30055

ENGINYERIA AERONÀUTICA
DISSENY DE
VEHICLES
ESPACIALS II
Guia de l’assignatura
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30055 Disseny de Vehicles Espacials II. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 14/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Modificada en CAA de data 18/07/2012
1
Crèdits: 6 ( 4 teoria + 2 pràctiques)
Tipus: Optativa
Crèdits ECTS: 4,8
Coordinador: Dr. Elena Fantino ([email protected])
Altres Professors: Gisela Detrell Domingo ([email protected])
Departament: Escola Tècnica Superior d’Enginyeria Industrial i Aeronàutica de Terrassa
Presentació
Coneixements previs
És necessari un bon coneixement de les assignatures Càlcul Infinitesimal, Física General,
Termodinàmica, Circuits Elèctrics, Equacions Diferencials, i Propulsió.
Les nocions impartides en l’assignatura Vehicles Espacials constitueixen un requisit previ fonamental.
Camps professionals
El futur enginyer aeronàutic ha de conèixer els fonaments de les tecnologies i activitats espacials en
tots els seus aspectes i amb la suficient profunditat com per a poder iniciar una activitat professional en
aquest àmbit.
Relació amb altres assignatures
Aquest curs continua i completa la formació impartida a Disseny de Vehicles Espacials I. El nucli
d’aquest curs és el disseny d’enginyeria de cada un dels subsistemes, que es basa en el coneixement
a nivell de sistema i les eines d’enginyeria impartides en DVE I. Els dos cursos formen un únic curs.
Objectius generals
Segons els objectius del Pla d'Estudis (BOE núm. 120, 18 mayo 2004) l’assignatura ha de formar en:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Enginyeria de disseny dels subsistemes d’un vehicle espacial, en particular:
Sistemes d’energia
Estructura i configuració del vehicle espacial
Sistemes de control tèrmic
Control d’actitud
Segment terra, comunicacions, operacions
Orientació i navegació
Dimensionat del sistema de propulsió
Vehicles tripulats
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30055 Disseny de Vehicles Espacials II. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 14/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Modificada en CAA de data 18/07/2012
Temari
Mòdul 1: Introducció (2 hores)
Tema 1: Introducció al curs, objectius, projectes
Tema 2: Introducció al disseny de subsistems del vehicle espacial
Mòdul 2: Sistema d’energia, EPS (3 hores)
Tema 3: Disseny de l’EPS
Tema 4: Models i pressupostos
Mòdul 3: Estructura i configuració del vehicle espacial (4 hores)
Tema 5: Procés de disseny estructural
Tema 6: Mecanismes
Tema 7: Disseny de la configuració
Mòdul 4: Sistemes de control tèrmic, TCS (3 hores)
Tema 8: Anàlisi Tèrmic
Tema 9: Disseny del TCS
Mòdul 5: Control d’actitud, ADCS (6 hores)
Tema 10: Control actiu i passiu
Tema 11: Determinació d’actitud
Tema 12: Disseny de l’ADCS
Mòdul 6: Disseny del sistema de comunicacions (12 hores)
Tema 13: Elements del sistema de comunicacions
Tema 14: Disseny dels enllaços
Tema 15: Codificació i modulació
Tema 16: Conceptes de telemetria i telecomandament, tracking
Tema 17: Manipulació de dades a bord
Tema 18: Operacions
Mòdul 7: Orientació i navegació (4 hores)
Tema 19: Sistema de determinació d’òrbita
Tema 20: Manteniment i control d’òrbita
Mòdul 8: Sistema de propulsió (4 hores)
Tema 21: Selecció i dimensionat del sistema de propulsió
Mòdul 9: Sistema de control ambiental i suport a la vida, ECLSS (2 hores)
Tema 22: Anàlisi i disseny de l’ECLSS
Mòdul 10: Projecte de disseny en equip (20 hores)
Tema 23: Projecte de disseny en equip
2
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30055 Disseny de Vehicles Espacials II. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 14/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Modificada en CAA de data 18/07/2012
3
Objectius específics dels mòduls

Mòdul 1
Introducció del curs, descripció dels objectius, estructura i projectes. Introducció al disseny detallat dels
subsistemes del vehicle espacial.

Mòdul 2
Es consideraran els elements dels sistemes d’energia, estructures i mecanismes, configuració, robòtica
i autonomia,control ambienta i suport a la vida, relacionats amb els requeriments d’una missió donada
des del punt de vista de l’enginyeria. Es presenta el procés del dissenys dels sistemes.

Mòdul 3
Definició i dimensionat del sistema estructural, a partir de l’anàlisis de l’entorn de llançament i
acoblament amb el llançador. Tipus d’estructures de vehicles espacials amb exemples. Anàlisi dels
mecanismes del vehicle espacial i les seves tecnologies. Disseny de la configuració del vehicle
espacial.

