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Fonte, Sergio (2010) Test e validazione di strumentazione da volo. [Tesi di dottorato]

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Abstract (inglese)

The main objectives for Dawn are the collection of information on the initial stages of the Solar System, ie on the first million years of evolution and the processes on the newly formed bodies, the characterization of the "building blocks" from which they formed the terrestrial planets.

The main issue on which the mission will have to answer is what's the role of the mass of a stellar object in determining the future evolution. To achieve this purpose, the Dawn mission will investigate in detail two of the largest protoplanets that have remained almost intact since their formation, but who were trained in different areas of the planetary system: the ideal candidates are Vesta and Ceres, protoplanets located in the vast area between Mars and Jupiter in the asteroid belt, and their formation process has followed different trends during the first few million years of evolution of the Solar System.

Dawn will record the magnetization, the mineral and elemental composition to characterize the evolution and thermal history of the two celestial bodies. The system of instrument on Dawn will better characterize the two objectives of the mission, especially with the camera system that can produce a topographic map of the two protoplanets surfaces. The spectrometer image and the detector of neutrons and gamma rays provide information on the spectrum (including visible and infrared) and composition of the surface of the two asteroids. This information may be related to the position in the topographic map, producing a mineralogical map of the two asteroids.

The spectrometer image (VIR) which combines two channels (visible and infrared) in a single instrument, inserted in the spacecraft mission Dawn. This product comes from a reworking (simplified) VIRTIS (the spectrometer of the Rosetta mission) and VIMS (an instrument of the Cassini mission). VIR spectral channels include two-dimensional sensor (a CCD (Charge Coupled Device) for the visible part and a IRFPA (InfraRed Focal Plane Array) for the infrared) operated at a basic electronics, in addition to the supply of power, administrative capabilities of the instrument.

In this thesis we have developed techniques for managing the instrument VIR, this management takes place using macrocomands that configure the instrument in its operational state. For managing the instrument, after an initial study of the themes of the mission and operation of VIR, a development pipeline was implement to write the operation sequences of VIR during the mission.

The management of VIR is through a well-established infrastructure in all NASA projects is based on writing sequential operating time depending on a language that goes by the acronym SASF (Spacecraft Activity Sequence File). For proper organization of VIR operational sequences has developed a semi-automated process that starts from the study of feasibility and throught a simulation of VIR operation in geometric paths, to product and validate of SASF file.

The pipeline for SASF generation of VIR operations is developed using various tools in IFSI. These programs include VIRS (VIR Simulator), whose task is to simulate the functionality of VIR during the planning of sequences observed.

A generating of SASF is done by VIRGO (VIR SASF Generator). The SASF product before the process of integration with the sequences of other instruments, is validated by VIRV (VIR Validator SASF).

The validation process of the sequence generated by VIRGO, occurs in two different stages: in the first stage is a check lexicon-grammar of SASF, while the second is a transformation of the operational sequence (parsing) in a table of data for a comparison with the sizes simulated by VIRS. During parsing, VIRV performs a control so that all the flight rules relating to the instrument are rispettatte from the sequence. The failure of one of these controls is highlighted in quit.

The validation process of the sequences is performed by programs for the construction of lexical analyzers, capable of handling more or less complex structures. The theory of lexical analysis has been developed around 60-70 years of last century, leading to the consolidation of analytical techniques which results in a fairly broad spectrum of programs: in this thesis uses the pair Flex and Bison, the first is a lexical analyzer (scanner), the other a parser.

The task of a lexical analyzer is to divide the SASF file structure to be analyzed into tokens are recognized as the language, while the parser is concerned to contextualize the tokens in a syntactic structure from which to derive the result of an expression.

The work of these generators is the transformation of a meta-language in a C/C++. The actual generation of an executable, with the features of lexical-syntactic analyzer for the grammar test is performed by compilers C/C++.

The parser and scanner are often used to generate compilers for various languages: validation of sequences is obvious that this potential is preferred to writing ad hoc procedures for the analysis of other sequence, as it eliminates the problems of lexical-syntactic analysis already addressed in the implementation phase of these tools.

