Resolver desafíos comerciales y técnicos para la prueba funcional de aviónica satelital

​La industria espacial está experimentando una rápida transformación impulsada por los avances en la tecnología y un aumento en la inversión por parte de gobiernos, compañías privadas y otras organizaciones. Si bien países en todo el mundo están invirtiendo fuertemente en programas relacionados con el espacio para la Luna, Marte y más allá, las compañías privadas están haciendo contribuciones significativas en cohetes reutilizables y un acceso al espacio significativamente mejor. Básicamente, la carrera espacial moderna está impulsada por una cantidad de constelaciones de satélites sin precedentes para aplicaciones como observación de la tierra, comunicación global, investigación científica y defensa.

La evolución de las tecnologías satelitales es un impulsor clave de oportunidades comerciales, innovación y progreso tecnológico para las compañías que desarrollan satélites. Sin embargo, esta transformación de la industria también representa un creciente número de desafíos comerciales y tecnológicos que las compañías y los equipos de ingeniería deben superar. El núcleo de un satélite son varios sensores, subsistemas de aviónica para control de vuelo, electrónica de potencia, sistemas de comunicación y una carga útil única. Este documento discutirá el importante paso de probar los sistemas de aviónica satelital a lo largo del ciclo de vida del desarrollo, abordando los desafíos técnicos y comerciales y garantizando el éxito.

Figura 1: Los satélites están compuestos por varios sensores, subsistemas de aviónica, electrónica de potencia, sistemas de comunicación y una carga útil única.

​Desafíos de la prueba de aviónica satelital

​La aviónica satelital son los componentes o sistemas que son responsables del vuelo del satélite y dirigen y controlan muchos de los otros sistemas satelitales. Probar la aviónica es un paso crítico en el desarrollo y lanzamiento de una misión satelital exitosa. El aumento de competidores en el mercado y programas gubernamentales más estrictos han generado una presión significativa en los costos y en los plazos para los fabricantes de satélites. En comparación con las expectativas históricas para los programas gubernamentales, los programas modernos enfrentan el desafío de reducir costos y entregar componentes de aviónica, bus de satélite, subsistemas de carga útil y satélites completamente integrados en toda la cadena de suministro en plazos más cortos. Para las compañías de New Space, la presión del tiempo de comercialización es omnipresente, con una financiación limitada y un aumento en los competidores en el mercado. Esta intensa presión de tiempo impone una carga cada vez mayor a las organizaciones de pruebas; a medida que ocurren retrasos en el desarrollo, se espera que los equipos de pruebas reduzcan sus cronogramas para cumplir con las fechas clave.

Figura 2: Cronogramas ideales del proyecto en comparación con la realidad; a medida que se producen retrasos durante el desarrollo, se ejerce más presión sobre las organizaciones de pruebas.

​Por el lado de la tecnología, garantizar la fiabilidad y la precisión de la prueba es un desafío importante, especialmente cuando también debe mantenerse al día con los últimos avances en aviónica satelital y tecnologías de carga útil. Debido al giro del mercado por satélites de órbita terrestre baja (OTB) y tamaños de constelación más grandes, las organizaciones de ingeniería y fabricación también se enfrentan al desafío de escalar los volúmenes de producción en uno o más órdenes de magnitud, además de tener recursos limitados. Para enfrentar estos desafíos, las organizaciones involucradas en pruebas de aviónica satelital deben trabajar de manera más cercana y eficiente a lo largo del ciclo de vida del producto, invertir en tecnologías de automatización y mejorar los procesos organizacionales para cumplir con sus objetivos comerciales.

​El enfoque de NI para la prueba de aviónica satelital tiene como objetivo optimizar la eficiencia organizacional y mejorar la calidad y fiabilidad de los satélites utilizando herramientas integradas de hardware y software, automatización de pruebas y permitiendo a los clientes hacer de los datos una parte clave de su estrategia de pruebas. El uso de software de pruebas automatizadas y sistemas de adquisición de datos, acondicionamiento de señales, control a lo largo del ciclo de vida del producto son partes integrales de este enfoque. El objetivo del enfoque de NI es ayudar a los ingenieros a automatizar las pruebas de producción de componentes, acelerar el ensamble, la integración y las pruebas (AIT) y cambiar las actividades de pruebas en una etapa más temprana del proceso de desarrollo. Al incorporar la gestión de datos y el análisis en las pruebas de componentes y subsistemas de los satélites, es más fácil y rentable identificar y resolver problemas en una etapa temprana del ciclo de desarrollo. NI proporciona una solución completa que agiliza el proceso de pruebas, ayuda a garantizar la calidad y fiabilidad y ahorra tiempo y costos a los fabricantes de satélites.

