Modelagem e validação de um Sistema de Determinação de Atitude com Tolerância a Falhas para o NanosatC-Br2

O trabalho em questão consiste na validação por modelagem e simulação do Sistema de Determinação de Atitude com Tolerância a Falhas (SDATF), a ser testado na baixa órbita terrestre como carga útil do satélite científico NanosatC-Br2. Tal satélite vem sendo desenvolvido pela equipe do INPE (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais) emconjunto com a UFSM (Universidade Federal de Santa Maria) e tem por objetivo, além de consolidação da tecnologia associada no Brasil, o envio de experimentos científicos ao espaço. Devido à grande exposição de circuitos à radiação em órbita, um sistema de determinação de atitude usado em satélite deve ser robusto a chaveamento de bitsdecorrentes dessa exposição, fenômeno denominado Single Event Effect (SEE). Quando um SEE atinge uma célula de memória, corrompendo a informação armazenada, tem-se um Single Event Upset (SEU). O SDATF, portanto, se propõe a fornecer informações deatitude ao computador de bordo do satélite por meio de uma solução tolerante a falhas do tipo SEU. Esforços preliminares já foram feitos com o intuito de se validar o SDATF, mas devido a possíveis melhorias e alterações de requisitos ao longo do projeto, um método de validação mais flexível e que reduza o retrabalho se faz necessário. Embora avalidação por modelagem e simulação vá de encontro a essa necessidade, deve-se estabelecer um procedimento sistemático para a criação de um modelo fiel ao comportamento real do sistema, visto que características como escalonamento de tarefas, paralelismo enão determinismo tornam a descrição formal do sistema de maneira não ambígua uma tarefa complexa. O trabalho que se segue apresenta um procedimento para modelagem e simulação de sistemas com tolerância a falhas do tipo SEU, instanciando esse método aoSDATF. Ao longo do trabalho são abordados conceitos relacionados aos efeitos de partículas de alta energia sobre circuitos integrados no ambiente espacial, as causas desses efeitos e formas de mitigação. O formalismo necessário à modelagem do sistema é apresentado,bem como os experimentos com injeção simulada de falhas e os resultados que reforçam a validade do sistema proposto.This work consists in validation by model and simulation of the Fault Tolerant Attitude Determination System (SDATF), to be tested in terrestrial low orbit as payload of the scientific satellite NanosatC-Br2. This satellite is being developed by the National Institute for Space Research (INPE) in collaboration with Santa Maria Federal University, and its objectives are, besides the associated technology consolidation in Brazil, sendingscientific experiments to space environment. Due to large exposure of the circuits to radiation in orbit, the attitude determination system used in a satellite shall be robust to bit flips caused by this exposure, phenomena denoted as Single Event Effect (SEE). When a SEE affects a memory cell, corrupting the stored information, it is said that a Single Event Upset (SEU) occurred. SDATF, therefore, is proposed to provide informationabout the attitude to satellites onboard computer by means of a SEU fault tolerant solution. Preliminary efforts were already made with the purpose of validating SDATF, but a more flexible and rework reducing validation method is necessary due to possible system improvements and requirements changes along project lifecycle. Although validationby model and simulation meets this necessity, a sistematic procedure to build a realistic model shall be established, since features like task scheduling, parallel operation and non determinism make an unambiguous formal description of the system a complextask. The work that follows presents a procedure for modelling and simulation of SEU like fault tolerant systems, instantiating this method with SDATF. Along this work, concepts related to the effects of high energy particles on integrated circuits in the space environment, their causes and ways of mitigation are covered. The necessary formalismfor modelling the system is presented, as well as the experiments with simulated fault injection and the results that endorse the validity of the system proposed