Space Research Group (SRG) 2011 · –Interconexión de estaciones remotas científicas (i.e. Bases españolas antárticas y HESPERIDES) –Comprobación en vuelo de nuevos sensores

Space Research Group (SRG-UAH)2011

Desarrollo de instrumentación espacial. ASTROMADRID 29-30 junio 2011

2Space Research Group -2011- (www.srg.uah.es)

SRG-Ciencia: Dto. Física (UAH)

9 doctores

1 físicos en fase de realización de tesis

1 ingeniero en fase de realización de tesis

1 becario

http://www.srg.uah.es/ciencia/mainASRG.html

SRG-Tecnología: Dto. Automática (UAH)

6 doctores

8 ingenieros en fase de realización de tesis

4 contratados

4 becarios

https://srg.aut.uah.es/

SRG-UAH: PERSONAL






SRG-Ciencia: Dto. Física

Estructuras en el medio interplanetario

Partículas energéticas solares y rayos cósmicos

Space Weather

Desarrollo de detectores de partículas


SRG-Tecnología: Dto. Automática

Instrumentación embarcable en satéliteHardware: procesadores, FPGAs, buses, etc.Codiseño Hardware/SoftwareDesarrollo de software de alta fiabilidad (Ada, C/C++, Java)

ESA standard PSS05IEEE standards

Sistemas empotradosSistemas operativos de tiempo realHerramientas de desarrollo SW (EDROOM, HRT-HOOD)

Planning & Schedulinghttps://srg.aut.uah.es/

SRG-UAH: Líneas de Investigación






SRG-UAH: Proyectos espaciales

• Finalizados:

– SOHO: CDPU del consorcio CEPAC

– PHOTON: instrumento PESCA

– FUEGO 2: OBDH y software de vuelo

– NanoSat 01: software de vuelo y mantenimiento

– NanoSat 1b: software de vuelo

– Microsat (INTA): OBDH, RTUs, EGSE y SW de vuelo

– SAGAS 150: OBDH, RTUs y software

• En fase de realización:

– Solar Orbiter: Energetic Particle Detector EPD

– SIDRA

– SPAX

– HUMSAT


SRG-UAH: SOHO-CEPAC

TM/TC

On-board computer(OBDH)

CDPU LVPCCDPUMAS-281Ada and assembler


SRG-UAH: PESCA/PHOTON

Pulse shapingelectronics

TM/TC

On-board data handling(OBDH)

Digital Electr.MAS-281

Telescope detector


SRG-UAH: FUEGO2

• Satélite dedicado a la detección de incendios• Nuestro grupo trabajo subcontratado por SENER• Desarrollamos el SW de control utilizando HOOD• Elementos controlados:

– MIR camera– TIR camera– VIS camera– NIS camera– Back-Body– Mirror– Downlink

• La especificación y elección del HW la hizo nuestro grupo (PPC+VME+68K)


SRG-UAH: NanoSat 01 y Nanosat 1B (INTA)

• Desarrollo completamente español

• Objetivos:– Adquisición de experiencia en I+D

– Interconexión de estaciones remotas científicas (i.e. Bases españolas antárticas y HESPERIDES)

– Comprobación en vuelo de nuevos sensores

NanoSat 01 Lanzado por Ariane 5 en diciembre de 2004 y Nanosat 1B el 29 de julio de 2009

SRG: software de vuelo y altualmente labores de mantenimiento


SRG-UAH: Programa MicroSat

• Satélite de 150 kg en órbita LEO• Proporciona un módulo de servicio multipropósito• Permite la demostración en vuelo de diferentes tipos

de experimentos• Adquisición del know-how para el desarrollo de la

nueva generación de microsatélites españoles• Reutilizaación de ideas, subsistemas y componentes• Seguir el concepto: “small, better & cheaper”• Participación de SRG:

– OBDH: Hardware y software– RTUs– MMU– GPS


SRG-UAH: SAGAS-150

• Sistema con Actuador Giroscópico Avanzado para Satélite

• Utilización para llevar a cabo el ACS de satélites de hasta 150 kg

• Responsabilidad de SRG:

– Software embarcado

– Software del EGSE

• En Microsat1 como carga tecnológica


SRG-UAH: Exomars

• Misión a Marte patrocinadapor ESA-NASA (2016)

• Orbitador y Lander

• Respuesta conjunta a la ESA entre ITT TCP / SI Company y SRG


– La participación de nuestro grupo fue al puerto y validar el algoritmos de navegación de vuelo de un entorno de simulación basado en una plataforma Linux i386 a un candidato representante de vuelo como LEON3 procesador SPARC v8 plataforma utilizando RTEMS OS