Figura 3: El enfoque de NI para pruebas de satélites tiene como objetivo optimizar la eficiencia organizacional y mejorar la calidad y fiabilidad de los satélites utilizando herramientas integradas de hardware y software, automatización de pruebas y permitiendo a los clientes incorporar una estrategia de Diseño para Pruebas (DFT).

​Utilizar instrumentos definidos por software puede reducir los costos generales de los equipos de pruebas, permitiendo la reutilización del mismo equipo y la IP de medida a lo largo de los ciclos de vida de las pruebas de validación y producción. Los instrumentos definidos por software brindan flexibilidad en las pruebas, permitiendo que una sola pieza de equipo realice múltiples funciones o estandarice el hardware en una organización. Además, los instrumentos definidos por software facilitan la automatización de las pruebas para minimizar las medidas manuales y soportar los crecientes volúmenes de producción. Al estandarizar y reutilizar un número limitado de activos de prueba, se puede poner más atención en automatizar y mejorar las capacidades de medida, aumentar la cobertura de las pruebas y mantener los costos bajos mientras se mantiene la flexibilidad.

​Selección de instrumentación de pruebas paramétricas de alto rendimiento

​Los sistemas de aviónica satelital interactúan con prácticamente todas las demás partes del satélite, incluyendo sistemas mecánicos y actuadores; guía, navegación y control (GN&C) y sistemas de energía eléctrica. Estas interfaces incluyen señales de control, señales de sensores, señales de navegación y comunicaciones y energía. Las diferentes E/S de señales del sistema de aviónica requiere una solución de pruebas con una amplia variedad de instrumentos y capacidades. NI tiene una selección líder en la industria de instrumentos de adquisición de datos, control y electrónicos en la plataforma PXI para abordar todos los requisitos técnicos de un sistema moderno de aviónica satelital. La plataforma PXI también ofrece un enfoque escalable que permite la adición de más señales a medida que aumenta el número de canales o un aumento con nuevos tipos de señales a medida que se integran más componentes en un sistema. La temporización y la sincronización de PXI garantizan que la capacidad de la prueba de aviónica satelital pueda cumplir con los requisitos técnicos más exigentes de rendimiento y escala.

​Instrumentación de alta densidad para una amplia cobertura de requisitos

​La conmutación se ha utilizado tradicionalmente para lograr medidas en grandes conjuntos de puntos de prueba, pero esto se puede simplificar con instrumentación de gran cantidad de canales. Por ejemplo, no todas las medidas de voltaje requieren precisión del DMM y los módulos de adquisición de datos (DAQ) de alta densidad pueden eliminar la necesidad de conmutación dentro del sistema de pruebas. La instrumentación generalmente tiene interruptores internos o impedancias de entrada altas, por lo que no se requiere conmutación adicional para desconectar el instrumento del DUT. La E/S de alta densidad también permite pruebas de validación más completas, que pueden identificar problemas al inicio del programa, lo que reduce los cronogramas y el riesgo del proyecto. Debido a la densidad y variedad de las señales involucradas en la aviónica satelital, puede ser un desafío maximizar la cobertura de la prueba y mantener tiempos de prueba eficientes, pero la densidad que ofrece PXI permite maximizar la cobertura de la prueba con un impacto mínimo en el tiempo de la prueba, reduciendo así el riesgo del programa. Monitorear canales no críticos para transitorios inesperados con canales de alta densidad y bajo costo permite una cobertura más completa sin la necesidad de dar a todos los pines el mismo nivel de escrutinio y tiempo de prueba.  

