Thread by @mariusmonton

Com es fa un nanosatèl·lit? Va, fem un fil explicant-ho una mica tot.

Jo he portat els projectes d'#enxaneta i #menut des de la redacció dels plecs tècnics de la licitació fins ara (encara son projectes vius).

Per redactar els plecs tècnics de la licitació vem recollir requeriments de diferents actors, incloent-hi Generalitat de Catalunya, Institut Cartogràfic i Geològic de Catalunya i i2Cat.

Avui parlaré del #menut, que és el que llençarem ara i de l'#enxaneta ja se n'ha parlat molt.

Així que en el cas del #menut, vem pensar a demanar un satèl·lit que fos complementari als grans satèl·lits que formen el programa Sentinel de la ESA. sentinels.copernicus.eu/web/sentinel/h…

Que son molts bons, tenen molta qualitat i molta resolució, però tenim poques visites a sobre Catalunya.

I no podem triar què veure quan passen.

Es van demanar característiques similars a Sentinel pel que fa les bandes espectrals (els colors de la càmera), cada quan ha de passar el satèl·lit per fer fotos a Catalunya, etc.

I es va publicar la licitació.

Que va guanyar l'empresa @Open_Cosmos.

En el plec de condicions també vem posar les fites a acomplir i la data màxima de cada una. De la 1 a la 6. Ara hi anem!

Les fites que es fan servir en temes d'#espai estan força estandaritzades. Vem agafar les de la ESA: sci.esa.int/documents/3492…

La primera fita és la MRR (Mission Requeriments Review), on l'empresa llista tots els requeriments que tindrà en compte a les següents fases. Aquests requeriments han de complir el que nosaltres volem que faci el satèl·lit, i serviran de guia per la resta del projecte.

Aquesta fita és "paper-work" i prou, encara no hi ha cap desenvolupament.

Acaba sent un document d'unes desenes de pàgines amb cada requeriment enumerat i etiquetat, i explicat d'on surt i perquè.

Serveix perque tothom tingui clar l'objectiu i què s'espera del projecte.

La següent fita és PDR (Preliminary Design Review) on l'empresa presenta un disseny prelminar de tot el projecte, incloent el disseny del satèl·lit en si, les comunicacions que caldran, com s'operarà el satèl·lit, tot el SW que hi haurà a la terra, etc.

Aquí l'empresa utilitza tots els seus recursos: coneixement previ, proveïdors, simulacions, etc. per obtenir dades fidedignes i poder-se assegurar que es compliran els requeriments de la fita anterior.

En el #newspace es fan servir components ja fets i comprovats de proveïdors. Les empreses que fabriquen satèl·lits, com ara OpenCosmos, compra certes parts i se'n desenvolupa de pròpies si ho considera pertinent.

En aquesta fase de disseny ja es fa una primera tria de components segons les característiques, temps d'entrega (que poden ser de mesos!), costos, experiència prèvia, etc.

Tot això es presenta a aquesta fita (PDR) en documents amb titols com: "Mission Design Definition", "Mission Concept of Operations" o "Thermal Control System Design & Analysis".

Aquí podem tenir 200 pàgines de documents.

I ara arriba una fita molt important (totes ho son, però aquesta és clau). Se li diu CDR (Critical Design Review).

Aquí l'empresa ja ha definit tots i cada un dels mòduls que farà servir, com els connectarà, com els farà funcionar, etc.

També tots els tests que farà per assegurar-se que tot el conjunt farà el que ha de fer, que podrà funcionar a l'espai prou de temps i que superarà el llençament dalt un coet.

Ja pot donar valors realístes de prestacions: resolució de les imatges, energia consumida, nivells de bateries, quantitat de dades, temps de passada, òrbita triada, etc.

Aqui doncs, si es dona l'OK, l'empresa comprarà totes les parts i començarà l'assemblatge.

Aquí ja anem a més de 300 pàgines i documents amb titols com: "Mission Concept of Operation", "Mission Design Definition", "Mission Design Justification", "Space Debris Mitigation Report", "Thermal Control System Design & Analysis", etc.

I ara si que ve el mambo!

L'empresa començarà a muntar el satèl·lit, normalment amb un "flat-sat": mòduls interconectats entre si però encara no fixats a cap estructura.
D'aquesta manera els equips poden treballar més comodament i sobre cada part per separat.

Perquè pot ser que alguna part sigui nova per l'empresa i calgui desenvolupar tot de SW per controlar-la, o algun mòdul calgui un desenvolupament especial.

Aquí ja es treballa dins d'una sala blanca. Una sala estil quiròfan, amb un ambient controlat (temperatura i humitat) i filtres d'aire per treure el màxim de partícules de l'aire.

