Simulação do comportamento térmico de satélites em tempo real com uso de redes neurais artificiais

• Ano de defesa: 2018
• Autor(a) principal: José Daniel Reis Junior
• Orientador(a): Fabiano Luis de Sousa, Ana Maria Ambrosio
• Banca de defesa: Fernando Manuel Ramos, Marcos Gonçalves Quiles, Ezio Castejon Garcia, Paulo Marcelo Tasinaffo
• Tipo de documento: Tese
• 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: Artificial Satellite Operational Simulators are software systems used primarily to support operating activities, train operators, test the control system, and allow the assessment of normal and adverse operational procedures prior to the execution of these on the actual satellite. To achieve these requirements, such simulators must run in real time, generating responses at the same time and with the same content, as if they were the real satellite in Earths orbit. Among the several models that compose an Operational Simulator, the thermal model is one of those that presents the higher computational cost, since the traditional approach of thermal analysis requires the solution of a great quantity of differential equations to determine the distribution of temperatures inside the satellite in function of the space environment and the state of operation of the equipment that compose the satellite. In order to simulate the thermal behavior of satellites in real time, generating real temperature values, it was proposed the use of Artificial Neural Networks, due to its ability to learn relationships between input and output data sets, and to generalize from the acquired knowledge. Throughout the research, the application of different architectures and neural network training algorithms was investigated and the effects of scale in the studied system were evaluated. The results, obtained for both a CubeSat and a medium-sized satellite, the Amazonia-1, showed the potential and adequacy of the use of Neural Networks to simulate the thermal behavior of satellites in real time with high fidelity, corroborating the feasibility of its use as a thermal model for an Operational Satellite Simulator.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/01.02.18.25

Simuladores Operacionais de Satélites Artificiais são sistemas em software utilizados principalmente para apoiar as atividades de operação, treinar os operadores, testar o sistema de controle, além de permitir avaliar procedimentos operacionais normais e adversos, antes da execução destes no satélite real. Para atingir esses requisitos, tais Simuladores devem ser executados em tempo real, gerando respostas no mesmo tempo e com o mesmo conteúdo, como se fossem os próprios satélites em órbita da Terra. Dentre os diversos modelos que compõem um Simulador Operacional, o modelo térmico é um dos que apresenta maior custo computacional, pois a abordagem tradicional de análise térmica requer a solução de uma grande quantidade de equações diferenciais para determinar a distribuição de temperaturas no interior do satélite em função do ambiente espacial e do estado de funcionamento dos equipamentos que compõem o satélite. Com o objetivo de simular o comportamento térmico de satélites em tempo real, gerando valores de temperatura reais, foi proposta a utilização de Redes Neurais Artificiais, devido à sua faculdade de aprender relações entre conjuntos de dados de entrada e saída, e de generalizar a partir do conhecimento adquirido. Ao longo da pesquisa, foi investigada a aplicação de diferentes arquiteturas e algoritmos de treinamento de redes neurais e foram avaliados os efeitos de escala no sistema estudado. Os resultados, obtidos tanto para um CubeSat como para um satélite de médio porte, o Amazonia-1, evidenciaram o potencial e a adequação do uso de Redes Neurais para simular o comportamento térmico de satélites em tempo real com elevada fidelidade, corroborando a viabilidade da sua utilização como modelo térmico para um Simulador Operacional de Satélites.