Análise de Missão

     

1. Introdução

A análise de missão é umas das primeiras atividades a serem executadas e tem o objetivo de analisar a viabilidade e exequibilidade da missão. Na análise de missão, alguns dos aspectos observados são:

  • Identificação dos requisitos dos usuário e restrições da missão;
  • Definição das políticas de gerenciamento do projeto;
  • Determinação da arquitetura da missão;
  • Análise de risco e identificação dos caminhos críticos;
  • Estimativa de tempo de vida e atendimento ao código de conduta de mitigação de detritos espaciais;
  • Estimativa de tempo de contato e capacidade de downlink;
  • Estimativa de geração de energia e consumo do satélite;
  • Definição dos modos de operação;

2. Identificação dos requisitos dos usuários e restrições da missão

Nesta etapa são definidos os requisitos da missão e as restrições que devem ser consideradas no projeto. Além desses dois parâmetros, outro que deve ser considerado é o que se chama de system drivers, que são informações que de alguma forma criam restrições ou impactos no projeto. Para o gerenciamento dos requisitos da missão e suas restrições está sendo utilizada a linguagem SysML (System Modeling Language) que é uma linguagem de modelagem de propósito geral para aplicação em engenharia de sistemas. Esta linguagem por modelos permite estabelecer e descrever a relação entre hardware, software e usuários. A utilização desta linguagem permite realizar de maneira visual o rastreamento de requisitos e descrever o sistema desde seus requisitos de mais alto nível até os de baixo nível, que culminam na especificação de um componente ou de uma função, por exemplo. Outro aspecto interessante é que a modelagem permite verificar o impacto de uma alteração de um requisito ou equipamento no sistema. A Figura 1 mostra o diagrama de requisitos de missão do satélite ITASAT-1.

 

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Figura 1 - Diagrama de requisitos de missão do satélite ITASAT-1 (Clique para expandir)

 

3. Definição das políticas de gerenciamento do projeto

A Figura 2 apresenta a estrutura de divisão de trabalho do satélite ITASAT-1. A estrutura de divisão de trabalho define o que será feito em cada fase do projeto e com ele consegue-se estabelecer marcos para entrega de produtos e revisões de projeto.

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Figura 2 -Estrutura de Divisão de Trabalho do satélite ITASAT-1 (Clique para expandir)

 

Atualmente, o projeto se encontra na fase de finalização da Work Package 2 (WP2) e se prepara para iniciar a Work Package 3 (WP3).

4. Determinação da arquitetura da missão

A definição da arquitetura da missão compreende determinar o segmento solo e o segmento espacial. O segmento solo comumente é subdividido em sistemas, tais como: Operação da missão, Operação das cargas úteis, estações terrestres e sistema de comunicação terrestre. Para o satélite ITASAT-1 a operação da missão consiste nas atividades de:

  • Preparação da operação;
  • Realização de simulações;
  • Planejamento da missão;
  • Monitoramento e controle;
  • Manutenção e gerenciamento do software de bordo;
  • Arquivamento dos dados;
  • Análise e relato de desempenho;
  • Manutenção do sistema.

O segmento de operação das cargas úteis consiste em:

  • Análise de operação das cargas úteis;
  • Preparação de operação das cargas úteis;
  • Realização de simulações;
  • Controle de operação das cargas úteis;
  • Arquivamento dos dados;
  • Manutenção do sistema.

O sistema de estações terrestres e comunicação consistem em:

  • Recepção de telemetrias, armazenamento e distribuição;
  • Transmissão de telecomandos;
  • Rastreio e correção do efeito doppler;
  • Agendamento de rastreio;
  • Controle e monitoramento da estação;
  • Manutenção do sistema.

Para o satélite ITASAT-1 estão sendo consideradas como estações de rastreio:

  • Estação ITA;
  • Estação Santa Maria;
  • Estação Poli;
  • Comunidade de rádio amador.

Para o satélite ITASAT-1 estão sendo consideradas como estações de comando e centro de controle e operações:

  • Estação ITA
  • Estação Santa Maria (backup)

O Segmento Espacial, que é o próprio satélite, por sua vez, também é subdivido em diversos subsistemas. No caso do ITASAT, os principais subsistemas são apresentados na Figura 3.

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Figura 3 - Arquitetura do satélite ITASAT-1 (Clique para expandir)

 

5. Definição da órbita e principais parâmetros orbitais

A órbita define muitas características da missão, tais como o período orbital, janelas de contato com o segmento solo, perfil de geração de energia e perfil de operação das cargas úteis. Nos vídeos abaixo, mostra-se uma simulação feita no software STK (versão gratuita) que mostra como seria a passagem do ITASAT-1 em uma órbita polar (vídeo 1 - inclinação elevada de 98º) e outra em uma órbita equatorial (vídeo 2 - com inclinação baixa de 23º). Nestas simulações pode-se verificar a influência da órbita do satélite na janela de contato com o segmento solo. Considerando uma altitude de aproximadamente 600 km, verifica-se que, em uma órbita com baixa inclinação, todas as passagens podem ser utilizadas para comunicação com o satélite (cerca de 14 passagens diárias). Entretanto, para uma órbita com inclinação elevada, o número de passagens cai para 3 a 4 por dia.(Video 1 - Simulação de órbita considerando uma altitude de 650 km e inclinação de 98º)O tempo de vida da missão determina a altitude mínima em que o satélite deve ser lançado, tendo em vista que o efeito do arrasto, ciclos solares e outros fatores faz com que haja um decaimento natural do satélite ao longo do tempo. Já o tempo máximo que um objeto pode ficar orbitando ao redor da Terra deve seguir o código de conduta para mitigação de detritos espaciais, que estabelece que em um prazo de 25 anos após o término da vida útil do objeto o mesmo deve ter um descarte adequado, no qual pode-se considerar: a) queima do objeto na reentrada da atmosfera terrestre e b) deslocamento do satélite para uma órbita distante.

  • utilização da relação área/massa para realizar o decaimento natural do satélite e queima na reentrada
  • utilização de dispositivos de abertura que aumentam a área do satélite para acelerar o decaimento natural e queima na reentrada
  • utilização de propulsores para acelerar o decaimento e queima na reentrada ou conduzir o satélite para órbitas distantes

No caso do satélite ITASAT-1 o descarte do satélite será feito utilizando a relação área/massa para realizar o decaimento natural. Considerando uma relação área por massa de 0.01 m2/kg, e utilizando o software DAS 2.0, a análise de decaimento que determina a altitude mínima que o satélite deve ser lançado para atender a vida útil de 1 ano é apresentado na figura 4 (altitude de 420 km, decaimento em 1 ano e dois meses aproximadamente).

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Figura 4 - Análise de decaimento para determinar a altutude mínima para o satélite ITASAT-1 (Clique para expandir)

 

Considerando a mesma relação área por massa de 0.01 m2/kg e utilizando o mesmo software (DAS 2.0), a análise de decaimento que determina a altitude máxima que o satélite dever ser lançado para reentrar na atmosfera dentro do prazo de 25 anos é apresentado na figura 5 (altitude de 600 km, decaimento e cerca de 17 anos).

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FIgura 5 - Análise de decaimento para determinar a altitude máxima para o satélite ITASAT-1 (Clique para expandir)