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El sistema de software del satélite UPMSat2

Categoría Actualidad

UPMSat-2 es un microsatélite experimental concebido para servir como demostrador tecnológico y para el despliegue de aplicaciones científicas y educativas, que fue lanzado al espacio el 3 de septiembre de 2020 desde la base espacial de Kourou (Guayana).

El desarrollo del satélite ha sido liderado por el Instituto “Ignacio da Riva” (IDR-UPM), que se ha encargado de la mayor parte de su diseño y construcción, con la colaboración de otros grupos universitarios y empresas del sector espacial, entre los que se cuenta el grupo de investigación en Sistemas de Tiempo Real y Arquitectura de Servicios Telemáticos (STRAST), adscrito a la ETS de Ingenieros de Telecomunicación de la UPM. El grupo se ha encargado del desarrollo de todo el software de la misión, incluido el sistema de software de vuelo y del segmento de tierra.

UPMSat-2 es un microsatélite de la categoría de 50 kg de masa, cuya envolvente geométrica es un paralelepípedo de 0,5x0,5x0,6 m.  Está situado en una órbita polar síncrona de unos 540 km de altitud, y su vida útil estimada es de 2 años.

La plataforma comprende un sistema de gestión de energía basado en baterías y paneles solares, un sistema de control térmico pasivo basado en una capa de aislamiento térmico, y un sistema de control de actitud totalmente magnético.

La gestión de datos a bordo del satélite se basa en un computador embarcado (OBC) desarrollado por TECNOBIT, con la colaboración del grupo STRAST y del IDR.  El computador tiene un procesador LEON3, con arquitectura SPARCv8, 4 MB de memoria RAM 2 MB de EEPROM, 64 canales de entrada analógica y 112 puntos de E/S digital. Las comunicaciones con el segmento de tierra se realizan mediante un equipo de radio diseñada por la empresa EMXYS, que trabaja en la banda VHF de 400 MHz. un sistema de comunicaciones con el segmento de tierra basado en una radio VHF de diseño específico.

La carga útil del satélite consiste en una serie de experimentos de los que se espera poder obtener información para la eventual calificación para vuelo de los sistemas correspondientes.

El software del computador embarcado, desarrollado por el grupo STRAST, tiene una estructura que responde a la arquitectura de subsistemas del satélite (ver figura). Sus funciones más importantes son:

  • Arranque, reinicio y apagado ordenado
  • Control de modos de funcionamiento e incidencias
  • Control de actitud
  • Recogida de datos de estado interno y navegación
  • Vigilancia del comportamiento de los subsistemas y del estado y configuración.
  • Control de comunicaciones con tierra (telemetría y telecomandos)
  • Arranque y control de los experimentos

El desarrollo del software se ha efectuado siguiendo los estándares de la ESA en cuanto a documentación y procesos de verificación y validación. Se ha seguido un ciclo de vida en V, con pruebas de tipo model-in-the-loop, processor-in-the-loop y hardware-in the-loop.

Se eligió Ada 2005 como lenguaje de programación principal por considerarse el más adecuado para desarrollar software de alta integridad, aunque para el subsistema de control de actitud se ha utilizado código C generado automáticamente a partir de modelos de Simulink.

La estación de tierra, por su parte, utiliza hardware comercial (computadores y equipo de comunicaciones). El sistema proporciona una interfaz web para gestionar los

mensajes de telemetría recibidos desde el satélite y los telecomandos programados. El almacenamiento se basa en una base de datos Cassandra, que permite la replicación de los datos para tolerar fallos. Un subsistema interacciona con la antena de comunicación para actualizar los datos. El sistema se ha desarrollado en Ada y Python, y la interfaz gráfica está basada en Django y Zeppelin.  El acceso a los servidores está protegido por motivos de seguridad, pero se ha desarrollado un servidor público, con los mecanismos de aislamiento adecuados, para permitir a todas las personas interesadas seguir la evolución del satélite.

Un objetivo adicional de este proyecto ha sido involucrar a estudiantes en su realización. Un número elevado de ellos han colaborado en el desarrollo del de sistema software, realizando sus trabajos de fin de titulación o, en algunos casos, trabajos más extensos en calidad de becarios.

Queremos resaltar la labor de todos ellos, y también la de los profesores Juan Zamorano y Jorge Garrido, miembros del grupo de investigación STRAST, que han contribuido de manera decisiva al éxito del proyecto.

Autores:

Alejandro Alonso, catedrático de la ETS de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid.

Juan Antonio de la Puente, catedrático emérito de la ETS de Ingenieros de Telecomunicación de la Universidad Politécnica de Madrid.

Para más información se puede consultar el sitio web del grupo STRAST (web.dit.upm.es/~str/upmsat2).