Formalización de Datos de Código Abierto a través de Ingeniería de Sistemas Basada en Modelos para el Diseño Preliminar Concurrente de CubeSats
Autores: Luccisano, Giacomo; Salas Cordero, Sophia; Gateau, Thibault; Viola, Nicole
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Formalización de Datos de Código Abierto a través de Ingeniería de Sistemas Basada en Modelos para el Diseño Preliminar Concurrente de CubeSats
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Tendencias del mercado
Operaciones satelitales
Ingeniería de sistemas basada en modelos
Prácticas de ingeniería concurrente
Cubesats
Intercambio de datos
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 18
Citaciones: Sin citaciones
Las tendencias del mercado en el sector espacial sugieren un aumento notable en las operaciones de satélites y en el valor del mercado para la próxima década. Paralelamente, ha habido un cambio en los sectores industrial y académico de la ingeniería de sistemas basada en documentos tradicionales a la ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) combinada con prácticas de ingeniería concurrente (CE). Debido a las crecientes demandas, los impulsores detrás de este cambio han sido la necesidad de procesos de diseño más rápidos y rentables. Un desafío clave en esta transición sigue siendo determinar cómo formalizar e intercambiar datos de manera efectiva durante todas las etapas de diseño y a través de todas las herramientas específicas de cada disciplina; ya que representar sistemas a través de modelos puede ser una tarea compleja. Por ejemplo, durante la fase de diseño preliminar (PD), la integración de modelos de sistema con modelos matemáticos externos para simulaciones, análisis y presupuestos de sistemas es crucial. La introducción de CubeSats y su estándar ha abordado en parte la cuestión de la estandarización y ha ayudado a reducir el tiempo y los costos de desarrollo en el sector espacial. Sin embargo, persisten las preguntas sobre cómo intercambiar datos con éxito. Este documento se centra en formalizar un modelo de CubeSat para su uso en varias etapas de la fase de PD. Todo el proceso se lleva a cabo con el uso exclusivo de herramientas de código abierto, para facilitar la transparencia de la integración de datos a través de las fases de PD y el ciclo de vida general de un CubeSat. El documento tiene dos resultados principales: (i) desarrollar un modelo genérico de CubeSat utilizando el lenguaje de modelado de sistemas (SysML) que incluye almacenamiento de datos y visualización a través de la aplicación de estereotipos del lenguaje de modelado unificado (UML), optimizando paralelamente el intercambio de información para la integración con diversas herramientas de simulación y análisis; (ii) crear un escenario de caso de uso de extremo a extremo dentro de la suite de software Nanostar (NSS), un marco de código abierto diseñado para optimizar el intercambio de datos entre diferentes software durante las sesiones de CE. Se presenta un estudio de caso de un concepto de misión espacial académica teórica como ilustración de cómo utilizar la formalización propuesta, y también sirve como una validación preliminar de la formalización propuesta. La formalización propuesta posiciona el modelo SysML de CubeSat como la fuente de datos central a lo largo del proceso de diseño. También apoya análisis de compensación automatizados al combinar los beneficios de SysML con la instanciación efectiva de datos a través de todas las fases de estudio de PD.
Descripción
Las tendencias del mercado en el sector espacial sugieren un aumento notable en las operaciones de satélites y en el valor del mercado para la próxima década. Paralelamente, ha habido un cambio en los sectores industrial y académico de la ingeniería de sistemas basada en documentos tradicionales a la ingeniería de sistemas basada en modelos (MBSE) combinada con prácticas de ingeniería concurrente (CE). Debido a las crecientes demandas, los impulsores detrás de este cambio han sido la necesidad de procesos de diseño más rápidos y rentables. Un desafío clave en esta transición sigue siendo determinar cómo formalizar e intercambiar datos de manera efectiva durante todas las etapas de diseño y a través de todas las herramientas específicas de cada disciplina; ya que representar sistemas a través de modelos puede ser una tarea compleja. Por ejemplo, durante la fase de diseño preliminar (PD), la integración de modelos de sistema con modelos matemáticos externos para simulaciones, análisis y presupuestos de sistemas es crucial. La introducción de CubeSats y su estándar ha abordado en parte la cuestión de la estandarización y ha ayudado a reducir el tiempo y los costos de desarrollo en el sector espacial. Sin embargo, persisten las preguntas sobre cómo intercambiar datos con éxito. Este documento se centra en formalizar un modelo de CubeSat para su uso en varias etapas de la fase de PD. Todo el proceso se lleva a cabo con el uso exclusivo de herramientas de código abierto, para facilitar la transparencia de la integración de datos a través de las fases de PD y el ciclo de vida general de un CubeSat. El documento tiene dos resultados principales: (i) desarrollar un modelo genérico de CubeSat utilizando el lenguaje de modelado de sistemas (SysML) que incluye almacenamiento de datos y visualización a través de la aplicación de estereotipos del lenguaje de modelado unificado (UML), optimizando paralelamente el intercambio de información para la integración con diversas herramientas de simulación y análisis; (ii) crear un escenario de caso de uso de extremo a extremo dentro de la suite de software Nanostar (NSS), un marco de código abierto diseñado para optimizar el intercambio de datos entre diferentes software durante las sesiones de CE. Se presenta un estudio de caso de un concepto de misión espacial académica teórica como ilustración de cómo utilizar la formalización propuesta, y también sirve como una validación preliminar de la formalización propuesta. La formalización propuesta posiciona el modelo SysML de CubeSat como la fuente de datos central a lo largo del proceso de diseño. También apoya análisis de compensación automatizados al combinar los beneficios de SysML con la instanciación efectiva de datos a través de todas las fases de estudio de PD.