Dins s'hi treballa amb bates, guants, gorros, mascaretes, peucs, etc. És força incòmode i tediós.

A una sala blanca hi entra poca gent i quanta menys millor per mantenir-ho tot net.

Tot el material que anirà al satèl·lit ja no sortirà mai més d'una fins que no arribi a l'espai.

Un equip de gent hi treballa totes les hores, connectant, provant, etc. les parts del satèl·lit

Així que força treball es fa en remot, connectant-se a les parts que calgui. etc.

Ara cal parlar una mica de les parts d'un satèl·lit. Ens centrarem en les que necessita #Menut

Primer cal un ordinador de bord (OBC per On Board Computer). Aquest ordinador correrà el SW principal i coordinarà la resta de mòduls.

La potència d'aquets OBC podem dir (no entraré en detalls) que és similar a una RasberryPi, pq alguns us feu una idea de la potència.

I per què no posar ordinadors més potents? Doncs perquè tampoc tenim molta energia allà dalt, si la part s'escalfa massa sense atmosfera no es pot dissipar gaire calor, etc.

Així que es busca un compromís, i ara mateix la tecnologia està per aquest tipus de processadors.

També cal tota una part per donar alimentació elèctrica.. Aquí hi tenim la EPS (Electrical Power System) que és un petit ordinador especialitzat en alimentar cada sistema segons li demanin. També s'encarregarà de carregar les bateries i comprovar-ne l'estat.

Per donar energia elèctrica a tot plegat es fan servir cel·lu solars que recobrirant l'exterior del satèl·lit.
En el cas de #menut, tenim 2 "ales" extensibles per augmentar la quantitat de cel·les.
Aquestes "ales" van plegades a l'enrairament i s'obriran un cop a l'espai.

També cal tot un sistema de comunicacions per ràdio per poder enviar-li comandes i rebre'n dades i telemetria.
La majoria de nanosatèl·lits fan servir banda S, que està pels 2.3 GHz.

I clar, en el cas de #menut que ha d'agafar imatges de la terra, cal posar-hi una càmera i una òptica, que no deixa de ser un petit telescopi.

Aquestes càmeres son força especials, acostumen a ser una sola línia de píxels que va escanejant la superfície.

En aquest cas, la càmera te diferents linies, cada una sensible a un color diferent, no només RGB. Això permet obtenir informació extra del que està veient i no només fotos boniques.

I cal poder apuntar la càmera, així que cal tot un sistema de control d'actitut que en diuen.

Això s'aconsegueix amb "magneto-torques" i "reaction wheels", dos dispositius de natura i física diferent que permeten rotar el satèl·lit en els 3 eixos i estabilitzar-lo.

Perquè cal que el satèl·lit es quedi estable per:
Apuntar els panels solars cap al sol per carregar bateries, apuntar la antena cap a l'estació base a la terra per comunicar-se, apuntar la càmera cap a terra per agafar imatges, etc.

També ens cal algun sistema per saber on està exactament el satèl·lit. Això es fa amb GNSS (GPS,Glonass, etc.) i star trackers.

GNSS (GPS) tots sabeu el que és.
Star tracker és un petit telescopi que segons les estrelles que veu pot saber cap on està mirant.

També es poden posar sensors magnètics per tenir una mena de bruixola en 3 dimensions.
Per augmentar la redundància (ara en parlarem) es poden afegir sensors d'horitzó que poden distinguir la terra.

I he dit redundància! Perquè a l'espai l'electrònica rep radiació que l'afecta: pot provocar que algun aparell deixi de funcionar, funcioni malament, es reinicii, etc.
I per això, de certes parts crítiques se'n poden posar més d'una i de dues.

Depèn de molts factors què es posa redundant: preu, criticitat, etc.

P. Exemple: no te sentit replicar la càmera quan és especial per espai i ja s'hi ha provat i és caríssima. Però pot tenir sentit afegir un segon receptor de GPS que tenen un preu raonable.

Per on anavem? parts del satèl·lit!

Fixeu-vos que casi cada part porta alguna mena de CPU o microcontrolador, i totes es comuniquen entre elles o cap a l'OBC.

Un bus habitual per aquetes comunicacions és el CAN, que ve de l'automoció i funciona prou be a l'espai.

I després d'uns quants mesos de desenvolupament, testos unitaris, funcionals i d'integració de les parts, es comença a muntar el satèl·lit en si.

No se si us heu fixat,però els nanosatèl·lits son petits (#menut fa 30x20x10 cm) i s'han de ficar moltes coses, així que hi ha un bon lio de cables, connectors, etc.