SRG-UAH: SIDRA

• Space Instrument for Determination of digital microelectronic components RAdiation tolerance

• Objetivos principales:

– Medición de los flujos de radiación

– Efectos sobre la electrónica (COTS)

• Quienes somos:

– Physics and Technics Department. KharkivUniversity. Ucrania

– Space Research Laboratory de la Universidad de Turku. Finlandia

– SRG. Universidad de Alcalá, España


SRG-UAH: SIDRA

• Tareas responsabilidad SRG

– Diseño, fabricación y pruebas de la Etapa Digital o Unidad de Control. Prototipo y modelo de ingeniería

– Diseño, fabricación y pruebas de la tarjeta DUT

– Software de control de la ED y EGSE

• Grupo ucraniano

– Dirección del proyecto

– Telescopio detector

– Etapa Analógica

– Fuente Alimentación Secundaria

– Mecánica

• SRL. Universidad de Turku

– Pruebas en acelerador (Jyvaskyla, Finlandia)


SRG-UAH: SIDRA

Interfaz

S/C

Te

lesco

pio

dete

cto

r

Etapa

Analógica

Fuente

Alimentación

(DC-DC)

Placa

Pruebas

(DUT)

Etapa

Digital

INSTRUMENTO SIDRA VEHÍCULO

ESPACIAL

Telecomandos

Telemetría

Señales auxiliares

y de tiempo

Alimentación

primaria

Alimentación

secundaria

Radiación

Te

lesco

pio

dete

cto

r

Etapa

Analógica

Fuente

Alimentación

(DC-DC)

Placa

Pruebas

(DUT)

Etapa

Digital


SRG-UAH: SIDRA

• Visión general


SRG-UAH: SPACE SITUATIONAL AWARENESS PROGRAMME BOARD

• Responsabilidad de SRG: Solar Particle Analyser eXperiment (SPAX)








SRG-UAH: HUMSAT/GEOID

• ¿Qué es HUMSAT?– Desarrollo y despliegue de una constelación de

cubesats con fines humanitarios – Humanitary Satellite Network Project

http://www.humsat. org

• ¿Qué es GEOID?– Es un proyecto de la Agencia Espacial Europea

(ESA) cuyo objetivo es validar la red de estaciones terrenas GENSO basadas en equipos de radioaficionado. HUMSAT es la constelación de cubesats que servirá como demostrador.http://www.genso.org



• Participación. Tareas:

1. Diseño, fabricación y validación de uno de los 9 satélites (3U) de la constelación HUMSAT

2. Instalación y puesta a punto de un nodo de comunicaciones de la red GENSO

3. Despliegue de un demostrador de un sensor de tierra de usuario



Coordinador

Dr. Manuel Prieto

Diseño Software

Dr. Oscar R. Polo

Estudiantes

Científico

Dr. Juanjo Blanco

Estudiantes

Diseño Hardware

Dr. Sebastián Sánchez

Estudiantes

Pruebas

Dr. Agustín Martínez

Estudiantes

Apoyo a la gestión

Dr. Daniel Meziat


SRG-UAH: Solar Orbiter, Energetic particle Detector


• desarrollo de la ICU y de la unidad de potencia de bajo voltaje (CDPU/LVPS)

• Oficina de Proyecto

• EPD PI : Dr. Javier Rodríguez-Pacheco

• ICU-CDPU/LVPS PI: Dr Sebastian Sanchez

• Jefe de Proyecto: Dr. Manuel Prieto

The Energetic Particle Detector Suite for Solar Orbiter and Team

R. F. Wimmer-Schweingruber 2), J. Rodríguez-Pacheco 1), R. P. Lin 3), G. M. Mason 4), B. Heber 2), E. Valtonen 5), E.C. Stone6), S. Sanchez 1), J. Blanco 1), M. Prieto 1), C. Martin 2), G. Ho 4), B.

Andrews 4), S. Burmeister 2), S. Boettcher 2), S. R. Kulkarni 2), L. Seimetz 2), B. Schuster 2)

1 Space Research Group, University of Alcala, Madrid, Spain2 University of Kiel, Germany

3 University of California, Berkeley, CA, USA4 Johns Hopkins University, Laurel, MD, USA

5 University of Turku, Finland6 California Institute of Technology, USA

SEP events

Solar System processes Astrophysical Processes

SEP Science: what features make Solar Orbiter an

“unique” mission?

