Análise e reformulação do arcabouço de interconexão do FloripaSat visando mitigação de falhas nas camadas física e de enlace de dados

Abstract

Inicialmente, nanossatélites, satélites com massa entre 1 e 10 kg, eram utilizados principalmente em atividades de ensino na área espacial e para validação de tecnologias em órbita. Nos últimos anos, com o crescimento da área, esse tipo de satélite passou a ser utilizado também para aplicações científicas e comerciais. Como consequência, além do custo reduzido, estes sistemas também devem apresentar uma alta taxa de confiabilidade durante a missão espacial. Desta forma, a confiabilidade na transferência das informações de um satélite é imprescindível e o protocolo de comunicação embarcado de um nanossatélite deve ser tão confiável quanto os demais sistemas. Nesta dissertação é discutido o estudo realizado em protocolos de comunicação utilizados nos sistemas embarcados de nanossatélites. Durante o estudo foi avaliada a melhor maneira de realizar a transferência das mensagens entre os subsistemas da plataforma FloripaSat, visando a utilização para sistemas embarcados baseados em FPGA e baseados em microcontroladores. Para isto, foram utilizadas como ponto de partida as informações obtidas a partir da missão FloripaSat-1. Para validação dos resultados, foram realizadas análises matemáticas e análise de um modelo simulado do barramento, que foram comparadas com as informações de um modelo de barramento prático, baseado nos três módulos principais do FloripaSat, o OBDH, o EPS e o TT&C. Como resultado final do estudo, foi definido e implementado o protocolo CAN para utilização na plataforma FloripaSat, visando melhoria nos aspectos de confiabilidade na transferência de dados entre os subsistemas do satélite.

Abstract: Initially, nanosatellites, satellites with mass between 1 and 10 kg, were used mainly in educational activities in the space area and for validation of technologies in orbit. In recent years, with the growth of the area, this type of satellite has also been used for scientific and commercial applications. As a result, in addition to the reduced cost, these systems must also have a high reliability during a space mission. Thus, reliability in the information transference from a satellite is essential and the on-board communication protocol of a nanosatellite must be as reliable as other systems. This dissertation discusses the study carried out on communication protocols used in embedded nanosatellite systems. During the study, the best way to carry out the transfer of messages between FloripaSat subsystems was evaluated, aiming at their use for embedded systems based on FPGA and based on microcontrollers. For this, the information obtained from the FloripaSat-1 mission was used as a starting point. To validate the results, mathematical analyzes and analysis of a simulated bus were performed, which were compared with information from a practical bus model, based on the three main FloripaSat modules, OBDH, EPS and TT&C. As a final result of the study, the CAN protocol was defined and implemented for use on the FloripaSat platform, aiming at improving the reliability aspects of data transfer between the satellite subsystems.