Diseño, implementación y validación del software de vuelo para el nanosatélite UPMSat-3

Resumen

UPMSat-3 es un satélite desarrollado por el Instituto de Microgravedad Ignacio da Riva (IDR-UPM), junto a otros equipos de investigación de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), principalmente de las Escuelas Técnicas Superiores de Telecomunicación, Informática y Aeroespacial. El tercer satélite desarrollado por este equipo tiene como objetivo servir de plataforma de demostración tecnológica. Este está diseñado para ejecutar diversos experimentos de investigación en vuelo y además resulta útil en ámbitos académicos, principalmente ayudando a formar a aquellos estudiantes que están participando en el desarrollo del proyecto. El nanosatélite UPMSat-3 sigue el estándar de diseño de satélites CubeSat y se trata de un sistema compuesto por varios computadores de vuelo que se comunican principalmente haciendo uso del protocolo Cubesat Space Protocol (CSP). El software que se encuentra en estos computadores está desarrollado por el grupo de investigación en Sistemas de Tiempo Real y Arquitectura de Servicios Telemáticos (STRAST) de la Escuela Técnica Superior de Telecomunicación. Este trabajo de fin de grado implica el desarrollo del software de vuelo del satélite, con el objetivo de que este sea capaz de comunicarse con tierra y de coordinar las operaciones realizadas por todos los computadores que lo compone. Para ello será necesario realizar diversas actividades como el análisis de los requisitos software del satélite, análisis del entorno de desarrollo, diseño de la arquitectura software, implementación, verificación y validación. Primero se analizarán y detallarán las funciones que se deben diseñar e implementar en el software de vuelo. Seguidamente, se describirá el entorno software y herramientas usadas para implementar dichas funciones. Por último, se detallará el diseño y desarrollo de las funciones y su implementación y validación tanto en modelos de ingeniería como de vuelo. Las pruebas realizadas sobre los sistemas resultaron exitosas, ya que el software probado cumplió las funciones previamente estudiadas y detalladas. Además, se realizó una validación adecuada y satisfactoria de los diferentes componentes de vuelo.

ABSTRACT

UPMSat-3 is a satellite developed by the “Ignacio Da Riva” Institute for Microgravity Research (IDR-UPM), together with other research teams from the Universidad Politécnica de Madrid (UPM), from the schools of Telecommunications, Computer Science and Aeronautical and Space Engineering. The third satellite developed the team is intended to serve as a technology demonstration platform. It is designed to perform various in-flight research experiments and is also useful in academic environments, mainly to help train the students who are participating in the development of the project. The UPMSat-3 nanosatellite follows the CubeSat satellite design standard and is a system composed of several computers that communicate using the Cubesat Space Protocol (CSP). The software in these computers is developed by the Sistemas de Tiempo Real y Arquitectura de Servicios Telemáticos (STRAST) research group of the UPM school of Telecommunications. This TFG is centered on the development of the satellite on-board software, with the objective of making it capable of both communicating with the ground station and coordinating the operations performed by all the computers that compose it. To achieve this, it will be required to perform several activities such as the analysis of the satellite software requirements, analysis of the framework, design of the software architecture, implementation, verification, and validation. First, the functions to be designed and implemented in the flight software will be analyzed and clarified. Next, the framework and tools used to implement these functions will be described. Finally, further details will be provided regarding the design and development of the software functions and their implementation and validation in both the engineering model and the flight model. The tests performed on the systems were successful since the software tested on them fulfilled the functions previously studied and detailed. In addition, an adequate and satisfactory validation of the flight components was performed.