD1900 NUVOTON Single-chip, multiple-message Voice record/Playback Device
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Conceito de Operação Inicial
38 38
Tancredo-I
Radiodifusão de
mensagens gravadas em
- Português
- Espanhol
- Inglês
Áudio
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Projeto Inicial
Carga Útil
KIT
Neptune 30
39
Picosat Tancredo-I
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ACORDO DE COOPERAÇÃO
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Treinamento de soldagem no LIT-INPE
![Page 42: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/42.jpg)
Neptune 30
42
Atraso do desenvolvimento do Lançador Neptune 30
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Lançamentos: Ofertada pela AEB
Antares
Falcon 9
Cygnus
Dragon
ISS
43
TuPOD
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Lançamentos: Ofertada pela AEB
H-IIB
HTV6
ISS
44
TuPOD
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45
Novos Requisitos com uso da ISS:
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Desacoplamento total do sistema de alimentação
46
original requisito
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47
1
2
3
4
5
6
7
Proteção Redundante: (7 níveis de HW em série) + SW
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48 48
Ter frequência de operação coordenada
Johnson Space Center
UHF
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Sonda de Langmuir
Stakeholder: Divisão de
Aeronomia – INPE
Estudo de bolhas ionosféricas
49
PY
Novas funcionalidades
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CONOPS
50
Ionosfera
50
Radioamador Radioamador
Estação Terrena
(HK + PY)
Áudio
Áudio TC
Áudio
Áudio TC
Áudio
Áudio (HK + PY) (HK + PY)
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Arquitetura Final da Missão Espacial
51
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Montagem com projeto original do kit:
- Não atende os requisitos da NASA/JAXA
- Manutenção complicada
52
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Reengenharia do TubeSat
53
Nova versão do TubeSat
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Coluna vertebral da
estrutura em barramento
onde as novas placas
facilmente podem se
conectar ou desconectar.
Formato externo
hecadecagonal original do
TubeSat
Nova estrutura de empacotamento de PCBs
Reengenharia de um Picosat 54
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Arquitetura Elétrica do Picossatélite Tancredo 1
Reengenharia de um Picosat 55
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Potência TX Sat= 100 W
Margem Enlace
(Método Eb/No)
Margem Enlace
(Método SNR)
32,4 dB 29 dB
56
Subsistema de Comunicações
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Elevação Distância Eb/No SNR
5 graus 1709 Km 6 dB 3,4 dB
0 grau 2196 Km -3,1 dB -5,6 dB
Potência TX Sat= 500 mW
57
Subsistema de Comunicações
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58
Subsistema Computador de Bordo
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59
![Page 60: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/60.jpg)
BYTESINC1
BYTESINC2
TAMANHOMENSAG
IDENTIF.TM
DADO 1 DADO 2 DADO N CHECK SUM
Estrutura do quadro de TM e TC
60
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Reengenharia do Subsistema de Controle Térmico
61
Uso do Kapton:
- Proteção térmica
- Proteção contra
radiação ionizante
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Reengenharia do Subsistema de Estrutura
.
62
![Page 63: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/63.jpg)
Detalhes dos deslizadores de teflon dentro do cilindro ejetor.
63
![Page 64: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/64.jpg)
Conector umbilical de
programação, monitoração
e carga da bateria.
64
Atividades de AIT
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Testes Ambientais: nível de qualificação de acordo
com JAXA/NASA ( Bateria)
65
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Testes de Vibração da Bateria
66
![Page 67: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/67.jpg)
67
Testes de Ciclagem Térmica e Vácuo
60 o C
-20 o C
![Page 68: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/68.jpg)
Testes AIT-INPE: protótipo de voo do Tancredo-I
68
Nível de Aceitação
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SETUP TESTE VIBRAÇÃO
69
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TVAC de Sistema
70
![Page 71: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/71.jpg)
Estações Terrenas para SmallSats
71 Fonte: ISIS
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Receptor SDR
72
![Page 73: Projeto de SmallSats no INPE · · 2016-10-26Satélite pequeno convencional 500 a 1000 Minissatélite 100 a 500 ... Coletar dados do campo magnético terrestre: ... Projeto de SmallSats](https://reader034.vdocuments.net/reader034/viewer/2022051802/5af3c2c87f8b9a8c30919734/html5/thumbnails/73.jpg)
Oficina para Testes do Segmento de Solo com Receptor USB SDR
para o Tancredo-I
73 http://www.inpe.br/snct2016/snct.php
Antena MoxonZBZ
Heavens-Above
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74
Teste do Tancredo-I com Estação de Radioamador
do Prof. Douglas Soares dos Santos (ITA)
INPE
ITA
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Integração TuPOD-TubeSats e
Handover JAXA
75
Jul 2016, GAUSS-Roma: Integração
Nov 2016, JAXA-Japão: Handover
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Tancredo- I: ejeção
76
OSN Sat
TuPOD
Tancredo-I
ISS
Previsão: Primeiro trimestre 2017 Órbita: 51,6 o
Altitude: 400 Km
Liberação dos Satélites após 2 dias
Início da
transmissão
após 30
minutos
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77
Tancredo- I: Reentrada na atmosfera
Desintegração na atmosfera após 3 meses em
órbita não contribuindo com lixo espacial.
Source:Pete Turner
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Agenda
● Introdução
● SmallSats no Mundo e Brasil
● O Projeto do PicoSat UbatubaSat Integração e lançamento
Estações Terrenas e uso de SDR
● PG-ETE - Engenharia e Tecnologia Espacial
78
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Pos-Grad
ETE-INPE Curso de Engenharia e
Tecnologia Espaciais
Mecânica espacial
e controle
(CMC)
Combustão e
Propulsão
(PCP)
Ciência e
tecnologia de
materiais e
sensores
(CMS)
Cursos de pós-graduação do INPE
Engenharia e
gerenciamento de
Sistemas Espaciais
(CSE)
.....
Áreas de
concentração
Coordenações e Laboratórios
ETE Coordenação de Engenharia e Tecnologia Espaciais
CTE Coordenação de Laboratórios Associados
LIT Laboratório de Integração e Testes
CRC Centro de Rastreio e Controle de Satélites
http://www.inpe.br/pos_graduacao/cursos/ete/index.php
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Space Systems Engineering
Mission Concept, Specification, Architecture and Space
Systems Management
Space Mission Product Assurance
Space Mission On-Board Systems
Space Mission Ground Systems
Space Mission Modeling and Simulation
Space Propulsion and Combustion System
Space Control Systems and Mechanics
Space Materials and Sensors
http://www.inpe.br/pos_graduacao/cursos/ete
Space Engineering and Technology
Graduate Courses @ INPE-ETE
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OBRIGADO !
Perguntas?
81
AURO TIKAMI – DSS-ETE-INPE
E-mail: [email protected]
WALTER ABRAHÃO DOS SANTOS – DEA-ETE-INPE
E-mail: [email protected]
Projeto de SmallSats no INPE Status e Perspectivas