Engenharia e Tecnologia Espaciais Projetos e Aplicações de ...perondi/07.10.2014/Sistemas Espaciais 07...2014/10/07 · Engenharia e Tecnologia Espaciais Projetos e Aplicações

Engenharia e Tecnologia Espaciais

Projetos e Aplicações

de Sistemas Espaciais

Catanduva, 07 de outubro de 2014 Leonel F. Perondi

1. Introdução e Uso do Espaço

2. Órbitas

3. Ambiente Espacial

4. Subsistemas de um Satélite

5. Integração e Testes

6. Transporte e Lançamento

7. Segmento Solo

8. Sistema Espacial e Gerenciamento

9. Programa Nacional de Atividades Espaciais

10.Exemplos de Aplicações Espaciais

11.Considerações Finais

12. INPE

Sumário

Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 07-out-2014_FATEC.pptx

• O QUE SÃO SISTEMAS ESPACIAIS

• O AMBIENTE ESPACIAL

• MISSÕES ESPACIAIS

• PROJETO, FABRICAÇÃO E OPERAÇÃO DE SISTEMAS ESPACIAIS

• APLICAÇÕES DE SISTEMAS ESPACIAIS I

• PROGRAMA ESPACIAL BRASILEIRO

• O INPE

• PROGRAMA SINO-BRASILEIRO DE RECURSOS TERRESTRES

• PROGRAMA MECB

• CICLO DE VIDA DE PROJETOS ESPACIAIS

1. Introdução

Comunicações

Meteorologia

Uso do Espaço

Sensoriamento Remoto

Adaptado de Yamaguti, W., Tecnologias Espaciais e Aplicações

Aplicações

http://collections.ic.gc.ca/satellites/english/gallery/pages/18.html

LOCALIZAÇÃO


Uso do Espaço

CIÊNCIA

CHANDRA, Raios-X


Uso do Espaço

http://mars.jpl.nasa.gov/mgs/images/highres.html

2. Órbitas

V

g


Elementos orbitais

Inclinação i

i = 0 i = 90 0<i<90 90<i<180

Equatorial Polar Direta Retrógrada

i = 25

i = 82


Ambiente Espacial

Ambiente Térmico

Plasma

Meteoritos

Sol

Radiação

Campo Gravitacional

Campo Magnético

Atmosfera

3. Ambiente Espacial


Atividade Solar

Tempestades Magnéticas


A interação do VENTO SOLAR com o campo magnético da

terra forma a MAGNETOSFERA

EJEÇÕES CORONAIS DE MASSA

são os principais fenômenos

transientes que perturbam

o VENTO SOLAR

O sol emite continuamente um fluxo

supersônico de plasma, o VENTO SOLAR.

Atividade Solar


• Temperatura de Equilíbrio depende de a (absortância), e e (emitância) do material

4

e

a

trans

solabseq

A

AT

Revestimento a e

Tequil em órbita

da Terra

Tinta

Branca 0.3 0.85 -58o C

Tinta Negra 0.9 0.9 6o C

Alumínio

polido 0.3 0.1 94o C

Ouro polido 0.3 0.03 223o C

: 1370 W/m2 Aabs: área de absorção de calor Atrans: área de transmissão de calor : Const. Boltzman =1.8E-8 W/m2K4

Ambiente Térmico


Detritos

• Mais de 9000 objetos < 10mm • Estatísticas para obj. < 3mm • Modelos (NASA)

http://sn-callisto.jsc.nasa.gov/orbital_debris.html

• Minimização do risco • Estimar probabilidade de choque • Incluir medidas preventivas no projeto

• Partículas, lascas de tinta, • partes de satélite • partes de estágios superiores


4. Segmento Espacial

Constituído por um ou mais Satélites em órbita (Constelação)

Cada Satélite é constituído por:

• Plataforma

• Carga Útil

Submetidos ao ambiente espacial

Controle de Atitude

Atuadores Sensores Gestão

de Bordo

Controle Térmico

Propulsão

Suprimento de Potência

TT&C

Estrutura

I/F Solo I/F Lançador I/F Carga Útil

Arquitetura de uma Plataforma

Subsistemas de um Satélite


Subsistema de Suprimento de Potência Funções: • geração de energia elétrica (geralmente através de painéis solares), • estocagem de energia em baterias, • condicionamento, conversão e regulação de potência, • distribuição da potência aos diversos equipamentos

Distribuição

Condicionamento

Armazenagem

Gerador Solar Equipamento 1

Equipamento 2

Equipamento n

Energia


Geradores Solares

No corpo Painel Fixo Painel Móvel

P

t

P P

t t

Geração de Potência Elétrica


Telecomunicações de Serviço (TT&C) Funções: •transmissão ao solo de informações de status do satélite (telemetrias), •recepção, decodificação e envio de telecomandos a bordo, •medidas de distância (“ranging”)

Comunicação


Controle de Atitude

Gradiente de Gravidade (1o - 5o)

Rotação (0.1o - 1o)

Três Eixos (0.01o - 1o)