​Dependiendo del DUT que se esté probando, las E/S de uso general pueden no ser adecuadas para realizar algunas de las medidas requeridas. Para medir estos pines/canales, se enciende un equipo especializado o se usa acondicionamiento de señales externo. Es ideal poder medir todos los pines/canales simultáneamente, razón por la cual comúnmente se implementa acondicionamiento de señales, pero hacerlo generalmente conduce a problemas de sostenibilidad y mantenimiento. La plataforma PXI ofrece módulos con acondicionamiento de señales común e integrado para simplificar el diseño y el mantenimiento del sistema de pruebas. Además de los módulos PXI, se puede aprovechar un chasis de conmutación, carga y acondicionamiento de señales (SLSC) para cumplir con los requisitos de acondicionamiento de señales específicos de la aplicación.

​Habilitar pruebas de alta mezcla y escala

​La solución de prueba funcional de aviónica satelital de NI proporciona un extenso portafolio de hardware de señal mixta, software de abstracción de medidas, motores de secuencia y frameworks de automatización totalmente personalizables, una infraestructura del sistema de pruebas basada en rack y espacio para alojar hardware adicional específico de la aplicación. Esta infraestructura permite que los sistemas de pruebas basados en PXI optimicen el diseño, la adquisición, el ensamble y la implementación de un sistema de pruebas prácticamente integrado, lo que puede acortar sustancialmente los cronogramas de desarrollo de las pruebas.  

​Además, las interconexiones masivas permiten aprovechar los activos de pruebas en varios productos y familias de productos sin cambiar el activo de prueba en sí. Los cambios en el adaptador de prueba de interfaz (ITA) permiten un cambio mínimo o nulo en los costosos equipos de prueba mientras se reutiliza el activo de prueba. El uso de E/S modular en PXI permite que los sistemas se escalen de acuerdo al número de canales requeridos para el sistema de aviónica satelital. Esto significa que el mismo sistema diseñado para un componente se puede expandir para cubrir necesidades de programas futuros sin la necesidad de adquirir un nuevo sistema. Estos sistemas se pueden mantener durante todo el ciclo de vida del programa, desde el diseño, la validación, la producción de componentes de aviónica y AIT, y el hardware se puede reutilizar con cambios en el software para cubrir diferentes necesidades de pruebas.  

​Incorporar protocolos de aviónica digital

​Además de la variedad de instrumentación requerida para probar funcionalmente la aviónica satelital, los sistemas de pruebas a menudo requieren diferentes protocolos de aviónica digital que incluyen, entre otros, Ethernet, Serial RapidIO® y SpaceWire. Incorporar estas interfaces en un sistema de pruebas a menudo representa un riesgo significativo para el cronograma y la capacidad de mantenimiento debido a la falta de equipo comercial (COTS) disponible para cumplir con ciertos requisitos de especificación. NI ofrece un enfoque para ayudarlo a satisfacer sus necesidades técnicas, combinando los beneficios de una solución COTS con los que ofrece un diseño personalizado, sin sacrificar la personalización requerida para cumplir con sus requisitos técnicos. Nuestras herramientas incorporan un FPGA programable por el usuario para una máxima personalización para cumplir con los requisitos de su aplicación. A diferencia del enfoque tradicional, NI proporciona un punto de partida de alto nivel y listo para usar, lo que reduce la cantidad de ingeniería requerida para crear la solución.

​Herramientas avanzadas de automatización y diseño interactivo

​La plataforma PXI de NI facilita la preparación, la depuración y el aprendizaje rápido desde la caracterización completamente automatizada hasta el ensamble y las pruebas de validación de integración. Usando herramientas como InstrumentStudio y NI MeasurementLink, los diseñadores y técnicos pueden solucionar problemas de forma interactiva con instrumentos que son familiares, sin necesidad de programación. El framework de software subyacente permite que los esfuerzos de diseño se utilicen en secuencias de pruebas automatizadas, exportando parámetros de medidas que se han optimizado previamente durante la fase de diseño para ser reutilizados en etapas posteriores de pruebas automatizadas con herramientas como TestStand. 

