- Sviluppo di un sistema miniaturizzato per il controllo real-time di assetto di nano e microsatelliti
- Development of a miniaturized real time attitude control system for nano and microsatellites
- Candini, Gian Paolo <1979>
Subject
- ING-IND/05 Impianti e sistemi aerospaziali
Description
- Microsatelliti e nanosatelliti, come ad esempio i Cubesat, sono carenti di sistemi integrati di controllo d’assetto e di manovra orbitale. Lo scopo di questa tesi è stato quello di realizzare un sistema compatibile con Cubesat di una unità, completo di attuatori magnetici e attuatori meccanici, comprendente tutti i sensori e l’elettronica necessaria per il suo funzionamento, creando un dispositivo totalmente indipendente dal veicolo su cui è installato, capace di funzionare sia autonomamente che ricevendo comandi da terra. Nella tesi sono descritte le campagne di simulazioni numeriche effettuate per validare le scelte tecnologiche effettuate, le fasi di sviluppo dell’elettronica e della meccanica, i test sui prototipi realizzati e il funzionamento del sistema finale. Una integrazione così estrema dei componenti può implicare delle interferenze tra un dispositivo e l’altro, come nel caso dei magnetotorquer e dei magnetometri. Sono stati quindi studiati e valutati gli effetti della loro interazione, verificandone l’entità e la validità del progetto. Poiché i componenti utilizzati sono tutti di basso costo e di derivazione terrestre, è stata effettuata una breve introduzione teorica agli effetti dell’ambiente spaziale sull’elettronica, per poi descrivere un sistema fault-tolerant basato su nuove teorie costruttive. Questo sistema è stato realizzato e testato, verificando così la possibilità di realizzare un controller affidabile e resistente all’ambiente spaziale per il sistema di controllo d’assetto. Sono state infine analizzate alcune possibili versioni avanzate del sistema, delineandone i principali aspetti progettuali, come ad esempio l’integrazione di GPS e l’implementazione di funzioni di determinazione d’assetto sfruttando i sensori presenti a bordo.
- Microsatellites and nanosatellites, such as Cubesat, usually lack of integrated orbital maneuver and attitude control systems. The aim of this thesis has been to realize a control system compatible with 1U Cubesat, integrating magnetic control, mechanical actuators and all needed sensors and electronics for their functioning, creating a device fully independent from the hosting spacecraft, capable to both autonomous and ground controlled operations. In this thesis the numerical simulation campaigns to validate the technical choices are described, together with the development of the electronics and mechanical structure, with the prototype tests and the final system characteristics. Such extreme integration may generate interferences between different devices, such as magnetotorquer and magnetometers. These effects have been studied and evaluated, verifying their amplitude and the validity of the design. Since the project is based on off-the-shelf components and ground electronics, after a brief theoretical introduction on space effects on electronic components, a fault-tolerant system based on newly developed theories has been described. This system has been designed, built and tested, verifying the possibility to realize a reliable digital controller for the attitude control system capable to resist to the space environment. Some advance versions of the control system have also been defined, describing the main characteristics, such as an integrated GPS or the implementation of attitude determination functions using the onboard sensors.
Date
- 2012-04-12
Type
- Doctoral Thesis
- PeerReviewed
Format
- application/pdf
Identifier
urn:nbn:it:unibo-4025
Candini, Gian Paolo (2012) Sviluppo di un sistema miniaturizzato per il controllo real-time di assetto di nano e microsatelliti, [Dissertation thesis], Alma Mater Studiorum Università di Bologna. Dottorato di ricerca in Meccanica e scienze avanzate dell'ingegneria: progetto n. 1 "Disegno e metodi dell’ingegneria industriale e scienze aerospaziali"