Controle de Órbita e Atitude Funções: •Apontamento da Carga Útil e Painel Solar • Determinação da orientação, •Determinação e correção de órbita


Sensores: giroscópio

Medidas: velocidades angulares Precisão: 0.001 o/hora

Determinação de Atitude


Sensores: magnetômetro

campo magnético magnetômetro N

Terra

Medidas: direção do campo magnético Terrestre Precisão: 0.5o a 3o



medida do magnetômetro

medida do sensor solar

medida do sensor de estrelas




Atuadores: rodas de momento

Controle de Atitude


Atuadores: bobinas magnéticas

campo magnético da Terra

campo da bobina


Controle de Atitude

te

Atuadores: propulsores (“thrusters”)

posicionamento


Controle de Atitude

Função: • fornecer o impulso necessário às manobras de correção de órbita e atitude determinadas pelos dados providos pelo AOCS. • mono, bi-propelente

válvula hidrazina

thrusters

válvula H2

tanque

transdutor


Controle de Atitude

Objetivo: Manter cada equipamento funcionando dentro de seu intervalo de temperatura

Ex: Bateria, entre 0oC e 20oC

Tipos de Controle: • ATIVO: aquecedores, dutos de calor, persianas • PASSIVO: revestimentos, isoladores térmicos (MLI)

Controle Térmico

e 0.5 1.0

a

0.5

1.0 TINTAS NEGRAS

TINTASCINZA

TINTAS BRANCAS

METAIS COM ACABAMENTO EM JATO DE AREIA

TINTAS METÁLICAS

METAIS POLIDOS

METAIS NÃO POLIDOS

FILME DIELÉTRICO SOBRE METAL POLIDO

TINTAS NEGRAS SELETIVAS

Revestimentos


Controle Térmico

Massa: 115 kg

Dimensões: 1 m x 1 m

Potência: 80 W EOL

Estabilização: rotação

Orbita: circular 750 km

Inclinação: 25o( 14 orbitas por dia com 8 passagens sobre o Brasil )

SCD1 lançado em fevereiro/93

SCD2 lançamento em Outubro/98

SCD1, SCD2

Tempo de Vida Órbita Índice de Nacionalização Custo (MUS$) Velocidade de Rotação Carga Útil Experimental Orientação do Eixo de Rotação Probabilidade de Acesso ao Satélite

1 ano @ 75% de confiabilidade

25o circular a 750 km

73%

19

120 rpm a 0 rpm (sem controle)

Computador de Bordo e Experimento Célula Solar

variável

90%

2 anos @ 65% de confiabilidade

25o circular a 750 km

85%

11

34 rpm (controle ativo)

Roda de Reação e Experimento Célula Solar

sempre perpendicular ao Sol

100%

SCD-1 SCD-2

SCD1, SCD2

Massa Total: 1450 kg

Potência Gerada: 1100 W

Dimensões

Corpo: 1.8 x 2 x 2.2 m

Painel: 6.3 x 2.6 m

Órbita: Sol-Síncrono com inclinação de 98.504º

Altitude: 778 km

Estabilização: 3 eixos

TT&C: UHF e Banda S

Tempo de Vida: 2 anos

Carga Útil

Coleta de Dados: RX : 401,635 MHz 30 kHz

TX : 2267,52 MHz @EIRP 20 dBm 462,5 MHz @ EIRP 35 dBm

CCD: 0,51 a 0,73 m; 0,45 a 0,52m ; 0,52 a 0,59m ;

0,63 a 0,69m e 0,77 a 0,89m

IR-MSS: 0,50 a 1,10m ; 1,55 a 1,75m;

2,08 a 2,35m e 10,40 a 12,50m

WFI: 0,63 a 0,69m e 0,77 a 0,89 m

CBERS-2

5. Integração e Testes

SCD

CBERS

BRASILSAT


Integração e Testes

Integração e Testes: SCD

Compatibilidade Eletromagnética

Momento Magnético


Massa & Inércia

Spin &Balanceamento

Testes Ambientais

Vibração

MQ CBERS


Termo-Vácuo

SCD

CBERS


Testes Ambientais

6. Transporte e Lançamento

Integração ao VLS

Transporte e Lançamento





Inserção orbital


Segmento Solo Suporte ao Satélite e à Carga Útil

Retransmissão de Dados da Missão

Segmento Espacial Satélite

Usuário dos Dados

Req. de Comandos Dados de Missão

Telemetria Dados de Missão

Telecomando

7. Segmento Solo


SCD-1,SCD-2, CBERS-2

CENTRO DE CONTROLE DE

SATÉLITES

RECDAS

ALCÂNTARA

CUIABÁ

Segmento Solo


Centro de Controle de Satélites

Prédio do CCS

Sala de Controle Principal


Estação Terrena de Cuiabá


Centro de Controle Centro de Missão

TT&C

ERPI (Cuiabá)

X-Band S-Band

C-Band

C-Band

SATÉLITE GEO

Estação de Retransmissão

usuários

Seg. solo

Seg. espacial

8. Sistema Espacial


Elementos do Sistema

PAINÉL SOLAR

BATERIA

SUP. POTÊNCIA

COMUNICAÇÕES

ESTRUTURA

CONTR. TÉRMICO

GESTÃO DE

BORDO

CONTR. DE

ÓRBITA/ATITUDE

PLATAFORMA

EQUIPAMENTO 1

EQIUPAMENTO 2

SUBSISTEMA 1

SUBSISTEMA 2

CARGA ÚTIL

SEG. ESPACIAL

(SATÉLITE)

CENTRO DE

CONTROLE

CENTRO DE

MISSÃO

ESTAÇÕES

TERRENAS

SEG. SOLO SEG.

