Mais perto da realidade: teste do material de voo com código de controlo de missão

10 Janeiro 2018

Com os modelos de voo da nave espacial CHEOPS e o aperfeiçoamento do telescópio, podem agora ser executados os testes críticos com o material real, em vez de simulações. Os últimos testes envolveram operar a carga útil com o Sistema de Controlo de Missão para testar e validar sequências de comandos operacionais reais.

No campo da engenharia espacial, nem tudo o que é essencial é glamoroso. Quando um sinal de menos falta numa única linha do programa informático pode ter consequências irreparáveis, os engenheiros do sistema precisam ser meticulosos. Uma equipa determinada de engenheiros da missão CHEOPS tem trabalhado arduamente para garantir que um conjunto complexo de subsistemas trabalham juntos para fornecer dados científicos preciosos.

Em setembro, foi dado mais um passo para o lançamento, quando a plataforma da nave espacial CHEOPS começou a transmitir instruções para um modelo do instrumento científico da Airbus Defense and Space – Espanha, em Madrid. Enquanto o modelo de voo do instrumento estava em construção, a mais de mil quilómetros de distância em Berna, os testes que visavam preparar a sua integração com a plataforma espacial foram conduzidos, utilizando um modelo de engenharia do detetor e do equipamento eletrónico.

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Side view of the CHEOPS Spacecraft platformAccess the image

O objetivo destes testes foi garantir que todos os procedimentos que exigem comunicação entre a plataforma da nave espacial e o instrumento do telescópio fossem executados perfeitamente. Estes procedimentos incluem a obtenção de imagens, a geração de dados de manutenção, como o chamado “relatório do batimento cardíaco”, que permite aos operadores saberem que o instrumento ainda está operacional e executar um ciclo de controlo de posição, para manter CHEOPS bloqueado numa estrela-alvo.

Para medir com precisão os raios dos exoplanetas em trânsito, o instrumento é projetado para ter um erro de pontaria de menos de 8 arco segundos de desvio, durante uma observação de 48 horas, equivalente a um arqueiro olímpico mantendo um alvo constante na mira, a uma distância de mais de 3 quilómetros. A posição da aeronave será rotineiramente detetada por localizadores de duas estrelas; no entanto, durante longas observações, a posição da nave espacial em órbita em relação ao Sol mudará, resultando em variações na forma como a estrutura é aquecida. Isto, por sua vez, causará pequenas deformações termo-elásticas da estrutura do telescópio, induzindo um deslocamento variável entre a linha de visão do telescópio e a posição detetada pelos localizadores estelares. Para corrigir este efeito sutil, o Sistema de Controlo de Órbita e Posição (AOCS) de bordo usa o centroide da estrela-alvo conforme fornecido pelo instrumento e, se a posição do centroide se mover, instrui a nave espacial a corrigir a derivação de pontaria com ajustes precisos, para que mantenha a estrela centrada na imagem.

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Controlling the CHEOPS instrument during interface testingAccess the image

O teste deste ciclo de controlo envolveu o fornecimento de um conjunto de imagens simuladas ao sistema de controlo e a monitorização cuidadosa da reação dos algoritmos de controlo. Como cada estudante de matemática ou qualquer um que já teve que escrever um programa de computador sabe, numa longa sequência de cálculos, os erros podem resultar facilmente de sinais positivos ou negativos mal colocados e, como o ciclo de controlo AOCS envolve uma série de subunidades, utilizando convenções particulares de sinais para mudanças positivas e negativas, foram necessários testes dedicados para verificar se as convenções de sinais corretas foram aplicadas ao longo da cadeia de controlo.

Outro trabalho preparatório centrou-se em melhorias nos sistemas informáticos terrestres.

No Centro de Operações de Missão de Torrejón, um simulador atualizado da aeronave permitiu que os engenheiros testassem e depurassem um conjunto melhorado de ferramentas de controlo. O simulador recebe comandos informáticos do Sistema de Controlo de Missão (MCS) e reage como a nave espacial em órbita, enviando dados simulados.

O desenvolvimento do MCS está agora a entrar na fase final e o Sistema de Dinâmica de Voo, que é usado para planear manobras orbitais e prever eventos orbitais, como a visibilidade da estação terrestre, também foi testado juntamento com o simulador da nave espacial melhorado.

As ferramentas informáticas dedicadas não são apenas necessárias para controlar a nave espacial - novas ferramentas para agendar observações e o processamento e arquivamento de dados científicos também estão em desenvolvimento no Centro de Operações Científicas em Genebra, que recentemente foi implementado no seu primeiro teste de aprovação.

Assim que o programa informático do controlo de missão atualizado entrou em vigor e a interface entre a plataforma da nave espacial e o instrumento ter sido testada, como descrito acima, o passo seguinte foi operar o instrumento científico do Centro de Operações de Missão (MOC), transmitindo comandos através da plataforma da nave espacial. Na publicação CHEOPS nº 8, informámos sobre o segundo teste de validação do sistema CHEOPS, SVT-1A, que ocorreu em junho e testou o funcionamento da nave espacial a partir do MOC. O último teste de validação do sistema, SVT-1B, ocorreu em novembro e foi semelhante ao SVT-1A, mas envolveu operações da carga útil do telescópio, em vez da plataforma espacial. Os testes permitiram que o MCS interagisse com o equipamento da nave espacial real, em vez de um simulador e o conjunto cuidadosamente preparado de sequências de controlo operacional pôde finalmente ser validado com confiança.

A campanha de teste bem-sucedida significa que a equipa pode olhar em frente para o SVT-2, que envolverá o teste de ponta a ponta do cenário de operações nominais de CHEOPS, incluindo iterações com o Centro de Operações Científicas, em Genebra.

Passo a passo, teste a teste, os engenheiros da CHEOPS movem a missão de forma consistente, sujeitando todos os procedimentos a um exame minucioso para que a qualidade e a quantidade dos dados científicos sejam otimizadas.

Sobre CHEOPS

CHEOPS é uma missão da ESA implementada em parceria com a Suíça, através do Gabinete Espacial Suíço (SSO). A Universidade de Berna lidera um consórcio de 11 Estados Membros da ESA que contribuem para a missão e representados na Equipa Científica da CHEOPS. A ESA é o arquiteto da missão responsável pela definição geral da missão e a consecução da nave espacial e o lançamento. A ESA também é responsável pela fase inicial de operações que será executada pelo contratante espacial, Airbus Defense and Space - Espanha. O instrumento científico é liderado pela Universidade de Berna, com importantes contribuições da Áustria, Bélgica, Alemanha e Itália. Outras contribuições para o instrumento científico, sob a forma de equipamento ou operações científicas, são fornecidas pela Hungria, França, Portugal, Suécia e Reino Unido. CHEOPS será lançado a partir do porto espacial da Europa em Kourou, Guiana Francesa, num foguetão Soyuz, operado pela Arianespace. Após o comissionamento em órbita bem-sucedido da nave espacial, a responsabilidade pelas operações será assumida pelo Consórcio da Missão CHEOPS, com o Centro de Operações de Missão sob a responsabilidade do INTA, Espanha, e do Centro de Operações Científicas liderado pela Universidade de Genebra, na Suíça.

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