CHEOPS avanza con las pruebas del hardware de vuelo con código de control de la misión

10 enero 2018

Una vez madurados los modelos de vuelo para la nave y el telescopio de CHEOPS, ya se pueden realizar ensayos clave con hardware en lugar de simulaciones. El último de estos ensayos consistió en operar la carga útil con el Sistema de Control de la Misión para probar y validar las secuencias de comando operativas reales. 

En el campo de la ingeniería espacial, no todo lo esencial llama la atención. Cuando la ausencia de un signo menos en una línea de software puede tener consecuencias irreparables, los ingenieros de sistemas tienen que ser meticulosos. Un equipo de ingenieros de CHEOPS ha trabajado con tesón para garantizar la perfecta integración de un complejo conjunto de subsistemas que ofrecerá datos científicos de gran valor.

En septiembre se dio un nuevo paso en el camino hacia el lanzamiento: la plataforma de la nave de CHEOPS comenzó a retransmitir instrucciones a un modelo del instrumento científico en la sede de Airbus Defence and Space España. Mientras en Berna (Suiza), a más de mil kilómetros, se construía el modelo de vuelo del instrumento, en Madrid se llevaban a cabo los ensayos para su integración con la plataforma de la nave, empleando un modelo de ingeniería del detector y hardware electrónico.

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Side view of the CHEOPS Spacecraft platformAccess the image

El objetivo de estos ensayos era asegurar que todos los procedimientos que precisaran de comunicación entre la plataforma de la nave y el instrumento del telescopio se llevasen a cabo sin contratiempos. Estos procedimientos incluyen la captura de imágenes, la generación de datos de mantenimiento —como el denominado ‘informe de latido’, que permite a los operarios saber que el instrumento sigue operativo— y la ejecución de un bucle de control de actitud para mantener a CHEOPS orientado a la estrella objeto.

Para medir con exactitud los radios de los exoplanetas en tránsito, el instrumento está diseñado con un error de apuntamiento de menos de 8 arcosegundos de jitter durante una observación de 48 horas, como si un arquero olímpico mantuviese la puntería en un blanco a más de 3 kilómetros. Dos sensores estelares detectarán periódicamente la actitud de la nave; sin embargo, durante las observaciones prolongadas, la actitud de la nave que orbita el Sol cambiará respecto a este, lo que provocará variaciones en el calentamiento de su estructura. A su vez, esto causará pequeñas deformaciones termoelásticas en la estructura del telescopio, induciendo así una desviación variable entre la línea de visión del telescopio y la actitud detectada por los sensores. Para corregir este sutil efecto, el Sistema de Control de Actitud y Órbita (AOCS) a bordo emplea el centroide de la estrella objeto indicado por el instrumento y, si la posición del centroide varía, ordena a la nave que corrija la desviación de la mira mediante ajustes precisos que mantendrán la estrella centrada en la imagen.

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Controlling the CHEOPS instrument during interface testingAccess the image

Probar este bucle de control supuso introducir en el sistema de control un conjunto de imágenes simuladas y vigilar atentamente la reacción de los algoritmos de control. Como sabe todo estudiante de matemáticas y cualquiera que haya tenido que escribir un programa informático, en una secuencia larga de computación es fácil que se produzcan errores por un signo positivo o negativo mal puesto. Así, teniendo en cuenta que el bucle de control del AOCS conlleva una serie de subunidades con convenciones de signos concretas para los cambios positivos y negativos, hubo que llevar a cabo ensayos específicos para comprobar que se habían aplicado las convenciones correctas a lo largo de toda la cadena de control.

Otros trabajos preparatorios se centraron en mejorar los sistemas de software terrestres.

En el Centro de Operaciones de la Misión en Torrejón, un simulador espacial actualizado ha permitido a los ingenieros probar y depurar un conjunto mejorado de herramientas de control. El simulador recibe comandos del Sistema de Control de la Misión (MCS) y reacciona como si la nave estuviera en órbita, devolviendo datos simulados.

El desarrollo del MCS está a punto de entrar en la fase final, y también se está probando con el simulador espacial mejorado el Sistema de Dinámica de Vuelo que se utilizará para planificar maniobras orbitales y predecir eventos orbitales, como la visibilidad de las estaciones terrestres.

Las herramientas de software dedicadas no solo son necesarias para controlar la nave: también se están desarrollando nuevas herramientas para programar observaciones y para procesar y archivar datos científicos en el Centro de Operaciones Científicas de Ginebra (Suiza), que recientemente ha demostrado su valía en su primera prueba de aceptación.

Una vez que se actualizó el software de control de la misión y se probó la interfaz entre la plataforma de la nave y el instrumento, como ya se ha descrito, el siguiente paso fue operar el instrumento científico desde el Centro de Operaciones de la Misión (MOC), retransmitiendo comandos a través de la plataforma de la nave. El boletín n.º 8 de CHEOPS dio cuenta de la segunda prueba de validación de sistemas de CHEOPS, SVT-1A, que tuvo lugar en junio y en la que se comprobó el funcionamiento de la nave desde el MOC. La prueba de validación de sistemas más reciente, SVT-1B, se llevó a cabo en noviembre y, aunque fue similar a la SVT-1A, comprendió las operaciones de la carga útil del telescopio y no de la plataforma de la nave. Los ensayos permitieron al MCS interactuar con el hardware real de la nave, en lugar de hacerlo con un simulador, y por fin se pudo validar con confianza el conjunto de secuencias de control operacional cuidadosamente preparado.

El éxito de esta campaña de ensayos significa que el equipo puede ir preparándose para la SVT-2, que entrañará la prueba íntegra del escenario de operaciones nominal de CHEOPS, incluyendo iteraciones con el Centro de Operaciones Científicas de Ginebra.

Paso a paso, ensayo a ensayo, los ingenieros de CHEOPS hacen avanzar la misión, llevando a cabo todos los procedimientos de control exhaustivo para optimizar la cantidad y la calidad de los datos científicos.

Acerca de CHEOPS

CHEOPS es una misión de la ESA desarrollada en colaboración con Suiza a través de su Oficina Espacial (SSO). La Universidad de Berna lidera un consorcio de 11 Estados miembros de la ESA que contribuyen a la misión y están representados en el Equipo Científico de CHEOPS. La ESA actúa como arquitecto de la misión y es responsable de su definición general y del aprovisionamiento del satélite y el lanzamiento. También se encarga de la fase de operaciones inicial, que será ejecutada por el subcontratista de la nave, Airbus Defence and Space España. El instrumento científico está liderado por la Universidad de Berna, con importantes contribuciones de Austria, Bélgica, Alemania e Italia. Otras contribuciones al instrumento científico, en forma de hardware u operaciones científicas, proceden de Hungría, Francia, Portugal, Suecia y Reino Unido. La misión CHEOPS será lanzada desde el Puerto Espacial Europeo de Kourou, Guayana Francesa, a bordo de un cohete Soyuz operado por Arianespace. Una vez que el satélite se ponga en servicio con éxito, la responsabilidad de las operaciones se transferirá al Consorcio de la Misión CHEOPS, con el INTA español al mando del Centro de Operaciones de la Misión, mientras que el Centro de Operaciones Científicas estará dirigido por la Universidad de Ginebra.

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