Objetivo da Missão

O Projeto visa capacitar estudantes envolvidos no projeto, que poderão utilizar os conhecimentos adquiridos em vários setores da sociedade brasileira, o que poderá potencializar outros desenvolvimentos correlacionados no setor espacial, qualificar no espaço os componentes e os equipamentos que serão utilizados no satélite; vai testar concepções e arquiteturas de projetos utilizados no desenvolvimento dos subsistemas que compõem o satélite.

Capacidades da Missão

O ITASat-1 está equipado com um transponder do Sistema de Coleta de Dados (DCS), um receptor GPS (Sistema de Posicionamento Global), uma câmera denominada Cam e o DCX-2 (Experimento de Comunicação-2).

O transponder DCS foi desenvolvido em uma versão miniaturizada, de modo a se adequar às restrições de tamanho e consumo de energia de um CubeSat. Por ser compatível com o atual Sistema Brasileiro de Coleta de Dados, esse transponder pode coletar dados de mais de 900 Plataformas de Coleta de Dados (PCDs) espalhadas pelo território brasileiro e pelas áreas costeiras, oferecendo informações sobre qualidade da água, níveis oceânicos, composição do ar e migração animal.

A Cam é uma câmera comercial NanoCam C1U, que opera na faixa visível do espectro, tendo como principal objetivo validar o desempenho do sistema de controle de atitude.

O DCX-2 foi proposto pela comunidade brasileira de radioamadores como um experimento para prover um canal de comunicação com rádios amadores ao redor do mundo. O experimento possui três modos de operação — Beacon, Transponder e Store and Forward — permitindo a transmissão de diferentes tipos de mensagens nas faixas de UHF/VHF (Ultra High Frequency e Very High Frequency, respectivamente) para diversos receptores.

Especificações de Desempenho

A câmera Cam possui um sensor colorido de 3 megapixels com lente de 35 mm, oferecendo resolução espacial de 60 m por pixel a 650 km de altitude. O sensor CMOS colorido no formato 4:3 fornece imagens de 2048 × 1536 pixels em padrão RGB Bayer de 10 bits.

O ITASat-1 mantém uma órbita circular heliossíncrona a 575 km de altitude e inclinação de 98°, com hora local do nó descendente (LTDN) às 10h30.

Espaçonave e Componentes de Hardware

O ITASat-1 possui arquitetura CubeSat 6U, com massa de 5,2 kg. O barramento do CubeSat 6U inclui dois OBCs (computadores de bordo): um dedicado ao subsistema de tratamento de dados de bordo (OBDH) e outro ao subsistema de determinação e controle de atitude (ADCS).

O OBDH utiliza um computador comercial de alto desempenho baseado em ARM Cortex-M3, executando um sistema operacional embarcado de tempo real (FreeRTOS).
O computador do ADCS é baseado em um ARM7 MCU, que se conecta diretamente aos sensores (sensores solares, giroscópio e magnetômetro) e atua sobre os atuadores (magnetotorqueadores e rodas de reação).

A espaçonave inclui também os subsistemas de Telemetria e Telecomando (TMTC), Estrutural e Térmico (STS) e de Energia e Suprimento de Potência (EPS).

Painéis solares estão instalados em cinco faces do CubeSat, gerando 6 a 7 W de potência no total, enquanto a sexta face abriga a câmera. A energia é armazenada em baterias de íons de lítio.

ITASat-1 (Instituto Tecnológico de Aeronáutica Satellite-1)

O ITASat-1 é o primeiro microssatélite universitário e tecnológico do Brasil, financiado pela Agência Espacial Brasileira (AEB) no âmbito do Programa de Desenvolvimento e Lançamento de Satélites Tecnológicos de Pequeno Porte.
Seu desenvolvimento e operação representam uma importante oportunidade de formação e capacitação de estudantes brasileiros em tecnologia espacial, além de permitir o teste em órbita de novos componentes e tecnologias para futuras missões nacionais.

O projeto conta com coordenação técnica do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) e coordenação acadêmica do ITA (Instituto Tecnológico de Aeronáutica) — ambos localizados em São José dos Campos (SP). O ITA é responsável pelo projeto, construção, testes e operação do ITASat-1.

Outras universidades participantes:

• Escola de Engenharia de São Carlos (EESC/USP)
• Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)
• Universidade Estadual de Londrina (UEL)
• Universidade de Brasília (UnB)
• Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)
• Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho” (FEG-UNESP)
• Technische Universität Berlin (TUB), Alemanha — com o experimento ISL e intercâmbio de estudantes.

O projeto ITASat teve origem em 2005, com o objetivo de treinar e formar estudantes por meio do desenvolvimento de um produto espacial. O projeto visa motivar alunos de diferentes áreas a trabalhar de forma multidisciplinar, desenvolvendo competências tanto nas universidades quanto na indústria espacial brasileira.

Durante os anos, o projeto passou por diversas mudanças — desde um microssatélite de 100 kg até a atual configuração de CubeSat 6U, projetada, montada e testada com sucesso.

O lançamento ocorreu em dezembro de 2018, e desde então o ITASat vem sendo rastreado e operado pela equipe de controle em solo.

