Slides da XVI Jornada Espacial

1. 1

2. Cubesats: o que são e para
que servem
2
Christopher Shneider Cerqueira
chris@ita.br / http://www.cscerqueira.com.br
• Eng. Computação na UNIFEI
• Dr. e MSc. Eng. e Ger. de Sistemas Espaciais no INPE
• Professor do Departamento de Sistemas Aeroespaciais do ITA

3. 3
O que é um CubeSat?
Missões Espaciais?
Uso Pedagógico?
INPE’s CTEE

4. O que são CubeSats?
4

5. mas antes... O que são satélites?
5

6. Satélites
• Naturais •Artificiais
6

7. 7
Telescópio Hubble

8. Fazem parte de um Sistema Espacial
Missão
Espacial
Sistema A
Sistema B
(Espacial)
Lançador Estações Satélites
Sistema C
8
Necessidades

9. Satélites podem ser classificados por massa
9
Geralmente geoestacionários, e
observação do espaço.
http://www.amsat.org/?page_id=1869
Geralmente militares, científicos, e
observação da terra.
Geralmente científicos, provas de
conceito, e educacionais.
TendênciaNote: Existem
partes que são
fisicamente não
miniaturizáveis.

10. Miniaturização
10
dt = 70 anos
https://en.wikipedia.org/wiki/ENIAC
ENIAC was announced in 1946
5,000 cycles per second

11. Miniaturização
11

12. voltando
12

13. Começou como um projeto de sala em 1999
13
http://www.jossonline.com/wp-content/uploads/2014/12/0101-Thinking-Outside-the-Box-Space-Science-Beyond-the-
CubeSat.pdf

14. 14

15. Combinações de unidades de Cubesat
15
1U
1,5U
2U
3U
6U
8U
12U
18U
https://www.ecm-space.de/index.php/launch-adapters-h/cubesat-sizes

16. Small Sats (até 10kgs) :
16
CubeSats TubeSats
PocketQub CanSat
https://asunow.asu.edu/20160406-creativity-asu-suncube-femtosat-space-exploration-for-everyone
ASU's SunCube FemtoSat

17. Além de padronizar os satélites, padronizou-se a
interface de transporte
17

18. Space Flight
18
http://www.spaceflight.com/wp-content/uploads/2015/05/SPUG-RevF.pdf

19. 19

20. 20

21. No mais... é um sistema computacional
21

22. 22

23. com padronização, vem a
serialização...
23

24. “NOAA sees small sats as good gap fillers for
weather system”
24 https://spacenews.com/noaa-sees-smallsats-as-good-gap-fillers-for-weather-system/

25. Planet Labs
Opera ~200 satélites através de 30 estações de solo
Constroem 40 satélites por semana.
Uma foto do planeta todo por dia.
25

26. Planet Analytics
26

27. 27

28. 28

29. Resumindo:
• Cubesat é uma categoria, padronizada de formato, de
pequenos satélites. Proporcionando um mercado com
concorrências ( x a típica “artesanalidade”)
• Surgiram empresas, projetos, …
• A unidade básica de cubesat é o U (10x10x10cm)
• A padronização diminui o custo – “fly-learn-refly”
• Habilitaram a criação de novas arquiteturas espaciais,
especialmente constelações e enxames de satélites.
• Hoje Cubesats estão mais profissionais que educacionais.
29

30. Reduzindo o CubeSat para educacional
30
PocketQub1/8 de CubeSat
CubeSat
~$200k https://pocketqub.wordpress.com/standard/

31. Estado da Arte em Cubesats:
https://sst-soa.arc.nasa.gov
31

32. Exemplos de Missões com
Pequenos Satélites
32

33. Tipos de Missões
• Usos típicos:
• Teste de componentes espaciais
• Ciência Espacial
• Motivação para desenvolver novas
tecnologias
• Baixo custo (riscos experimentais)
• Motivação Educacional para
Estudantes (Missões com endLife de 2
anos)
• Extras:
• Espionagem (Terra / entre satélites)
• Observação da terra
• Constelação em Marte
33
http://ccar.colorado.edu/asen5050/projects/projects_2013/Naik_Siddhesh/Cubesats.html

34. QB50
• The QB50 mission demonstrates the possibility of
launching a network of CubeSats built by
Universities Teams all over the world to perform
first-class science in the largely unexplored lower
thermosphere.
34