Normalment a cada pas es torna a testejar les parts ja muntades, per comprovar que tot segueix bé i no s'ha malmés res.

Una feinada!

I arriba un dia en que més o menys està tot integrat i plenament funcional.

Ara toca passar els tests. Parlo dels tests diferenciadors que es fan per espai, que son de dos tipus: climàtics i de vibracions.

Els primers simulen temperatura i buit de l'espai. Serveixen per posar l'electrònica en les condicions extremes de temperatura i buit i comprovar que segueix funcionant tot bé.

Calen càmeres de buit amb control acurat de la temperatura, on es programa el perfil de temperatura que es vol provar (per exemple, de -30 ºC a +60ºC) i es van fent test de tota l'electrònica periòdicament per anar comprovant que tot va be.

És clar que tots els components han de seguir funcionant a les temperatures que s'han previst que estarà el satèl·lit un cop estigui en òrbita.

Això se sap de simulacions tèrmiques i d'òrbita (per saber la quantitat de llum solar que l'escalfarà) i de l'estructura, etc.

L'altre test a superar és del vibracions.

Aquí cal comprovar que tot el satèl·lit suportarà sense problemes les vibracions brutals a les que estarà sotmés durant el llençament.

Els fabricants dels llençadors (li en diem llençadors als coets) donen els perfils de cada model (quines vibracions, intensitat, freqüències, etc.).

Així si sabem que llençarem amb un Falcon 9 d'SpaceX podem fer els test de vibracions d'aquest llençador en concret.

Perquè en aquest punt ja s'hauria de saber amb quin llençador es posarà en òrbita el satèl·lit.

Dependrà altre cop de múltiples factors: contactes o convenis previs, preu, dates lliures, òrbites disponibles, etc.

Perquè els nanosatèl·lits no poden triar gaire, normalment s'aprofiten llençaments de satèl·lits grans i pesats per posar-hi els petits.
I és clar que el gran (que paga molt més) decideix tots els paràmetres i la resta s'hi han d'adaptar.

Al final el #menut es llença en una missió on tots els "passatgers" són nano-satèl·lits, el coet anirà deixant anar cada un per separat. Aquí explica la seqüència de llançament: spacex.com/launches/missi…

Amb tots aquests tests passats, ja podem anar a la següent fita: FRR (Flight Readiness Review).

En aquesta fita s'avalua tota la feina que us acabo d'explicar, tots els tests que s'han fet, calibracions fetes, etc.

Si tot va bé, es dona el vist-i-plau de cara al llançament.

Si fins ara la documentació eren moltes pàgines, ara tenim documents per avorrir. ens podem anar a les 500 pàgines o més.

També s'inclou un document força important, on es recuperen els requeriments originals i es comprova que estiguin tots coberts pel disseny actual.

I si tot està be, doncs ja està!

NO!!! Hem arribar a una fita molt important, i el satèl·lit està assemblat i és funcional i farà tot el que ha de fer.

Però encara falta: posar-lo en òrbita, posar a punt tot el sistema per controlar-lo i rebre'n dades a la terra, etc.

El satèl·lit està acabat i a punt per enviar cap a l'integrador,
que agrega els diferents nanosatèl·lits i els prepara per acoblar al coet i alliberar-los quan toca.
I és aquí on estem ara amb el #menut. Ara mateix està muntat amb la resta de companys de viatge esperant.

Un cop enllestit el llençament i quan ja estigui lliure a ll'espai, el #menut comença un compte enrera abans d'engegar-se i començar a estabilitzar-se i comunicar-se amb la terra.

Si tot va bé els operadors a terra rebran les primeres dades pocs minuts després de llançament i començarà la fase de LEOP (Launch and Early Orbit Phase) on es proven les parts més importants i es fan coses com desplegar els panels solars, etc.

Aqusta fase por durar uns quants dies i llavors es passa a les fase de comissionat, on ja començarem a agafar imatges, calibrar-les, etc. I comprovar q tot funciona com estava previst.

Llavors ja passarà a fase d'operacions normal, on el #menut ja farà la seva feina de forma rutinària, prenent imatges sobre Catalunya i enviant-les cap a terra..

Ja veieu que fer un satèl·lit porta feina, encara que sigui petitó: hi ha enginyers i tècnics d'especialitats molt diverses (mecànics, electrònics, telecos, aeronàutics, informàtics) treballant conjuntament.

I fins aquí el fil...

I bé, aquesta és la meva experiència durant aquests dos anys de gestionar des de l'@IEEC_space aquest #menut.

I si hi ha cap error és cosa meva, que soc una mica tenoca.

Gràcies per arribar fins aquí!