Publicado em: 25/03/2021

NANOSATC-BR2, projeto em parceria com o INF.

Professores e alunos do Instituto de Informática da UFRGS projetam sistema digital inserido no NanoSatC-BR2 para medir a influência da Anomalia Magnética do Atlântico Sul em Circuitos Integrados.

O NANOSATC-BR2 é nanosatélite científico e tecnológico no padrão CubeSat 2U com 1,72 Kg de massa que tem como objetivo estudar e monitorar, em tempo real, os distúrbios observados na Magnetosfera Terrestre, a intensidade do Campo Geomagnético e a precipitação de partículas energéticas sobre o Território Brasileiro, com determinação de seus efeitos principalmente na grande região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS). O projeto do nanosatélite é coordenado pelo INPE (São Jose dos Campos e Santa Maria) e a Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) e contou com a participação de diversas universidades no Brasil para o desenvolvimento da carga útil, como a equipe da Profa. Fernanda Lima Kastensmidt do Instituto de Informática e Programa de Pós-Graduação em Microeletrônica (PGMICRO) da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

Modelo de voo (29/jul/2020).

Placa da carga útil contendo experimentos da UFRGS.

A Anomalia Magnética do Atlântico Sul (AMAS) é uma região de depleção do campo magnético terrestre, diminuindo assim o escudo que protege a Terra da ação dos ventos solares e raios cósmicos. Essa região coincide com o local onde o anel mais interno do Cinturão de Van Allen fica mais próximo do nosso planeta e assim, isso propicia um maior fluxo de partículas nesta região.  Essas partículas ionizantes podem interagir com os circuitos integrados provocando falhas transitórias e permanentes. Por isso é importante medir a susceptibilidade dos circuitos integrados à AMAS.

NANOSATC-BR2 possui múltiplas placas de carga útil compostas por diversos experimentos projetados em Universidades do país: UFSM, UFRGS, UFMG e UFABC, no Radio Amateur Satellite Corporation do Brasil (AMSAT-Br) e a Liga de Amadores Brasileiros de Radio Emissão de São Paulo (LABRE-SP), e no Instituto Nacional de Pesquisa Espacial (INPE).

O experimento projetado na UFRGS é composto por um sistema digital implementado em dois circuitos integrados programáveis denominados FPGA e foi desenvolvido por professores e alunos do Programa de Pós-Graduação em Microeletrônica (PGMICRO) da UFRGS.

Um dos componentes do sistema mede o número de falhas simples e múltiplas em tempo real ao longo da órbita e foi desenvolvido parte pelo ex-aluno de doutorado Jorge Tonfat, hoje trabalhando Austrian Space Research Institute, que foi orientado pelo Prof. Ricardo Reis e co-orientado pela Profa. Fernanda Kastensmidt e pelo seu orientando de doutorado Fabio Benevenuti.

Com essas informações será possível correlacionar o número de falhas observadas e a localização do satélite na AMAS. Além disso, o sistema digital projetado também possui um conjunto de algoritmos matemáticos implementados em hardware com diversas topologias e técnicas de tolerância a falhas para medir a confiabilidade desses algoritmos e técnicas de mitigação operando sob a AMAS. Esse conjunto de algoritmos e técnicas de proteção contou com a colaboração de ex-alunos do PGMICRO Eduardo Chiele e Lucas Tambara, ambos orientados pela professora Fernanda Kastensmidt, e hoje trabalhando em Universidades e empresas no exterior.

O aluno de doutorado Fabio Benevenuti fez também toda a parte de controle dos módulos dos experimentos e a integração e verificação final dos componentes do sistema. “Um dos grandes desafios foi integrar todos módulos, que já estavam funcionando isoladamente, dentro da placa de circuito que é compartilhada também com experimentos da UFSM e controle do magnetômetro, e respeitar as regras do protocolo de comunicação com o computador de bordo do satélite, tudo isso sempre procurando minimizar o uso da energia fornecida pelas baterias e painéis solares”, diz o doutorando Fábio Benevenuti.

“Os resultados desse experimento serão importantes para guiar o uso de circuitos integrados de alto desempenho, especialmente FPGAs, na região da AMAS e determinar o quanto de mitigação a falhas deve ser usado para evitar falhas catastróficas”, afirma a professora Fernanda Kastensmidt.

O NANOSATC-BR2 foi lançado em órbita baixa (LEO), pelo lançador Russo Soyuz-2, operado pela Roscosmos, no dia 22 de março na plataforma de lançamento no Cazaquistão. O lançamento foi um sucesso e o nanosatélite já foi rastreado por diversos rádio amadores do Brasil. No segmento solo, a partir do qual os satélites são operados, enviando e recebendo dados, o Programa conta com uma rede de duas estações terrenas de rastreio, monitoramento e controle de nanosatélites, instaladas nos Centros Espaciais do INPE no Sul (no campus da UFSM) e Nordeste (RN).