Desenvolvimento de Sistema Embarcado Baseado em FPGA Tolerante à Radiação para Aplicações Espaciais

Abstract

O ambiente espacial impõe desafios significativos à eletrônica embarcada, especialmente devido aos efeitos de radiação que podem comprometer a confiabilidade de sistemas digitais. Nesse contexto, a NG-MEDIUM da NanoXplore, uma FPGA tolerante à radiação, torna-se um componente relevante para missões espaciais que demandam maior resiliência aos efeitos radiativos. Nessa perspectiva, a Payload-X foi criada como carga útil experimental para validar o comportamento desse componente em órbita, no âmbito de CubeSats, mas sua arquitetura apresentou limitações, particularmente relacionadas à programação e à confiabilidade operacional, dificultando a continuidade do projeto.

Diante desse cenário, este trabalho tem como objetivo reavaliar, testar e simplificar a arquitetura existente, resultando no desenvolvimento de uma nova versão denominada BRAVE. A etapa inicial concentrou-se na análise funcional da Payload-X e na identificação das restrições e da complexidade da arquitetura, que tornavam a programação da FPGA excessivamente trabalhosa. Com base nesses achados, uma nova solução de hardware é proposta, seguindo uma metodologia orientada por requisitos, normas da \textit{European Cooperation for Space Standardization} (ECSS) e utilizando componentes \textit{commercial-off-the-shelf} (COTS) com qualificação automotiva.

O módulo BRAVE simplifica a arquitetura ao remover o microcontrolador da etapa de programação da FPGA e incorporar novas capacidades de telemetria e de comunicação com outros subsistemas do satélite. Como resultado, a solução apresenta maior compatibilidade com os requisitos das plataformas do SpaceLab UFSC, bem como de missões espaciais de outras instituições, incluindo satélites de diferentes portes, e não apenas CubeSats. Dessa forma, o sistema final poderá atuar como um computador de bordo (OBDH) primário ou redundante, superando as limitações da Payload-X e estabelecendo uma base para validações futuras em missões e plataformas como a do FloripaSat-RE e FloripaSat-3.