Mòdul 4
Es consideren les fonts d’energia tèrmica en vehicles espacials, tant des del punt de vista beneficiós
per mantenir els límits operacionals per als equips, com quan suposen un problema (caldrà dissipar
calor de elements de components crítics). S’estudiaran models per analitzar l’equilibri tèrmic del vehicle,
i tècniques per l’estudi de la transferència de calor i el control tèrmic.

Mòdul 5
Càlculs de dinàmica control d’actitud passiva i activa. Tecnologies existents pel control i la determinació
d’actitud. Disseny del sistema de determinació i control d’actitud. Elements dels algoritmes de control.

Mòdul 6
Elements del sistema de comunicacions, disseny and links. Link budgets i atenuació. Esquemes de
modulació aplicats a satèl·lits, estàndards de codi. Consideracions pràctiques en l’arquitectura de les
comunicacions. Conceptes de telemetria i telecomandaments, relació amb el satèl·lit i el segment terra.
Seguiment del satèl·lit, relació amb la telemetria, telecomandament i sistemes de comunicacions.
Conceptes operacionals per el control del vol espacial. Disseny del segment terra i relació amb els
requeriments de la missió.

Mòdul 7
Anàlisi del procés de determinació d’òrbita. Implementació de control orbital. Estudi de sistemes
autònoms de navegació (GPS, GLONASS). Estudi del sistema de navegació interplanetària (DSN)

Mòdul 8
Revisió de la propulsió coet, tipus de coets. Selecció i dimensionat dels components.

Mòdul 9
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30055 Disseny de Vehicles Espacials II. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 14/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Modificada en CAA de data 18/07/2012
4
Introducció als vehicles tripulats, anàlisi de les tasques de suport ambiental i a la vida i tecnologies
associades. Implementacions actuals. Anàlisi de les simulacions i possibles futures implementacions de
missions tripulades de llarga durada.

Mòdul 10
Al llarg del curs, els alumnes realitzaran un projecte en equip. Consistirà en desenvolupar un concepte
de missió per tal d’abastar molts dels aspectes dels cursos Disseny de Vehicles Espacials I i II. El
projecte serà la continuació i la finalització del treball començat durant el curs Disseny de Vehicles
Espacials I. El resultat parcial serà avaluat, i es requerirà als equips entregar un informe i realitzar una
presentació oral.
Metodologia de treball
Sessions teoria, problemes
Els continguts seran impartits amb ajuda de mitjans de projecció visual. Algunes classes es dedicaran a
la realització d’exercicis, també amb la participació dels alumnes.
Pràctiques, laboratoris
El curs inclou sessions pràctiques de simulació o càlcul amb vàries eines informàtiques. El curs inclou
temps per els exercicis de disseny, però pot requerir treball addicional pels estudiants. El projecte es
preveu com una ampliació de una d’aquestes sessions pràctiques. A més, es realitzaran algunes
classes pràctiques en el laboratori amb l’ajuda d’un cube-satèl·lit, específic per propòsits educatius.
Les tasques es penjaran amb dues setmanes d’antelació a l’intranet.
Materials
Bibliografia bàsica
Wertz J.R. and W.J. Larson (Eds.). Space Mission Analysis and Design, 3rd edition, Microcosm Press.
1999. ISBN: 978-1881883-10-4
Hughes, P.C. Spacecraft Attitude Dynamics, Dover Publications, 2004. ISBN: 0-486-43925-9
Griffin, M.D. and J.R. French. Space Vehicle Design. AIAA Education Series, 2004. ISBN: 1-56347-5391.
Fortesque, P.W. and J.P.W. Stark. Space Systems Engineering. John Wiley and Sons, 1995.
Morgan, W.L. and Gordon, G.D. Communications Satellite Handbook. John Wiley and Sons, 1989.
ISBN: 0-471-31603-2
Wiley J. Larson and Linda K. Pranke (Eds.). Human Spaceflight Mission Analysis and Design. McGrawHill (Space Technology Series), 2000. ISBN 978-0-07-236811-6
ENGINYERIA AERONÀUTICA
30055 Disseny de Vehicles Espacials II. Guia de l’assignatura
Aprovada en CAA de data 14/05/08
Modificada en CAA de data 27/05/09
Modificada en CAA de data 18/07/2012
5
Bibliografia complementària
Pisacane, V.L. and R.C. Moore. Fundamentals of Space Systems, Oxford University Press 1994, ISBN:
0-19-507497-1
Czysz P.A. and C. Bruno. Future Spacecraft Propulsion Systems. Springer, 2006, ISBN 3-540-23161-7
Eckart P. Spaceflight Life Support and Biospherics. Microcosm Press (Space Technology Library),
2010. ISBN 1-881883-04-3
Patel, M.R. Spacecraft Power Systems. CRC Press, 2005. ISBN: 0-8493-2786-5
Avaluació
Nf = 0.5Nef + 0.3Npr + 0.2Nep
Nf : Nota final
Nef : Nota examen final
Nep : Nota exercicis pràctics
Npr : Nota projecte