The techniques described for the development of operational sequences have been applied to procedures for verifying the operation of the instrument after the launch of the spacecraft that contains it. Were checked mechanics of VIR, controls the movement of the cover and setting the different modes of scan mirror. Furthermore, the procedures were performed to identify the criticality of the instrument, featuring the production of data during the acquisitions. A final test is expected to use the canal redundant power supply.

Abstract (italiano)

I principali obiettivi di Dawn sono la raccolta di informazioni sulle fasi iniziali del Sistema Solare, ossia sui primi milioni di anni della sua evoluzione e dei processi in atto sui corpi appena formati, la caratterizzazione dei "mattoni" a partire dai quali si sono formati i pianeti terrestri.

La questione principale alla quale la missione dovrà rispondere è quale sia il ruolo della massa di un oggetto stellare e del suo contenuto in volatili nel determinare l'evoluzione successiva. Per raggiungere questo scopo, la missione Dawn andrà ad investigare in dettaglio due dei più grandi protopianeti che sono rimasti quasi intatti dall'epoca della loro formazione, ma che si sono formati in zone diverse del sistema planetario: i candidati ideali sono Vesta e Cerere, protopianeti situati nella vasta zona tra Marte e Giove nella fascia di asteroidi; il loro processo di formazione ha seguito differenti evoluzioni durante i primi milioni di anni di evoluzione del Sistema Solare.

Cerere, durante l'aggregazione, ha apparentemente incorporato acqua ghiacciata rallentando la sua evoluzione termica. Vesta è più piccolo e vicino al Sole. Cerere è molto primitivo e umido, mentre Vesta è evoluto e secco.

Dawn registrerà la magnetizzazione, la composizione minerale ed elementare per dedurre l'evoluzione e la storia termica dei due corpi celesti. Il sistema di strumenti presenti su Dawn permetterà di caratterizzare al meglio i due obiettivi della missione; in particolare con il sistema di telecamere si potrà produrre una mappa topografica della superfice dei due protopianeti. Lo spettrometro ad immagine e il rivelatore di neutroni e raggi gamma forniranno informazioni sullo spettro (tra visibile ed infrarosso) e sulle composizioni della superfice dei due asteroidi. Queste informazioni potranno essere correlate alla posizione nella mappa topografica, producendo una mappa mineralogica dei due asteroidi.

Lo spettrometro ad immagine (VIR) il quale combina due canali (visibile ed infrarosso) in un unico strumento, inserito nello spacecraft della missione Dawn. Questo prodotto proviene da una rielaborazione (semplificata) di VIRTIS (lo spettrometro della missione Rosetta) e di VIMS (uno strumento della missione Cassini). I canali spettrali di VIR comprendono due sensori bidimensionali (un CCD (Charge Coupled Device) per la parte visibile e una IRFPA (InfraRed Focal Plane Array) per la parte infrarossa) alimentati da una elettronica di base che, oltre alla fornitura di potenza, amministra le funzionalità dello strumento.

Nella presente tesi si sono sviluppate delle tecniche per la gestione dello strumento VIR; tale gestione avviene utilizzando dei macrocomandi che configurano lo strumento nei suoi stati operativi. Per la gestione di questo strumento, dopo un iniziale studio delle tematiche della missione e della operatività di VIR, si è provveduto alla realizzazione una pipeline di sviluppo per le sequenze operative da far svolgere a VIR durante la missione.

La gestione di VIR avviene mediante una infrastruttura ben consolidata in tutti i progetti NASA che si basa sulla scrittura di sequenze operative in un linguaggio time depending che va sotto l'acronimo SASF (Spacecraft Activity Sequence File). Per una corretta organizzazione delle sequenze operative di VIR si è sviluppato un processo semi-automatico, che parte dallo studio delle fattibilità e di possibilità osservative mediante una simulazione delle operatività dello strumento nelle traiettorie geometriche, fino alla stesura e validazione dei file SASF contenti le operazioni simulate.