Bus

Desenvolvido como um CubeSat 6U, o ITASat foi projetado para servir como plataforma para futuras missões. Os principais aspectos considerados foram:

• Ênfase em Engenharia de Sistemas e nas etapas de Montagem, Integração e Testes (AIT)
• Uso de equipamentos COTS (Commercial-Off-The-Shelf)
• Modularidade em hardware e software
• Desenvolvimento de placas de interface elétrica e mecânica
• Capacidade de operação do satélite.

O foco em Engenharia de Sistemas, AIT, desenvolvimento de software e atividades de Verificação e Validação (V&V) permitiu concluir o CubeSat em dois anos. Para cumprir esse prazo, a maior parte dos subsistemas utilizou soluções COTS, especificadas de diferentes fornecedores, exigindo grande esforço da equipe para garantir compatibilidade entre todos os componentes.

O barramento 6U é composto pelos subsistemas convencionais de uma plataforma espacial, com destaque para dois OBCs — um dedicado ao OBDH e outro ao ADCS.

STS (Subsistema Estrutural e Térmico)

A estrutura interna do CubeSat reserva 2U para cargas úteis e 4U para a plataforma. O controle térmico é passivo.

EPS (Subsistema de Energia e Potência)

Baseado em uma solução COTS, o EPS fornece 40 Wh / 2600 mAh de autonomia com baterias de íons de lítio, linhas de potência reguladas (5 V e 3,3 V) e não reguladas (tensão da bateria – até 16,8 V).
Painéis solares fixos em cinco faces utilizam células de tripla junção com eficiência de 28%, gerando 6 a 7 W em média na órbita do ITASat.

OBDH (On-Board Data Handling)

Computador ARM-Cortex M3 executando FreeRTOS, com:

• MCU de 32 bits, baixo consumo
• 256 kB de EEPROM
• 4 MB de flash e 2 MB de SRAM
• Proteção SEU por EDAC em FPGA e proteção SEL
• MicroSD até 2 GB
• Interfaces GPIO, I2C, SPI, CAN e UART
• Testes de vibração, vácuo térmico e radiação (TID @ 20 krad, SEE @ 60 MeV)

O software embarcado foi totalmente desenvolvido pela equipe, em arquitetura modular por camadas, permitindo trabalho colaborativo e integração de bibliotecas e drivers externos.

ADCS (Attitude Determination and Control System)

Controlador baseado em ARM7 MCU, conectado aos sensores (solar, giroscópio, magnetômetro) e atuadores (magnetotorqueadores e rodas de reação). Implementa três modos de controle de atitude:

1. Controle B-dot para desaceleração (detumbling);
2. Controle magnético, alinhando o satélite ao campo magnético terrestre;
3. Controle três eixos, combinando rodas de reação e magnetotorqueadores.

TMTC (Telemetria e Telecomando)

Canal de subida (uplink) em UHF, taxa de 1200 bit/s, modulação AFSK.
Dois canais de descida (downlink):

• VHF, 1200–9600 bit/s, modulação BPSK, 22 dBm
• S-band, até 144 kbit/s, modulação BPSK, potência ajustável 27–33 dBm

As rádios UHF/VHF estão integradas em uma única placa, utilizadas para comando, controle e transmissão de dados de carga útil. O transmissor em S-band é dedicado a dados científicos de maior volume.

Payloads

Transponder DCS (Data Collection System)

Desenvolvido pelo INPE/CRN (Natal), com tecnologia atualizada e miniaturização para CubeSat. Compatível com o Sistema Brasileiro de Coleta de Dados, o transponder permite ao ITASat (5,2 kg) desempenhar a mesma função dos satélites SCD-1 e SCD-2 (115 e 117 kg, respectivamente).
Coleta dados de mais de 900 PCDs, com informações sobre qualidade da água, níveis fluviais, ar e migração animal.
Mais informações: http://sinda.crn.inpe.br/PCD/SITE/novo/site/index.php

Receptor GPS

Desenvolvido pela UFRN e pelo IAE/DCTA, tendo voado anteriormente em um foguete VSB-30. Para integração ao padrão CubeSat, foram criadas interfaces mecânicas e elétricas específicas.

Câmera (Cam)

Câmera comercial de observação na faixa visível (GomSpace NanoCam C1U), sensor colorido de 3 MP com lente de 35 mm e desempenho de 60 m/pixel a 650 km de altitude.

DCX-2 (Experimento de Comunicação-2)

Proposto pela comunidade de radioamadores, com três modos:

1. Beacon – transmissão periódica de até 10 mensagens armazenadas;
2. Transponder – retransmissão em VHF de sinais recebidos em UHF;
3. Store and Forward – armazenamento e posterior retransmissão de mensagens UHF em VHF, permitindo comunicação entre diferentes regiões do globo.

Lançamento

O ITASat-1 foi lançado em 3 de dezembro de 2018, às 18:34:05 GMT, durante a missão SSO-A SmallSat Express da Spaceflight, a bordo de um foguete Falcon-9 Block 5 da SpaceX, a partir da Base Aérea de Vandenberg (Califórnia).

A missão transportou 64 cargas úteis, sendo o maior lançamento compartilhado de satélites já realizado por um veículo norte-americano até então. O primeiro estágio do Falcon-9 foi reutilizado pela terceira vez e pousou com sucesso na plataforma “Just Read the Instructions”, no Oceano Pacífico.

Órbita: heliossíncrona circular, 575 km de altitude, 98° de inclinação, LTDN 10h30.

References

• XWiki
• XWiki Extensions