MATLAB y Simulink para sistemas espaciales

MATLAB® y Simulink® proporcionan a los ingenieros aeroespaciales capacidades que aceleran el proceso de desarrollo y mejoran la comunicación entre los equipos. Los ingenieros de sistemas y subsistemas utilizan MATLAB y Simulink para lo siguiente:

  • Llevar a cabo la validación de misiones en el dominio del tiempo según los requisitos.
  • Ejecutar simulaciones Monte Carlo a nivel de sistema mediante modelos multidisciplinares de naves espaciales.
  • Realizar estudios de compromiso para determinar el tamaño y el hardware óptimos de las naves espaciales.
  • Analizar los datos de telemetría y carga de naves espaciales.
  • Diseñar algoritmos de guiado, navegación y control (GNC) detallados.
  • Modelizar subsistemas de potencia fotovoltaicos (PV) y diseñar componentes de electrónica de potencia.
  • Analizar subsistemas de comunicaciones de radiofrecuencia (RF) y digitales e implementar los algoritmos en FPGAs.
  • Generar código C y C++ embebido de acuerdo con los estándares del sector espacial.
  • Realizar la verificación y validación del software de vuelo.

"MATLAB y Simulink nos han ahorrado alrededor de un 90 % en costes en comparación con la alternativa que estuvimos considerando, y a la vez nos proporciona flexibilidad en cuanto a codificación para desarrollar nuestros propios módulos y comprender totalmente las hipótesis establecidas, lo cual es fundamental cuando informamos de los resultados a otros equipos."

Patrick Harvey, Virgin Orbit

Uso de MATLAB y Simulink para sistemas espaciales

Guiado, navegación y control (GNC)

Gracias a MATLAB y Simulink, los ingenieros de sistemas de control pueden probar sus algoritmos de control con modelos de planta antes de la implementación, de forma que pueden lograr diseños complejos sin necesidad de emplear caros prototipos. Pueden crear diseños para múltiples configuraciones físicas, como la arquitectura de bus común del diseño de un satélite. Los ingenieros trabajan en un entorno único para:

  • crear y compartir modelos de GNC;
  • integrar y simular los efectos de los cambios del diseño mecánico y los controles en el nivel de sistema;
  • reutilizar código de vuelo generado automáticamente y casos de prueba;
  • integrar los diseños nuevos con herramientas y diseños heredados.

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Sistemas de potencia

Los ingenieros de sistemas de potencia utilizan MATLAB y Simulink para tareas como la ejecución de simulaciones para el análisis del perfil de potencia de las misiones, la predicción de los efectos en el sistema de la antigüedad de las baterías y la realización del diseño detallado de componentes eléctricos, tales como convertidores CC-CC.

Pueden modelizar componentes y sistemas eléctricos con rapidez, tales como paneles solares y reguladores de tensión, mediante los bloques proporcionados, o bien pueden crear bloques personalizados cuando el diseño lo requiera. Posteriormente, los ingenieros pueden simular el modelo para solucionar los complejos sistemas de ecuaciones subyacentes sin escribir código de bajo nivel y visualizar los resultados inmediatamente. También pueden incluir los efectos de la temperatura y la altitud en sus modelos a fin de llevar a cabo una simulación multidominio en un único entorno.

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Sistemas de comunicaciones

Los ingenieros de sistemas de comunicaciones emplean MATLAB y Simulink como un entorno de diseño común para desarrollar, analizar e implementar los sistemas de comunicaciones de naves espaciales. Los ingenieros pueden utilizar MATLAB y Simulink para crear prototipos de elementos de la cadena de señales, incluidos elementos de radiofrecuencia, antena y digitales. Posteriormente, pueden combinar el trabajo de varios equipos en un modelo ejecutable de nivel de sistema.

Estos ingenieros pueden explorar con rapidez las imperfecciones en el nivel de sistema y examinar escenarios hipotéticos que resultan difíciles de reproducir en el laboratorio. A medida que el diseño se desarrolla, los ingenieros pueden generar automáticamente código C para procesadores embebidos o código HDL para FPGAs.

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Ingeniería de sistemas

Los ingenieros de sistemas utilizan MATLAB y Simulink para llevar a cabo análisis dinámicos. Emplean modelos de sistemas terrestres y de naves espaciales multidominio ejecutables para la validación y verificación de requisitos, lo cual proporciona información útil sobre el comportamiento y el rendimiento a nivel de sistema.

Los ingenieros de sistemas pueden determinar los requisitos a partir de especificaciones de alto nivel, supervisar la implementación detallada de los requisitos en el diseño y rastrear los requisitos en el código fuente generado automáticamente. Tienen la posibilidad de asignar los requisitos a casos de prueba y medir automáticamente la cobertura de estos requisitos a medida que se ejecutan los casos de prueba.

Los ingenieros de sistemas también pueden crear informes personalizados y automatizados para las pruebas y la documentación de diseño.

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Ingeniería de software para la conformidad con los estándares espaciales

Los ingenieros aeroespaciales y de software deben cumplir una amplia gama de estándares que rigen sus procesos. Con MATLAB y Simulink, los ingenieros pueden ajustarse a los estándares empleados en todo el mundo, tales como NPR 7150.2 (requisitos de ingeniería de software de la NASA) y ECSS-E-40 (European Cooperation for Space Standardization, software de ingeniería espacial).

Estos ingenieros pueden ejecutar pruebas unitarias basadas en los requisitos y utilizar comprobaciones estándar de modelización para garantizar que sus algoritmos de software de vuelo estén listos para la producción. Entonces, pueden generar automáticamente código C y C++ a partir de los modelos y utilizar las capacidades de análisis de código estáticos, métodos formales y revisión de código a fin de comprobar la conformidad con estándares como MISRA.

También pueden determinar la ausencia de errores en tiempo de ejecución y automatizar la inspección de código. Los ingenieros pueden automatizar la generación de artefactos de certificación en cada paso, incluidos los documentos, las métricas y los requisitos de diseño de software. 

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Model, Simulate, and Visualize CubeSat Satellites

The CubeSat Simulation Library for Aerospace Blockset™ lets you model, simulate, analyze, and visualize the motion and dynamics of CubeSat satellites. To get started with CubeSat simulations, you can use the library’s ready-to-simulate example or model templates. Use the search term "CubeSat" on Add-On Explorer in the MATLAB desktop to find and install the library.