Arcsec simulator voor oriëntatie-testen van nanosatellieten

Arcsec is een high-tech spin-off van de KU Leuven met zestien medewerkers. Het bedrijf ontwikkelt oriëntatiecontrolesystemen voor kleine satellieten, de zogenaamde nanosatellieten. Met die systemen bepaalt een satelliet zelf hoe hij in de ruimte gericht is, door de sterren te herkennen die hij ziet. Ze worden gebruikt in zowel academische als industriële ruimtemissies.

Zo’n systeem moet je heel nauwkeurig kunnen valideren, en dat gaat moeilijk met de echte sterrenhemel. Arcsec zocht daarom een manier om zijn systemen op aarde realistisch te testen. Daarvoor kwamen ze bij ons terecht.

De uitdaging

Een testopstelling bouwen die de sterrenhemel geloofwaardig nabootst, bleek geen kleine opdracht. Het team van Arcsec is sterk in ruimtevaart-R&D, maar had geen ervaring met het bouwen van zo’n simulator. Het zelf ontwikkelen zou bovendien R&D-capaciteit wegtrekken van hun kernactiviteiten, met het risico op vertraging en hogere kosten.

De simulator moest aan drie eisen voldoen:

• het beeld moest visueel realistisch zijn;
• hij moest vlot draaien op beperkte embedded hardware;
• de bediening moest eenvoudig en intuïtief zijn.

Zonder zo’n testplatform zouden de validatiefases langer duren, en kon Arcsec de betrouwbaarheid van zijn systemen niet onder realistische omstandigheden nagaan. Daarom zocht het bedrijf een externe partner om de simulator te bouwen.

Het resultaat

Arcsec heeft nu een realistische, compacte en betrouwbare testopstelling voor zijn optische oriëntatiecontrolesystemen. De simulator toont realistische sterrenpatronen, zodat Arcsec de prestaties van de satellietsoftware al op aarde kan valideren, lang voor een satelliet gelanceerd wordt. En omdat wij de simulator bouwden, kon het R&D-team van Arcsec zich blijven toeleggen op zijn eigen systemen.

Wat we bouwden

Hardware in een gesloten behuizing

De simulator bestaat uit een compact elektronicabord met voldoende rekenkracht, gekoppeld aan een display met hoge resolutie. We ontwierpen het geheel in een compacte, gesloten behuizing.

Rendering in C++ en SDL2

De sterrenbeelden worden gerenderd in C++ met SDL2, zodat ze ook op de beperkte embedded hardware vlot en scherp op het display verschijnen. Het display toont zo precies het beeld dat de satelliet in de ruimte zal zien, en het oriëntatiesysteem kan zich daarop richten.

Een webapplicatie voor de bediening

Voor de bediening ontwikkelden we een lichte webapplicatie die op het toestel zelf draait. Gebruikers sturen de simulator zo via een eenvoudige, gebruiksvriendelijke interface aan.

Hoe we samenwerkten

We werkten nauw samen met het R&D-team van Arcsec. Eerst vertaalden we hun technische vereisten naar een haalbare architectuur. Daarna bouwden, testten en optimaliseerden we in korte cycli. Omdat we zo dicht op het team zaten, konden we snel bijsturen en meedenken over zowel de aanpak als de uitvoering.

Zo kwamen we in een technisch veeleisende omgeving tot een combinatie van hardware en software die aan alle functionele eisen van Arcsec voldeed. Dat we ook de webapplicatie voor de bediening voor onze rekening namen, was voor Arcsec een extra voordeel: ze kregen de volledige simulator van één partner.