Um framework para validação automática de modelos aplicado ao subsistema de energia de um picossatélite

• Ano de defesa: 2015
• Autor(a) principal: Italo Pinto Rodrigues
• Orientador(a): Ana Maria Ambrosio
• Banca de defesa: Walter Abrahão dos Santos, Eliane Martins
• 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 Space Engineering is witnessing the advance of miniaturized satellites, especially the pico and nanossatélites, since these satellites classes enable the fast development with low cost project, serving a range of different applications such as: scientific and educational. The growing demand for nanosatellites drives the need for a welldefined verification process in order to ensure that the project meets its requirements and specifications. Statistics show that only 46\% of pico and nanosatellite launched between 2000 and 2015 have been successful. One of the critical systems, which is directly linked to the success of a mission is the power supply subsystem. Due to their construction, the electrical power supply subsystem shows failures related to energy maintenance, due to the limited area of the solar panels and small batteries. In Space Engineering, verification and validation activities are supported by simulations at differents life cycle phases that allow anticipating problems. The Simulators provide synthetic environment to test systems and that can be composed of virtual models and/or physical models. Due to the deficiency of methods and procedures necessary to increase the number of pico and nanosatellites missions, this dissertation proposes a framework for requirements verification and model validation combining simulations and automated tests. The framework provides three setup tests possibilities: only virtual models, virtual models with physical interface model and hardware-inthe- loop. The framework still covers: (i) definition of rules for modeling, providing reuse, (ii) combination of models and test functions, allowing test repeatability and (iii) execution of simulation and testing with automated results collection. As a case study we used the electrical power subsystem of Tancredo 1, a Brazilian picosatellite in development with INPEs support. The developed computer programs, subsystem models, requirements, test cases, and execution results are illustrated with the application of the framework to real case.
• Link de acesso: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21b/2016/01.05.13.10

A Engenharia Espacial vem presenciando o avanço de satélites miniaturizados, principalmente os pico e nanossatélites, uma vez que, essas classes de satélites permitem o desenvolvimento rápido e com baixo custo de projeto e atende a uma gama de diferentes aplicações científicas e educacionais. A demanda crescente de nanossatélites impulsiona a necessidade de um processo de verificação bem definido, de modo a garantir que o projeto atenda às especificações. Estatísticas mostram que apenas 46\% dos pico e nanossatélites lançados entre 2000 e 2015 tiveram sucesso. Um dos sistemas críticos, que está diretamente ligado ao sucesso de uma missão é o subsistema de energia elétrica. Devido a suas características construtivas, este subsistema apresenta falhas relacionadas à manutenção da energia, por causa do limite da área dos painéis solares e do tamanho da bateria. Na Engenharia Espacial, as atividades de verificação e validação são apoiadas pelas simulações realizadas nas diferentes fases do ciclo de vida que permitem antecipação de problemas. Os simuladores proporcionam aos sistemas em teste um ambiente sintético podendo ser compostos com modelos virtuais e/ou com modelos físicos. Dada a carência de métodos e procedimentos necessários para aumentar o número de missões de pico e nanossatélite bem sucedidas, esta dissertação propõe um framework para verificação de requisitos e validação de modelos, combinando simulações com execução automática de testes. O framework prevê três configurações para a execução de testes funcionais, uma configuração com modelos puramente virtuais, outra com modelos virtuais com modelo de interface física e uma configuração com hardware-in-the-loop. O framework cobre ainda: (i) definição de regras para criação de modelos proporcionando reutilização dos mesmos, (ii) combinação dos modelos com funções de teste, facilitando a repetibilidade dos testes, e (iii) execução de simulação e testes com captura automática dos resultados. Como estudo de caso utilizou-se o subsistema de energia elétrica do Tancredo 1, um picossatélite brasileiro em desenvolvimento com apoio do INPE. Os programas de computador desenvolvidos, os modelos do subsistema, os requisitos e casos de teste, bem como os resultados da simulação e dos testes são ilustrados com a aplicação do framework para um caso real.