Plataforma de testes com arquitetura reutilizável para subsistemas de CubeSats

Abstract

A adoção de satélites de pequeno porte, em especial os CubeSats, cresceu significativamente nos últimos anos. Contudo, aspectos relacionados a confiabilidade desses satélites são levantados na literatura, em particular, como a falta de rigor na campanha de Verificação e Validação (V&V) desses satélites impacta negativamente a taxa de sucesso de suas missões. Nesse contexto, este trabalho apresenta a pesquisa e o desenvolvimento de uma arquitetura reutilizável para a execução de procedimentos de teste e de V&V em subsistemas de CubeSats, com o objetivo de aprimorar campanhas de V&V e aumentar a confiabilidade desses sistemas. Inicialmente, são discutidos aspectos de confiabilidade aplicados a CubeSats, bem como o conceito de FlatSat e sua relevância em campanhas de V&V. Em seguida, a plataforma FlatSat2.0, desenvolvida pelo SpaceLab para realização de testes com subsistemas de CubeSats, é apresentada como base para o desenvolvimento da arquitetura proposta. A metodologia empregada para validação da plataforma e desenvolvimento da arquitetura é descrita, seguida da apresentação dos testes iniciais realizados na FlatSat2.0, cujos resultados foram divulgados no Latin American CubeSat Workshop 2024. O desenvolvimento da arquitetura contempla a descrição de hardware, a construção de um sistema Linux customizado e a implementação de serviços de software, os quais são executados em um processador embarcado na plataforma. A solução proposta é open source e disponibilizada para uso em futuras missões. Por fim, um estudo de caso com subsistemas reais de CubeSats demonstra a aplicabilidade da arquitetura, validando tanto a solução desenvolvida quanto a plataforma FlatSat2.0, viabilizando sua utilização em missões em andamento do SpaceLab, a exemplo da Constelação Catarina.

ABSTRACT The adoption of small satellites, particularly CubeSats, has grown significantly in recent years. However, reliability-related issues have been highlighted in the literature, especially regarding how the lack of rigor in Verification and Validation (V&V) campaigns negatively impacts mission success rates. In this context, this work presents the research and development of a reusable architecture for the execution of test and V&V procedures in CubeSat subsystems, aiming to improve V&V campaigns and increase system reliability. Initially, reliability aspects applied to CubeSats are discussed, as well as the concept of FlatSat and its relevance in V&V campaigns. Then, the FlatSat2.0 platform, developed by SpaceLab for testing CubeSat subsystems, is introduced as the foundation for the development of the proposed architecture. The methodology employed for platform validation and architecture development is described, followed by the presentation of the initial tests performed on FlatSat2.0, whose results were presented at the Latin American CubeSat Workshop 2024. The architecture development encompasses hardware description design, the construction of a customized Linux system, and the implementation of software services executed on an embedded processor within the platform. The proposed solution is open source and made available for use in future missions. Finally, a case study involving real CubeSat subsystems demonstrates the applicability of the architecture, validating both the developed solution and the FlatSat2.0 platform, thereby enabling its use in ongoing SpaceLab missions, such as the Catarina Constellation.