Projeto VORSat

Apelidado de projeto VORSat, é uma resposta a um desafio proposto à Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP) pela Agência Espacial Europeia (ESA) para a construção de um Cubesat. Este desafio permite às universidades e empresas desenvolver, construir e lançar para o espaço pequenos satélites a um custo muito baixo.

A nível mundial, já são muitas as universidades e empresas interessadas nesta área da tecnologia espacial.

Como o seu nome indica, CubeSat, é um satélite em forma cúbica. As suas dimensões são muito reduzidas, aproximadamente 10cm de aresta, classificado de tipologia 1U (1 unidade), existindo a possibilidade de agrupar dois ou três cubos idênticos, formando as tipologias 2U e o 3U.
Estes cubos vão servir de balastro aos foguetões da ESA, no lançamento de satélites de maiores dimensões, sendo libertados aproximadamente a 300km de altitude.
A libertação do balastro e dos nanossatélites é feita através de rampas próprias de lançamento.
Após a libertação do foguetão, que os transporta, os pequenos satélites são ativados de forma automática, permitindo assim realizar as funções para o qual foram desenvolvidos.

O tempo de vida destes nano satélites varia muito, podendo durar até mês e meio, dependendo de três fatores:

• duração das baterias;
• capacidade de captar energia através de painéis solares;
• do tempo que leva o satélite a reentrar na atmosfera terrestre e desintegrar-se.

Portanto, o VORSat é um nanossatélite em forma de cubo, de tipologia 1U, devendo respeitar escrupulosamente alguns requisitos como são: as dimensões exacta, a massa e o centro de massa localizar-se no centro do cubo.

VORSat destingue-se dos outros nanossatélites porque pretende atingir os seguintes objectivos:

• Envio de sinais, para a estação terrestre, de modo a ser possível determinar o comportamento que o satélite têm no espaço, (estudo da atitude).
• Envio de sinais, para a estação terrestre, de modo a ser possível determinar a sua localização.
• Captação e gestão de energia, de modo a ser auto-suficiente em termos de energia eléctrica.

• Transporte, no seu interior, duma cápsula reaproveitável, sendo libertada no momento da reentrada do satélite na atmosfera terrestre. A cápsula terá o seu próprio circuito electronico para o envio de sinais de localização.

(última verificação: 6-03-2012)

Descrição do Projeto

Versão inicial

Conhecer a inclinação de uma superfície em relação a um ponto torna-se muitas vezes de extrema importância na indústria, na construção e em muitas outras atividades. Normalmente recorre-se a métodos de medidas que não ultrapassam algumas dezenas ou centenas de metros.
Este projeto pretende determinar a inclinação, de uma superfície, que se encontra num satélite. Portanto, a centenas de quilómetros. Para tal, recorre-se a sinais de rádio frequência transmitidos por antenas separadas de uma determinada distância 'd', sendo necessário 2 pares posicionados ortogonalmente na superfície do satélite.
As antenas são dimensionadas para operar à frequência de 2.45GHz (λ=122mm), sendo uma de controlo e outra que define o eixo em análise. Outra caracteristica referênte às antenas é serem planas e estarem impressas numa face da placa PCB (Printed Circuit Board) do circuito electrónico.
Para o estudo recorre-se a um satélite cúbico, por ser de configuração perfeitamente regular, de superfícies contíguas ortogonais e planas, possibilitando a instalação, de um conjunto de circuito e antenas independente em cada face. Pelo que, cada face terá uma unidade de rádio frequência completa sendo unicamente partilhado a fonte de alimentação.
Com o conhecimento contínuo da inclinação das superfícies, em relação à estação terrestre, é possível determinar a atitude do satélite.
O revestimento exterior do satélite será, em cada face, feito com placas de PCB de dupla face, ficando no lado exterior as várias antenas impressas e os painéis de captação de energia solar, e no lado interior toda a electrónica necessária para a transmissão dos sinais.
Entre as várias funções das unidades de rádio frequência é possível destacar vários blocos funcionais.

• Andar de potência – responsável pelo aumento da potência do sinal de entrada e enviar para as antenas com uma impedância de saída igual à das antenas.
• Circuito Oscilador – responsável por geral uma onda sinusoidal de frequência igual à frequência de transmissão desejada.
• Circuito D/A – responsável pela conversão dos sinais digitais, proveniente do micro controlador, e que será entregue ao modular I/Q em forma de um sinal analógico com vários níveis de amplitude.
• Micro controlador – responsável por várias funções, nomeadamente, ligar e desligar as antenas individualmente ou em conjunto de modo predefinido, enviar a mensagem identificativa da cada antena.
• Antenas – sendo os elementos radiantes do sinal, vão operar aos pares. Um par para cada eixo ortogonal, podendo ser uma antena comum aos dois pares.

(última verificação: 6-03-2012)

Condicionantes do Projeto

• Energia disponível – apesar de existir baterias, a fonte de alimentação, das unidades de rádio frequência, será alimentada pelos painéis solares, existentes nas faces do satelite. Isto implica a existência de um plano de gestão da energia eléctrica muito eficiente para o sucesso da missão.
  Uma forma de reduzir o consumo energético é que cada unidade de rádio frequência transmita alternadamente assim como as antenas de cada unidade. Outra forma, é a utilização de componentes de baixo consumo e o mais eficiente possível.

 

• Área das faces – A superfície disponível em cada face do satélite é inferior a 10x10cm. Aspeto que se torna critico uma vez que em cada face existe painéis de captação de energia solar, uma antena GPS e 3 ou 4 antenas para os sinais de avaliação da atitude do satélite.
  Como as antenas operam a 2.45GHz (λ=12.2cm) significa que as dimensões das antenas são relevantes, não deixando muito espaço para os painéis solares.

 

• Configuração das antenas – É condição do projecto a utilização de antenas planas, impressas na placa de PCB FR4 de dupla face. Esta medida condiciona o rendimento das radiações electromagnéticas, pelo que a escolha do desenho das antenas deve ser o mais criterioso possível. Do mesmo modo, deve ser criado uma técnica de reduzir o efeito da degradação do sinal, pela existência de uma superfície condutora a uma distância igual à espessura do substrato da placa de PCB FR4.

(última verificação: 6-03-2012)