Inner Heliosphere Mission:

• By traveling close to the Sun, within ~1-2 λ (SEP mean free path) of the acceleration region with an advanced in situ and remote sensing payload:

• We will disentangle acceleration and propagation processes.

• Photon and particle signatures from small events will increase by 1/r2, making it possible to observe events 15-20 times smaller than ever before.

• As the IMF is almost radial with much less variation (uncertainty) in length than is the case at 1 AU, the knowledge of the actual path length improves by a factor of 3-5 => our “resolution” will increase the same ammount.

Resolution increased 5 times (simulation)



Quasi Co-rotation:

• Co-rotational phases

together with remote

sensing will permit us to

disentangle:

– spatial and temporal

variations

– acceleration and

propagation processes



High latitude mission:– Study of the latitude distribution of

gradual and impulsive SEP events

close to the Sun.

– Ulysses has shown that SEP

manage to reach high latitudes, but

the cause(s) are still not clear

– High latitude measurements of:– SEPs by SolO EPD, plus field line

tracking, will be crucial to understanding

lateral transport.

– CME longitudinal extent by remote

sensing instruments will allow first direct

observations of the longitudinal size of

the acceleration regions

=> test acceleration & transport models

SEP Science: fundamental questions

The goal is to enhance our understanding of:

I.- The particles populations, their acceleration, and transport in the inner heliosphere,

II.- The connections between the solar surface and the heliosphere,

III.- Energetic phenomena in the solar corona at all latitudes.

Key Questions:

•How and where are energetic particles accelerated at the Sun?

•How are energetic particles released from their sources and distributed in 3D- space and time?

•What are the seed populations for energetic particles?

•What can we learn from EPD about coronal heating?

In order to meet these science goals we need an instrument with:

•Pitch angle coverage: multiple FOVs

•Isotopic Resolution

•Variable geometric factors

•Extremely wide Energy Range

Multiple Sensor Units

EPD instrumentation

• STEIN (Supra-Thermal Electrons Ions and Neutrals)

• SIS (Supra-thermal Ion Spectrograph)

• EPT (Electron and Proton Telescope)

• LET (Low Energy Telescope)

• HET (High Energy Telescope)

EPD instrumentation: STEIN

STEIN (Supra-Thermal Electrons Ions & Neutrals)Electrons & protons: 3 – 100 keV, Neutrals: 4 – 20 keV

• STEIN is a double-ended telescope• utilizing passively cooled silicon• Semiconductor detectors (SSDs)

• It uses an electrostatic deflection• system to separate electrons and• Ions

• Boom mounted

STEIN heritage: STE Stereo/impact

EPD instrumentation: SIS

SIS (Supra-thermal Ion Spectograph)Elemental Composition He-Fe: 8 keV/n – 10 MeV/n

Concept: time-of-flight mass spectrometer with a mass resolution of:m/σm ≈ 50Two units: one aperture each, 22o FOV SIS Heritage: ACE/ULEIS

EPT (Electron and Proton Telescope)

Fluxes and directional information of:

Electrons flux: 20-400 keV

Protons flux 20-700 keV

EPD instrumentation: EPT

Concept: DE-E technique telescope combined with magnetic/foil•Two Units, one pointing 45o

out of the ecliptic•2 apertures each

EPT Heritage : STEREO Solar Electron Proton Telescope (SEPT)

LET (Low Energy Telescope)

Flux and angular distribution of:

Protons 1.5-20 MeV,

He - Fe, 1.5-60 MeV/n

Isotopic Resolution

EPD instrumentation: LET

Concept: DE-E technique telescope

•Two Units•3 sensors each unit•6 stacks of silicon detector each unit•First two detectors are segmented

Individual telescope

LET Heritage: SOHO/ERNE

HET (High Energy Telescope):

Flux and directional information of:•electrons 0.3 - 20 MeV,•positrons 0.3 – 1 MeV,•protons : 10 – 100 MeV•ions (He – Fe) 50 – 200 MeV/n

EPD instrumentation: HET

Concept: DE-E technique telescope

•Two Units•Two oppositely directed FOV with 40o

full angle•Large Geometric factor allows fast cadence for high energy heavy ions

•EPT & HET use same eboxHET heritage: MSL/RAD

CDPU/LVPS

EPD Commom Proccessing Unit & interface with PDMU

CDPU/LVPS Heritage:SOHO/CEPAC, STEREO/IMPACT

EPD capabilities: Fields

of View

Green area: variability of the field at 1AU in a slow wind stream.

Grey area: variability of the field at 0,225 AU in a fast stream.

EPD capabilities: Energy Coverage

Documents

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