Os alunos da Carnegie Mellon University demonstraram notável trabalho em equipe e inovação durante o curso Spacecraft Design-Build-Fly Laboratory. Divididos em equipes especializadas – focadas em comunicações, orientação, navegação e controle (GNC) e visão – eles simularam os processos de coleta e transmissão de imagens do satélite e apresentaram atualizações aviônicas.
O esforço colaborativo culminou num momento crítico em que o trabalho meticuloso da equipa mecânica permitiu o desdobramento dos painéis solares do satélite, marcando um marco significativo na missão do satélite.
Este esforço colaborativo, liderado pelos professores Zac Manchester e Brandon Lucia, destaca a excepcional colaboração interdisciplinar na CMU.
Os pequenos satélites, também conhecidos como nanossatélites, têm o potencial de contribuir significativamente para vários campos, como a agricultura, a resposta a catástrofes e a investigação científica. No entanto, determinar a sua localização orbital precisa pode ser caro e pouco confiável. Kyle McCleary, um ECE Ph.D. estudante e assistente de ensino, dedica-se a melhorar a determinação da órbita desses pequenos satélites usando detecção visual e algoritmos de aprendizado de máquina. Neste curso, McCleary e aproximadamente 30 alunos aplicaram ativamente esta pesquisa.
Os alunos foram divididos em cinco equipes especializadas: comunicações, aviônica, mecânica, GNC e visão. Essa estrutura organizacional reflete as equipes de subsistemas encontradas em organizações proeminentes de exploração espacial como a NASA.
A equipe de comunicações desempenhou um papel crucial no gerenciamento de comandos de rádio de e para o satélite enquanto ele estava em órbita. Usando uma fita métrica amarela brilhante, a antena do satélite transmitiu imagens e medições para auxiliar na identificação de sua localização. Além disso, a equipe construiu uma estação terrestre para receber dados dos satélites cúbicos lançados por Manchester no início de março.
Rohan Raavi, veterano em ECE, fazia parte da equipe de aviônica. Embora admitisse com humor que sentia a pressão de enviar um satélite ao espaço, ele expressou seu entusiasmo genuíno pela aula.
“Isso mostra quanto ainda há para aprender e quanto espaço há para avanço nesta área da ciência e da engenharia”, Raavi disse. “A indústria espacial tem se concentrado muito na confiabilidade porque não quer correr o risco de falhar, o que significa que há muito espaço para progresso e melhorias, como o que estamos fazendo neste curso.”
A equipe de aviônica foi responsável pelo projeto das placas de circuito do satélite e do software necessário para a execução dos comandos. O trabalho deles foi fundamental para que o satélite chegasse ao espaço, onde o papel da equipe mecânica se tornou crucial. Eles garantiram que todos os componentes fossem montados corretamente para caber no foguete e que o satélite pudesse ligar e implantar seus painéis solares ao chegar ao espaço.
Quando Manchester ingressou na CMU, colaborou com Lúcia no lançamento deste curso. Ele enfatizou que informar os alunos sobre a viagem do satélite ao espaço acrescentou uma sensação de gravidade ao projeto, pois destacou a contribuição do seu trabalho para novas pesquisas assim que o satélite alcançasse a órbita da Terra.
Segundo Lúcia, os alunos desta turma começaram com um conceito de missão.
“Esses alunos são tão impressionantes. Esses são requisitos de missão que os engenheiros profissionais não conseguem cumprir, mas criaram algo que está pronto para voar”, ele disse.
As equipes do GNC e de visão trabalharam em estreita colaboração para atingir o objetivo principal da missão: identificar a posição do satélite em órbita. Seis câmeras a bordo capturaram imagens da Terra e identificaram pontos de referência distintos. A equipe do GNC garantiu medições precisas gerenciando a rotação do satélite, usando bobinas eletricamente carregadas para interagir com o campo magnético da Terra. Através de algoritmos sofisticados, a equipe do GNC ajustou a corrente nas bobinas para controlar a rotação do satélite.
Depois que o satélite foi posicionado corretamente para a geração de imagens, a equipe de visão utilizou câmeras e aprendizado de máquina para realizar a etapa final: determinar a localização do satélite. As imagens da Terra foram processadas através de um classificador de região de interesse (ROI), identificando pontos de interesse específicos, como lagos interiores. Esta informação foi então usada para calcular a posição e velocidade do satélite.
Haochen Zhang, aluno de mestrado em RI, fez parte da equipe de visão e compartilhou que este foi o primeiro curso em que toda a turma colaborou em um projeto do início ao fim.
No final do dia de demonstração, todos os participantes reuniram-se para uma fotografia da equipa, posicionando-se à volta de uma mesa onde estava exposto o seu satélite. Lúcia e Manchester manifestaram a sua determinação em continuar esta aula. Eles revelaram que o conceito de missão para a próxima iteração envolverá a utilização de processadores criados pela Efficient Computer, spinout da CMU, uma empresa co-fundada por Lucia. O desenvolvimento desses chips visa equipar os satélites com a capacidade de realizar com eficiência a computação a bordo dos dados dos sensores, estabelecendo um novo padrão de eficiência.
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