La solució de GMV per a aviònica de microllançadors: un altre pas important cap a la qualificació del Sistema

Des del 2017, GMV treballa en el disseny, el desenvolupament i la qualificació d’un sistema complet d’aviònica per a un vehicle de llançament (el coet de sondeig MIURA 1). Aquest sistema comprèn tot els sistemes vitals per a l’aviònica d’un llançador clàssic: el subsistema de potència (des de l’emmagatzematge d’energia fins a la distribució de potència); el subsistema de gestió de dades (a càrrec de l’execució del timeline de la missió, però també de la recopilació de dades dels sensors, activar vàlvules i enviar dades de telemetria); el subsistema de guiatge, navegació i control (GNC), basat en sensors COTS i actuadors); programari embarcat, gestió de càrregues de pagament en microgravetat i cablejat (harness). En el marc d’aquesta activitat GMV està desenvolupant, així mateix, tecnologia per a la localització autònoma i el sistema de terminació.

El disseny i desenvolupament d’aquest sistema d’aviònica són especialment complexos en un mercat tan competitiu en el qual participen organitzacions de molt diversa índole, des dels ja coneguts proveïdors de serveis de llançament als nouvinguts al món dels microllançadors. Altres factors importants que cal tenir en compte són l’ús d’elements comercials i la disponibilitat de tecnologies avançades que garanteixin la qualitat de rendiment requerida amb un pressupost raonable.

A més dels factors esmentats, hi ha unes altres dues característiques que constitueixen elements fonamentals d’aquesta arquitectura: escalabilitat i modularitat. Aquestes són les bases de l’adaptació de l’arquitectura d’un coet de sondeig a un entorn de llançadors petits i microllançadors.

Els sistemes de gestió de dades de MIURA 1 han estat dissenyats amb una referència concreta en ment: les arquitectures clàssiques de l’aviònica dels llançadors europeus (ARIANE 5 i VEGA) per a la identificació de les capacitats que necessita un sistema d’aquesta naturalesa per al compliment de la seva missió. Evolucionant a partir de l’arquitectura heretada d’anteriors llançadors, basada en la separació entre les funcions de telemetria i de processament a bord, s’ha migrat l’arquitectura a un model més similar al de les arquitectures de gestió de dades dels satèl·lits, que es basen en un component base denominat “node”.

Aquest enfocament ha donat lloc a un sistema la modularitat i escalabilitat del qual són algunes de les seves característiques més potents.

El bus principal de l’aviònica (ring) és l’element clau de la comunicació aviònica entre nodes en el sistema d’aviònica: l’ordinador a bord (OBC), al compartiment d’aviònica; la unitat de control del motor (ECU), al compartiment del motor, i altres nodes en altres seccions del llançador. El bus d’aviònica s’utilitza per complir la missió del llançador (donar ordres als actuadors i supervisar el sistema de propulsió), però també per recopilar totes les dades de tots els sensors analògics i càmeres de vídeo i enviar-les al segment terreny mitjançant el transmissor de telemetria i les antenes.

El sistema d’aviònica ja ha superat la seva revisió de disseny i està actualment en el procés de qualificació, que comporta la verificació funcional i una extensa activitat de validació al Banc de Proves d’Aviònica de GMV a Tres Cantos (Madrid), així com la realització de les proves de qualificació ambiental que es fan a les instal·lacions d’ALTER a Tres Cantos (Madrid).

Tenint en compte les diferents configuracions de maquinari dels nodes de gestió de dades, s’han identificat dos models de qualificació que involucren totes les diferents configuracions possibles de maquinari: un model de qualificació (QM) representatiu de l’OBC i un model de qualificació (QM) representatiu de l’ECU.

A principis de setembre, els dos models de qualificació van ser objecte d’una completa campanya de vibració en una configuració representativa de vol. Es va executar una missió completa durant cada assaig de vibració en els diferents eixos, així com una verificació preliminar del compliment amb èxit de la missió en vol per donar llum verda a l’execució de l’assaig següent. Es van simular o es van estimular totes les interfícies d’acord amb un perfil estàndard de missió i es van registrar totes les dades a bord i a terra (EGSE). Tot seguit, es va dur a terme una anàlisi en profunditat de les dades registrades i els arxius de registre EGSE, demostrant la plena funcionalitat dels models de qualificació.

Proves de vibració: detalls de la configuració de la prova del model de qualificació de l’OBC.

Amb aquest resultat, els dos models de qualificació avancen en el pas següent dins de la campanya mediambiental: l’assaig d’oscil·lació de potència tèrmica per a l’OBC i l’assaig de buit tèrmic per a l’ECU.

Els assajos tèrmics s’han fet amb èxit a l’octubre. També, durant el cicle tèrmic, es va dur a terme una verificació funcional detallada. Durant el tram horitzontal fred i calor, es va executar una missió completa en bucle obert i es va dur a terme una verificació del compliment amb èxit de la missió en vol amb la finalitat d’assegurar la correcta continuació de l’assaig.

Es van simular o es van estimular totes les interfícies d’acord amb un perfil estàndard de missió i es van registrar totes les dades a bord i a terra (EGSE). En els pròxims dies es durà a terme una anàlisi en profunditat de les dades registrades i els arxius de registre EGSE per a la correcta comunicació d’informació, tot i que els resultats ja obtinguts van confirmar la plena funcionalitat dels dos models de qualificació.

Proves de buit tèrmic: detalls de la configuració de la prova del model de qualificació de l’ECU.

MIURA 1 és un vehicle de llançament desenvolupat per PLD Space a Espanya, la missió del qual és proporcionar un entorn de microgravetat a una càrrega de pagament experimental. MIURA 1 té també un altre objectiu important: s’utilitzarà com a banc de proves en vol per a tecnologies que volaran amb MIURA 5, el microllançador de PLD Space.

El desenvolupament de l’aviònica per a MIURA 1 i MIURA 5, a càrrec de PLD i GMV, es va posar en marxa al gener del 2017. Des d’aleshores, les dues companyies treballen en el marc d’una aliança tecnològica, amb les inversions industrials apropiades. GMV és la responsable del desenvolupament i la qualificació del sistema d’aviònica complet, que inclou no sol subsistemes vitals de maquinari dels llançadors, sinó també el sistema de guiatge, navegació i control i el sistema de programari a bord.

L’ESA ha decidit donar suport a projectes privats europeus de serveis de microllançament amb tecnologies crítiques i facilitadores. El 2018, el Programa Preparatori de Llançadors Futurs de l’ESA va posar en marxa un contracte per cofinançar amb el sector privat el desenvolupament i la qualificació del sistema d’aviònica del MIURA 1, que pot ser fàcilment escalable i reutilitzat per a altres llançadors, inclosos petits i microllançadors. Després de superar diverses i importants avaluacions de disseny, el projecte ja està apropant-se al final de la fase de qualificació.