La pipeline di generazione del SASF per le operazioni di VIR si sviluppa utilizzando diversi tool realizzati nelle strutture dell'IFSI. Questi programmi comprendono un simulatore VIRS (VIR Simulator), il cui compito è quello di simulare delle funzionalità di VIR durante la pianificazione delle sequenze osservative.

La generazione dello script di operazioni (il SASF) viene effettuata da VIRG (VIR SASF Generator). Il SASF prodotto prima del processo di integrazione con le sequenze degli altri strumenti, viene validato da VIRV (VIR SASF Validator).

Il processo di validazione della sequenza generata da VIRG, avviene in due stadi differenti: nel primo stadio avviene un controllo lessico-grammaticale del file SASF, mentre nel secondo avviene una trasformazione della sequenza operativa (parsing) in una tabella di dati per un confronto con le grandezze simulate da VIRS. Durante la fase di parsing, VIRV effettua un controllo affinchè tutte le flight rules relative allo strumento vengano rispettatte dalla sequenza. Il fallimento di uno dei seguenti controlli viene evidenziato in uscita dall'applicazione.

Il processo di validazione delle sequenze consiste nell'utilizzo di programmi per la costruzione di analizzatori lessicali, capaci di maneggiare strutture più o meno complesse. La teoria sull'analisi lessicale si è sviluppata attorno agli anni 60-70 dello scorso secolo, portando al consolidamento di tecniche di analisi il cui risultato è uno spettro di programmi piuttosto ampio: in questa tesi si utilizza la coppia Flex e Bison, il primo è un analizzatore lessicale (scanner), l'altro un analizzatore sintattico (parser).

Il compito di un analizzatore lessicale è quello di dividere la struttura del file SASF da analizzare in token riconoscendole come appartenenti al linguaggio, mentre l'analizzatore sintattico si occupa di contestualizzare i token in una struttura sintattica dalla quale ricavare il risultato di una espressione.

Il lavoro di questi generatori consiste nella trasformazione di un meta-linguaggio in un programma c/c++. La generazione vera e propria di un eseguibile, con le funzionalità di analizzatore lessico-sintattico per la grammatica in esame è eseguita dai compilatori c/c++.

Il parser e lo scanner sono spesso utilizzati per la generazione di compilatori dei vari linguaggi: nella validazione di sequenze è naturale che questa potenzialità venga preferita alla scrittura di procedure ad hoc per l'analisi del file di sequenza, in quanto si eliminano le problematiche di analisi sintattico-lessicale già affrontate in fase di implementazione di questi tool.

Le tecniche descritte per lo sviluppo delle sequenze operative sono state applicate alle procedure per la verifica del funzionamento dello strumento dopo il lancio dello spacecraft che lo contiene. Sono state controllate le meccaniche di VIR, comandando il movimento del cover e impostando le diverse modalità dello scan mirror. Inoltre, sono state eseguite delle procedure per individuare le criticità dello strumento, caratterizzando la produzione dei dati durante le acquisizioni. Un ultimo test ha previsto l'utilizzo del canale ridondato di alimentazione.

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Tipo di EPrint:Tesi di dottorato
Relatore:Debei, Stefano
Dottorato (corsi e scuole):Ciclo 22 > Scuole per il 22simo ciclo > SCIENZE TECNOLOGIE E MISURE SPAZIALI > MISURE MECCANICHE PER L'INGEGNERIA
Data di deposito della tesi:NON SPECIFICATO
Anno di Pubblicazione:31 Gennaio 2010
Parole chiave (italiano / inglese):Flex Bison spettrometro Dawn SASF
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 09 - Ingegneria industriale e dell'informazione > ING-IND/05 Impianti e sistemi aerospaziali
Struttura di riferimento:Centri > Centro Interdipartimentale di ricerca di Studi e attività  spaziali "G. Colombo" (CISAS)
Codice ID:2926
Depositato il:28 Ott 2010 16:44
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