35. MarCO - Mars Cube One
• MarCO is an experimental capability that has been added to the InSight mission,
• The two CubeSats will separate from the Atlas V booster after launch and travel along
their own trajectories to the Red Planet. After release from the launch vehicle,
MarCO's first challenges are to deploy two radio antennas and two solar panels. The
high-gain, X-band antenna is a flat panel engineered to direct radio waves the way a
parabolic dish antenna does. MarCO will be navigated to Mars independently of the
InSight spacecraft, with its own course adjustments on the way.
35

36. QARMAN
• QARMAN (led by the Von
Karman Institute, Belgium): a
3-unit CubeSat mission to
demonstrate re-entry
technologies, particularly
novel heatshield materials, a
new passive aerodynamic drag
stabilisation system, and the
transmission of telemetry data
during re-entry via data relay
satellites in low-Earth orbit,
due to be launched
to/deployed from the
International Space Station in
2018
36

37. InflateSail
37

38. Remover Lixo Espacial
38 https://www.surrey.ac.uk/surrey-space-centre/missions/removedebris

39. CubeSat Virtual Telescope
• NASA engineers Neerav Shah
and Phil Calhoun will realize a
long-held ambition later this
year when a Space-X launch
vehicle deploys two tiny
satellites that will fly in a
precise formation to create, in
effect, a single or “virtual”
telescope benefitting a range
of scientific disciplines.
39

40. 40

41. Projetos BR
41 Revista FAPESP

42. NANOSATC-BR1
42

43. SERPENS
43

44. AESP14
44

45. Tancredo - UbatubaSat
45

46. CONASAT
• COnstelação de NAno SATélites
• "objetiva oferecer uma opção
tecnologicamente atualizada e
a custos reduzidos para garantir
a continuidade do SBCDA
(Sistema Brasileiro de Coleta de
Dados Ambientais) , através de
uma constelação de nano
satélites, que possibilitem
melhorias na qualidade do
serviço, no que diz respeito à
capacidade, abrangência
geográfica e tempos de revisita"
46

47. ITASAT
47

48. SPORT
48 Dr. Joseph Huba and Dr. Glenn Joyce NRL
Plasma Physics Division, SAMI3 Model

49. Revisão dos tamanhos
49
NANOSATC-BR2
Serpens
CONASAT
ITASAT
SPORT
ITASAT-2
NANOSATC-BR1
AESP14

50. Outras iniciativas, ex: Zenith
50
https://www.garatea.space

51. Uso pedagógico
51

52. Que tal cada escola ter seu próprio programa espacial?
52

53. 53 1983, o psicólogo do desenvolvimento americano Howard Gardner descreveu nove tipos de inteligência

54. Competências-chavepara
coaprendizagemnaeradigital:
fundamentos,métodoseaplicações
54

55. Disciplinas
• Física
• Cinemática, dinâmica, ótica, ondas, térmica
• Matemática
• Geometria, astronomia
• História/Sociologia/Filosofia
• Contexto, momentos importantes, debates
• Química
• Materiais, arranjos
• Geografia/Biologia
• Contexto, ambiente espacial e terrestre, o que observamos
• Linguagens
• Divulgação, publicidade, documentação técnica
• Técnicas55

56. Projeto Transversal no Ensino Médio
56
Trivium
Quadrivium

57. Projeto Transversal no Ensino Médio
57
Projeto
Transversal
Avicena

58. Estratégia evolutiva evolutiva
58
Divulgações
• Gvnm
• Profs.
• Pop. • N. Prof.
• Expectativas
• “sem retorno”
• Voo balão
• Celular
• Comm 3G
• Aplicativos
• Gestão de Req
• Processo
• Voo balão
• femtoSat
• SDR
• Sist. Comp
• Aplicativos
• Adaptar a
Realidade
• Voo balão
• femtoSat c/ Cam
• Seg Solo two-way
• Melhoras
• Lançamento
• CubeSat / CanSat
• Seg Solo Completo
• Melhorias