LANÇADOR

EQUIP. DE

PROCESSAMENTO

EQUIP. DE

RECEPÇÃO

SEG.

USUÁRIO

SISTEMA

Definição do Sistema Obj. Missão

Construção/ Fabricação/ Integração

Lançamento e Operação do

Sistema

Ciclo de Vida

FASE 0 FASE A FASE B FASE C FASE E FASE D

sistema

Sub-sist.

Equip.

satélite

Concepção Espec. Funcional

Espec. Funcional

Projeto Preliminar

Projeto Preliminar

Projeto Preliminar

Projeto Preliminar

Projeto Detalhado

Projeto Detalhado

Projeto Detalhado

Projeto Detalhado Fabricação e

Testes



Lançamento e Operação


Fase Descrição Atividades Revisões de Projeto

0 Definição da missão Especificação da Missão RCM

A Estudos de viabilidade Especificações funcionais RCS

B Definição preliminar Especificações finais

Protótipos

PDR

C Definição detalhada Projeto detalhado

Dossiers de fabricação

CDR

D Execução Construção e

qualificação dos

componentes do

sistema

HDR

RQ1 (equipamentos)

RQ2 (sistema)

Fabricação e aceitação

do modelo de vôo

RAE

RAV

E Operação do sistema Lançamento e operação

Fases do Projeto

9. Programa Nacional de Atividades Espaciais

Aplicações Espaciais

Satélites e Cargas Úteis

Infra-estrutura Espacial

Veículos Lançadores


http://www.inpe.br/programas/mecb/Port/Default.htm

Imagem setorizada feita por satélite meteorológico

Índice de vegetação



Área coberta pelo projeto: ~ 5.000.000 km2

• Objetivos • Estimar a extensão do desflorestamento bruto da

Amazônia brasileira.

• Estimar a taxa anual do desflorestamento bruto.

• Atualizar um banco de dados digital.

• Identificar os incrementos de desflorestamento.

• • Por tipo de vegetação.

• • Por classe de tamanho.



Satélite em Orbita Imageamento

Estação de Recepção

Produtos


• Sistema de Coleta de Dados

• Sensoriamento Remoto

10. Exemplos de Aplicações Espaciais

Sistema de Coleta de Dados

Principais aplicações: • Monitoração de Bacias Hidrológicas • Obtenção de dados meteorológicos para previsão de tempo • Química da Atmosfera • Oceanografia

•Plataformas de Coleta de Dados (PCD):

•Mais de 700

•Satélites:

• SCD-1, SCD-2 and CBERS-2

CBERS

SCD2

SCD1

Órbita dos satélites SCD-1, SCD-2 e CBERS-2

SCD-1, SCD-2, CBERS-2

RECDAS

ALCÂNTARA

CUIABÁ

INTERNET

CENTRO DE MISSÃO COLETA DE DADOS

Segmento Solo Coleta de Dados

Centro de Missão Coleta de Dados


Plataformas de Coleta de Dados

Áreas de Cobertura das Estações de Recepção a 5 graus

Satélites de Observação da Terra

Principais aplicações:

Monitoramento do desflorestamento

Detecção de queimadas

Vigilância de atividades ilegais

Manejo de safras agrícolas

Recursos hídricos

Satélites:

CBERS1, CBERS2, SSR1, SSR2

Sensores


Principais Aplicações das Faixas Espectrais

CANAL FAIXA ESPECTRAL

(m)

PRINCIPAIS APLICAÇÕES

1

0,45 – 0,52

Mapeamento de águas costeiras

Diferenciação entre solo e vegetação

Diferenciação entre vegetação caníferas e decídua

2 0,52 – 0,60 Reflectância de vegetação verde sadia

3 0,63 – 0,69 Absorção da clorofila

Diferenciação de espécies vegetais

4 0,76 – 0,90 Levantamento de biomassa

Delineamento de corpos d’água

5 1,55 – 1,75 Medidas de umidade de vegetação

Diferenciação entre nuvens e neve

6 10,4 –12,5 Mapeamento de estresse térmico em plantas

Outros mapeamentos térmicos

7 2,08 – 2,35 Mapeamento hidrotermal

• Visão geral das atividades espaciais no Brasil

• Características de um projeto espacial da concepção à operação

11. Considerações Finais

CBERS

SCD

BRASILSAT

Compatibilidade Electromagnética

Momento Magnético

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