Injeção de falhas em testes de integração de subsistemas aplicada a nanossatélites

• Ano de defesa: 2019
• Autor(a) principal: Carlos Leandro Gomes Batista
• Orientador(a): Maria de Fátima Mattiello Francisco
• Banca de defesa: Ronaldo Arias, Emília Villani
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Instituição de defesa: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
• Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação do INPE em Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais
• País: BR
• Resumo em Inglês: The short development time and low cost of nanosatellite missions using CubeSat standard has motivated the increasing number of launches of these objects to the space during the last decade around the world. But, velocity and low budgets do not represent success on space missions. Lack on good design, assembly and tests practices have been pointed as one of the great causes for active failures on nanosatellite missions. Efforts on the use of efficient verification and validation techniques are needed. Faulty beahavior of these systems are expected as the nanosatellite missions applications grows to qualify new technologies in orbit. Such malfuction shall not represent a risk to the whole mission. Robustness is an important propriety of reactive critical systems and not properly exploited in CubeSat standardization. Behavior aspects of the communicating subsystems on the use of their interfaces shall be verified. The test systematization of CubeSat-based nanosatellites supported by proper tools is necessary to reduce the mission development cycle in terms of the time consumed by the verification and validation activities. In this work we present a failure emulator mechanism framework, named FEM, for robustness testing of interoperable software-intensive subsystems onboard nanosatellite. FEM acts in the communication channel being part of the integration test workbench in two phases of nanosatellite design: (i) robustness requirement specification using model in the loop (MIL) and (ii) robustness validation using hardware in the loop (HIL). The architectural aspects of the proposed FEM framework support its instantiation to any communication channel of the CubeSat standard. As an example, FEM prototype was instantiated to I2C communication channel to support NanosatC-BR2 testing. NanosatC-BR2 is a Cubesat based scientific mission, under development and integration at Brazilian Institute for Space Research (INPE), which uses I2C communication channel for its payloads interactions with the On-Board Data Handling computer subsystem (OBC). FEM prototype was used to support OBC integration testing with each payload subsystem at MIL scenario aiming at anticipating the robustness requirement verification on the development lifecycle.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/01.16.14.41

O tempo curto de desenvolvimento e o baixo custo das missões de nanossatélites com o uso do padrão CubeSat tem motivado o crescimento do número de lançamentos desses objetos ao espaço na última década ao redor do mundo. No entanto, rapidez e pequenos orçamentos não são garantia de sucesso de missão espacial. Deficiências na adoção das boas práticas de projeto, montagem e testes têm sido apontadas como uma das grandes causas para as ativas falhas nas missões com nanossatélites. Esforços no uso de técnicas eficientes de verificação e validação são necessárias. Dado a crescente aplicação de missões de nanossatélites para qualificação de novas tecnologias em órbita, comportamentos errôneos desses subsistemas são esperados. Porém, tal mal funcionamento não pode representar um risco para a missão como um todo. Robustez é uma propriedade importante de um sistema crítico reativo e não propriamente explorado no padrão CubeSats. Aspectos de comportamento entre os subsistemas comunicantes devem ser verificados. A sistematização de testes para nanossatélites baseados no padrão CubeSat deve ser apoiada por ferramentas compatíveis de modo a reduzir o tempo de desenvolvimento no que diz respeito ao tempo consumido nas atividades de verificação e validação. Neste trabalho é apresentado o framework de um Mecanismo Emulador de Defeitos, FEM, para testes de robustez de subsistemas intensivos em software interoperantes a bordo de um nanossatélite. O FEM atua no canal de comunicação sendo parte da bancada de testes de integração em duas fases do projeto do nanossatélite: (i) especificação dos requisitos de robustez utilizando model in the loop, MIL e (ii) validação da robustez utilizando hardware in the loop, HIL. Os aspectos arquiteturais do FEM apoiam sua instanciação para qualquer canal de comunicação presente no padrão CubeSat. Como exemplo, o FEM foi instanciado para o canal de comunicação I2C para apoiar os testes realizados no NanoSatC-BR2. O NanoSatC-BR2 é uma missão científica baseada em um CubeSat em desenvolvimento e integração no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, INPE, que utiliza o canal de comunicação I2C para a interação entre as cargas úteis e o subsistema do computador de bordo (OBC). Este protótipo do FEM foi utilizado para apoiar aos testes de integração do OBC com cada carga útil em um cenário MIL visando a antecipação de requisitos de robustez durante o ciclo de desenvolvimento do nanossatélite.