59. Kits educacionais
59

60. 60

61. EyasSat
61

62. 62

63. CUBESAT KIT
63
▪ Plataforma didática para sala de aula e
laboratório
▪ Principais funções de um nanosat
▪ Mesmas características físicas e elétricas
de um CubeSat modelo de voo
Alguns exemplos de atividades acadêmicas
são o desenvolvimento de:
▪ Software embarcado
▪ Algoritmos de balanço de potência
▪ Payloads
▪ Protocolos de comunicação RF

64. Exemplo de impactos na
sociedade de um programa
espacial
Caso Americano
64

65. Motivações para ir a Lua
• Históricas
• Superioridade Tecnológica
• Físico/Matemático
• A Lua é uma base para Marte
• Químico/Geológico
• Elementos raros na Lua, efeitos da radiação.
• Social
• “Ir a Lua” é um ideal motivador que se espalha na cultura,
promovendo a ciência para futuras gerações e o alinhamento
das melhores mentes de uma nação.
65

66. JFK –September 12 of 1962
“We choose to go to the
moon. We choose to go to
the moon in this decade and
do the other things, not
because they are easy, but because
they are hard, because that
goal will serve to organize and
measure the best of our energies
and skills, because that
challenge is one that we are
willing to accept, one we are
unwilling to postpone, and
one which we intend to win,
and the others, too.”
66

67. Cartoon
67

68. Brinquedos
68
http://reflectionsonfilmandtelevision.blogspot.com/2012
/07/collectible-of-week-space1999-eagle-1.html

69. Arquitetura
69https://edition.cnn.com/style/article/radical-

70. Automóveis
70
http://oldconceptcars.com/exotic/exotic-rare-cars-astra-gnome-time-space-car-1956/

71. 71

72. Academicamente
• 7 Pós-Graduações:
• Astrofísica
• Engenharia e Tecnologia Espaciais
• Mecânica Espacial e Controle
• Combustão e Propulsão
• Ciência e Tecnologia de Materiais e Sensores
• Engenharia e Gerenciamento de Sistemas Espaciais
• Geofísica Espacial
• Computação Aplicada
• Meteorologia
• Sensoriamento Remoto
• Ciência do Sistema Terrestre
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73. [Discentes]
CTEE – Capacitação Tecnológica em Engenharia
Espacial
• Desde 2016
• Objetivos:
• coordenar, projetar, fabricar e
testar
• potência, comunicação, computação
de bordo, determinação e controle de
atitude, estrutura e controle térmico.
• Convergência de projetos
• Disponibilização
• para demanda interna
• pública para universidades.
• Divulgação científica:
• oficina de CubeSats73 https://www.researchgate.net/project/CTEE-Capacitacao-Tecnica-em-Engenharia-Espacial

74. Plano Geral (vislumbre)
74
Alfa Beta Gama Delta Epsilon Zeta Eta Teta
Divulgação
Retorno Univ/IFs
Retorno INPE

75. Oficina de CubeSats
75
Lázaro Aparecido Pires de Camargo
Servidor INPE - CEA
Aluno MSc. CSE – Tema OBC
• Lúdico
• Passar Conhecimentos Básicos
• Mimetizar o procedimento
• Engenharia (Com mais tempo)
• Integração (Com menos tempo)
• Verificação (com muito menos
tempo)
• Foco no Ensino Fundamental

76. Visitas em Escolas
76

77. Visitas no INPE
77

78. Curso de Engenharia Espacial
78
Missões
Espaciais
Ambiente
Espacial
Movimento
Orbital
Geometrias Visadas
Engenharia de
Sistemas / MBSE
Engenharia
Espacial Contexto e Histórico
Satélite e seu meio
Design e Análise de
Sistemas Espaciais
Tools
Req.
Processo e Ferramentas
Missão
Espaço
Carga-Útil
Serviço
Suprimento de Energia
Computador e Software
Controle
Comunicações
Estrutura, Mecanismos
e Térmico
Solo Operações
Lançador
Custos, Riscos, Cronograma, Logística, Manufatura e Verificação
Elementos de um Sistema Espacial

79. Curso de Engenharia Espacial
79

80. 80

81. 81

82. 82

83. 83

84. 84

85. 85

86. 86

87. 87

88. 88

89. 89

90. 90

91. 91
Muito
obrigado!!!
fb.me/cubedesign.inpe
http://www.inpe.br/cubedesign/
fb.me/ctee.inpe
http://cscerqueira.com.br
http://www.aer.ita.br/conteudo/christopher