​Lograr la interoperabilidad a lo largo del ciclo de vida

​Un desafío importante al que se enfrentan las organizaciones hoy en día es la falta de estandarización entre los proveedores en el uso de frameworks de software, lenguajes de programación y herramientas de automatización de pruebas. Esto se vuelve particularmente problemático durante el ensamble, la integración y las pruebas (AIT) de satélites, ya que se realizan pruebas complejas utilizando ATE de múltiples proveedores de componentes. Para superar este desafío, NI ha adoptado herramientas avanzadas y enfoques para el intercambio de datos y el control de procesos, manteniéndose al día con las cambiantes necesidades de los clientes en cuanto a interoperabilidad y capacidad remota. La herramienta Remote-Ability de NI aprovecha gRPC, un framework de llamada a procedimiento remoto (RPC) de código abierto y de alto rendimiento, para proporcionar a las organizaciones una interfaz de software sencilla entre sus activos de prueba que promueve la compatibilidad entre lenguajes de programación y entornos. Al usar gRPC, las organizaciones pueden implementar una capa de interoperabilidad estándar entre proveedores y activos de prueba, lo que permite a los proveedores trabajar dentro de sus flujos de trabajo existentes y utilizar sus lenguajes y herramientas preferidos.

​Entregar productos más rápido con información de datos de productos

​Las presiones del mercado como cronogramas acelerados, un mercado cada vez más competitivo, la complejidad de la carga útil y los satélites en evolución, y los costos operativos y de capital pueden impedir la ejecución eficiente y el éxito de las compañías de satélites. El uso de estrategias de datos centradas en el producto que involucran conectividad, análisis y automatización puede ayudar a estas organizaciones a maximizar el valor comercial de los datos de productos y procesos. Las estrategias de datos centradas en el producto incorporan fuentes de datos tradicionales de procesos y equipos, pero también agregan otras fuentes, como especificaciones, evolución del diseño, integración y especialmente, pruebas. Dado que los datos del producto registran los resultados, permanecen como el núcleo de las estrategias centradas en el producto. 

A medida que surge la necesidad de una mayor eficiencia operativa, Test Operations necesita transformar sus esfuerzos en un mayor valor comercial, proporcionando una mayor capacidad de generación de datos. El software SystemLink™ conecta los activos de pruebas de laboratorio y de producción, lo que permite una gestión centralizada de los sistemas y los datos que producen. Los datos de pruebas se pueden usar para monitorear el rendimiento de los componentes y sistemas del satélite a lo largo de los procesos de construcción e integración, lo que puede ayudar a identificar problemas o áreas que necesitan mejoras. Al identificar estos problemas con anticipación, las compañías de satélites pueden evitar la necesidad de cambios en el diseño que pueden agregar costosos retrasos en el cronograma. El ecosistema de software SystemLink de NI permite a las compañías emplear estrategias avanzadas de administración de datos utilizando un enfoque moderno y conectado por software para analizar datos de diseño y pruebas, con un enfoque en satisfacer las necesidades de los ingenieros. SystemLink combina una amplia experiencia en software de NI con nuevas tecnologías de aprendizaje de máquinas y en la nube, para ayudar a los ingenieros a crear rápidamente nuevos productos e innovaciones.

​La creciente complejidad de los productos de aviónica satelital está presionando a los equipos de ingeniería para que proporcionen sistemas de pruebas más complejos y que además cumplan con cronogramas cada vez más limitados. Estas presiones se ven agravadas por un mercado de fabricación más competitivo, donde los ahorros de costos por excelencia operativa pueden ser la diferencia entre liderar el mercado y esforzarse para competir. Para combatir estas presiones, los mejores grupos de ingeniería están estandarizando sus enfoques para probar con frameworks reutilizables de componentes COTS. Este enfoque ayuda a acelerar el desarrollo y garantiza una futura escalabilidad.  

​NI ha sido líder en pruebas por más de 40 años. El enfoque de plataforma de NI para pruebas combina instrumentación de alto rendimiento con herramientas de software de desarrollo, secuencias y administración de pruebas para garantizar que usted cumpla con sus especificaciones, tiempos de comercialización y presupuestos. NI lo ayudará a estandarizar sus procesos, sistemas, software e infraestructura de datos para construir una base sólida para la tecnología de digitalización, como el análisis, que aprovecha lo mejor posible sus datos para mejorar el rendimiento operativo y del producto.

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