Collaudo ed Integrazione del satellite universitario PiCPoT

PiCPoT è il nome del primo nanosatellite progettato dal Politecnico di Torino. La
sua realizzazione ha coinvolto numerosi professori, ricercatori e studenti di vari dipartimenti
dell’ateneo durante il periodo Gennaio 2004 – Luglio 2006. Il lancio del
satellite è avvenuto il 26 Luglio 2006 dalla base russa di Baikonur (KAZ) su un razzo
vettore Dnepr-LV, di derivazione militare. L’orbita prevista sarebbe dovuta essere
una LEO (Low Earth Orbit) con altitudine compresa tra i 600 e gli 800 km per
garantire un deorbitamento autonomo a causa della resistenza aerodinamica dovuta
agli strati alti dell’atmosfera. Il lancio purtroppo è fallito a causa di un problema
idraulico sul razzo vettore.
Il satellite ha la forma di un cubo di lato 13 cm ricoperto su cinque facce da pannelli
solari, fonte primaria di energia per il sistema. Sulla sesta faccia, invece, sono
sistemate le due antenne di comunicazione con terra: una per la banda dei 437 MHz
e l’altra per quella dei 2.4 GHz. All’interno sono presenti sei schede di controllo,
tre telecamere con dierenti distanze focali, sei pacchi batterie per immagazzinare
energia da utilizzare nei periodi di eclissi ed una ruota di inerzia comandata da un
motore che permette il controllo attivo dell’asse di spin del satellite.
Ogni scheda è caratterizzata da una struttura ridondante al ne di garantirne il
funzionamento anche in presenza di guasti.
Le funzioni del satellite sono suddivise nelle varie schede come segue:
PowerSupply
Ha il compito di caricare le batterie utilizzando i pannelli solari mentre la selezione
della batteria da caricare è adata ai due processori di bordo. Si occupa anche del
condizionamento dei segnali analogici provenienti dai sensori di bordo.
Powerswitch
PowerSwitch è la scheda che si occupa di generare le varie alimentazioni per i sottosistemi
del satellite prendendo energia dalle batterie. Su questa scheda sono inoltre
presenti due microcontrollori che si occupano di attivare i processori di bordo e
contare gli eventi di latch-up.
X
ProcA e ProcB
Le due schede fungono da processori di bordo e sono sostanzialmente simili nelle
funzioni svolte, ma dierenti nelle soluzioni realizzative. Le principali operazioni che
esse svolgono sono: l’acquisizione dei sensori di bordo, la creazione dei pacchetti di
telemetria, la gestione della carica delle batterie ed il controllo della scheda Payload.
La scheda ProcB si occupa inoltre del controllo del motore elettrico connesso alla
ruota d’inerzia, unica cosa che dierenzia le due schede.
Payload
Compito della scheda è la gestione delle fotograe che vengono scattate utilizzando
le tre telecamere. Inoltre la scheda si occupa della compressione delle immagini in
formato JPEG e della loro trasmissione ai processori di bordo che si occuperanno
poi di inviarle a terra.
TxRx
La scheda TxRx ha il compito di far comunicare il satellite e la stazione di terra.
Sono previsti due canali di comunicazione half-duplex su bande amatoriali: 437 MHz
per la scheda ProcA e 2.4 GHz per la scheda ProcB.
Il lavoro di tesi è iniziato con lo studio dell’implementazione della scheda PowerSupply,
realizzata precedentemente da un altro studente, per poi collaudarla. Terminata
la fase di collaudo di tutte le schede del satellite si è iniziata la fase di integrazione,
che ha richiesto circa un mese di lavoro.
Durante questa fase si è badato a risolvere tutti i problemi di comunicazione fra le
schede e si sono dovute apportare alcune piccole modiche al software dei processori.
Dopo aver completato l’integrazione del satellite si è giunti alla fase nale di collaudo
del sistema, realizzato questa volta utilizzando solamente la comunicazione radio con
la stazione di terra. Per poter giungere a questa fase è stato poi necessario realizzare
il software per una stazione di terra portatile, utilizzata durante le ultime fasi di
collaudo a Torino e durante il collaudo nale svoltosi a Baikonur. Tale stazione di
terra si interfaccia con un PC con ambiente Windows ed ha tutte le funzionalità
della stazione ssa ma con potenza di trasmissione ridotta. Con poche modiche
il programma realizzato può anche essere utilizzato per gestire la stazione di terra
presente sul tetto del Politecnico.
In questa fase sono stati eettuati molti test sul satellite, ultimo dei quali una
prova sulla collina torinese per vericare il puntamento delle antenne, i sistemi di
trasmissione / ricezione e tutte le funzionalità del satellite.
La struttura di questo documento è la seguente:
XI
Capitolo 1 descrive il progetto globale, la sua struttura ed i vincoli ambientali cui
il satellite è sottoposto;
Capitolo 3 descrive tale scheda e la procedura di collaudo seguita;
Capitolo 4 descrive la scheda processore di bordo B ed il software realizzato;
Capitolo 2 descrive brevemente i protocolli di comunicazione utilizzati tra le varie
schede e con la stazione di terra;
Capitolo 5 descrive la stazione di terra ssa posta sul tetto del Politecnico e la
stazione di terra portatile, di cui è stato realizzato il software;
Appendici riportano gli schemi elettrici delle schede del satellite di cui si è parlato
ed una breve descrizione dell’ambiente spaziale e del modello di cella solare,
utili per una maggiore comprensione delle scelte che sono state fatte nel
progetto.