Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Nanosatellite attitude determination and control
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
RIMA-2-206-MD-s
Wydział:
Inżynierii Mechanicznej i Robotyki
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
Mechatronic Design
Kierunek:
Mechatronic Engineering with English as instruction language
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Gallina Alberto (agallina@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Theoretical understanding of fundamentals of satellite attitude dynamics enforced by hands-on experience provided by a projects.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Knowledge of general aspects of Space missions Aktywność na zajęciach
M_W002 Knowledge of fundamentals of orbital mechanics Zaliczenie laboratorium
M_W003 Knowledge of dynamics of rigid body in three dimensions Zaliczenie laboratorium
M_W004 Knowledge of principal solutions of systems for attitude determination control system Egzamin
Umiejętności: potrafi
M_U001 Fundamentals of numerical tools for the analysis of space missions Aktywność na zajęciach
M_U002 Ability to design, manufacture and assemble an attitude determination and control system for small satellite Projekt
M_U003 Ability of reporting and presenting work carried out Prezentacja
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Organization of the work inside a team Wykonanie projektu
M_K002 Avoid conflicts inside a team Wykonanie projektu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 20 0 18 22 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Knowledge of general aspects of Space missions + - - - - - - - - - -
M_W002 Knowledge of fundamentals of orbital mechanics + - - - - - - - - - -
M_W003 Knowledge of dynamics of rigid body in three dimensions + - - - - - - - - - -
M_W004 Knowledge of principal solutions of systems for attitude determination control system + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Fundamentals of numerical tools for the analysis of space missions - - + - - - - - - - -
M_U002 Ability to design, manufacture and assemble an attitude determination and control system for small satellite - - - + - - - - - - -
M_U003 Ability of reporting and presenting work carried out - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Organization of the work inside a team - - - + - - - - - - -
M_K002 Avoid conflicts inside a team - - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 170 godz
Punkty ECTS za moduł 6 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
Przygotowanie do zajęć 20 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 90 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (20h):
  1. General picture (4h)

    • Introduction to the subject
    • Short history of spaceflights
    • How far is the space and how to get there
    • Space environment
    • Satellite mission phases
    • Satellite subsystems

  2. Orbital dynamics and mission design (6h)

    • Kepler’s laws
    • Keplerian Orbital Elements
    • Types of orbits (LEO, Geosynchronous, Geostationary, etc.)
    • Orbital propagation (Keplerian, secular J2)
    • Ground station communication windows
    • Satellite instrument coverage
    • Understanding sun visibility on different orbits

  3. Satellite attitude dynamics (6h)

    • Vector operations
    • Reference frames
    • Rotational Kinematics
    • Euler angles
    • Quaternions
    • Dynamics of a particle
    • Dynamics of a system of particles
    • Dynamics of a rigid body

  4. Satellite attitude determination and control (4h)

    • Disturbance Torques
    • Sensors (Sun sensor, star tracker, horizon sensor, magnetometer, gyro)
    • Passive systems (gradient, spin stabilization)
    • Active system (reaction wheels, magnetorquers, thrusters)
    • Avionics testing facilities

Ćwiczenia laboratoryjne (18h):
  1. Matlab exercises on attitude dynamics (6h)

    • Vector operation
    • Rotational Kinematics
    • Torque free attitude motion
    • SIMMECH implementation

  2. ADCS implementations (4h)

    • Example of TRIAD algorithm
    • B-dot detumbler

  3. AGI STK (4h)

    • Calculating ground station visibility periods
    • Calculation of sensor coverage
    • Simulation of Sun energy availability

  4. Celestlab (6h)

    • Basic orbital propagators
    • Understanding ground-tracks

Ćwiczenia projektowe (22h):
  1. Introduction (2h)

    • Team division
    • Workflow organization
    • System overview
    • Mission summary
    • Program schedule
    • System requirement summary

  2. SatLab description (2h)

    • Lab test rig
    • SatLab system physical layout
    • SatLab subsystems

  3. Project assignment (2h)

    • Project’s tasks assignment
    • Hardware requirements
    • Software requirements

  4. Design (10h)

    • Team work
    • Trainer support

  5. Assembling (2h)

    • B-dot algorithm review
    • Coils design review
    • Hardware printing and assembling

  6. Testing (2h)

    • Experimental tests
    • Experimental-numerical comparison
    • Analysis of error

  7. Final presentation (2h)

    • Project’s presentation
    • Lesson learned

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

All students who have taken part to the practical experimental part are allowed to write the examination.
The realization of the project is the necessary condition for writing the exam and receiving a final grade.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:
  • Attendance to the lessons : 15% of final grade
  • Final examination : 25% of final grade
  • Project presentation and report : 60%
Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Students are provided with notes from the lectures and laboratory classes. The material should be enough to recover the lack of knowledge resultant form the absence.
In the case of justified absence to the project classes, the student will be supported to repeat practical experiments in another date.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :
  • Master student
  • Basic knowledge of MATLAB
  • Basic knowledge of CAD modeling
  • Basic knowledge of C+
Zalecana literatura i pomoce naukowe:
  • Notes of the course.
  • Howard Curtis, Orbital Mechanics for Engineering Students, Elsevier Aerospace Engineering Series.
  • Peter Fortescue, Graham Swinerd, John Stark, Spacecraft Systems Engineering, Wiley.
  • Roger Bate, Donald Mueller, Jerry White, Fundamentals of Astrodynamics, Dover.
  • Anton De Ruiter, Schristopher Damaren, James Forbes, Spacecraft Synamics and Control An Introduction, Wiley.
Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

Nie podano dodatkowych publikacji

Informacje dodatkowe:

The subject is divided into two main parts. Initially, the theoretical background and numerical tools for simulating satellite attitude control system are presented. Next, acquired knowledge is applied to a mechatronic project that aims to design, manufacture and assemble the missing part of an attitude control system of a small satellite simulator (SatLab). Eventually, students will test the fully integrated SatLab on the existing ADCS testrig and compare results with numerical simulations previously carried out.

Main part of the lectures will be held by prof. Karol Seweryn from CBK – Space Research Centre, Polish Academy of Sciences.