VIPER: an automated tool for flight operations procedures validation

Advances in space technology have significantly increased the use of microsatellites by space agencies and private companies, especially for Earth Observation (EO) missions in Low Earth Orbit (LEO). These spacecrafts are characterised by intrinsic advantages with respect to more traditional satellites such as a relevant size reduction, a shorter develop ment time and significantly lower costs, allowing a larger microsatellites production. The outcome necessitates an increment of automation and standardisation processes for both the satellite production line and the entire operational time. Flight Operations Procedures (FOP) play an essential role inside this mission operation context. Such step-by-step detailed documents define the sequence of space systems in orbit operations and they are designed to control the S/C actions under both nominal and off-nominal conditions. Although their validation and execution have usually been performed under manual control during the System Validation Test (SVT) campaign, many standardisation efforts have been made to accelerate their generation and to reduce the possibility of the human-factor in potentially major errors. In this context, the presented Thesis aims to develop an automated tool to validate the Flight Operations Procedures produced by Argotec to directly handle and control their microsatellites from the Mission Control Centre. More in details, the tool receives the FOP in its standard procedure language and, after an initial consistency check on the procedure correctness, it structures the FOP to interface it with the Mission Control System (MCS). Once the S/C model, or its corresponding Satellite Simulator, returns the elaborated telecommands and telemetry parameters to the MCS, the tool processes the answer and continues the FOP validation, or interrupts the validation process if any error is detected. A final report containing the procedure validation status, together with the list of the possible warnings and errors, is provided to the user at the end of the process to appreciate the test results. Furthermore, the tool design describes not only a valid solution for a specific procedure, but rather a robust structure capable of validating FOPs belonging to different EO mission scenarios.

I progressi tecnologici in ambito spaziale hanno portato ad un notevole aumento dell’uso di microsatelliti nei programmi di missione delle agenzie spaziali e delle aziende private. La loro applicazione è sempre più comune ed in particolare è cresciuta sensibilmente nel contesto dell’Osservazione Terrestre in orbite basse terrestri (LEO). I vantaggi legati all’utilizzo dei microsatelliti, rispetto alle versioni più tradizionali di spacecraft, riguardano una significativa riduzione delle dimensioni, un tempo di sviluppo più breve e costi di produzione più contenuti. Tutto ciò ha innescato un aumento dei processi di automazione e di standardizzazione sia nella linea di produzione del prodotto, sia nell’ambito operativo dello stesso satellite. Proprio nel contesto delle operazioni di missione, le Flight Operations Procedures (FOP) giocano un ruolo essenziale. Questi documenti definiscono passo dopo passo le sequenze delle operazioni dei sistemi spaziali durante la loro vita in orbita, in modo da poter controllare il satellite in condizioni nominali ed, eventualmente, di contingenza. Sebbene i test riservati a tali procedure siano stati storicamente effettuati in modo manuale durante le campagne di validazione del satellite (SVT, System Validation Test), notevoli progressi riguardanti la standardizzazione di questi processi sono stati effettuati, con l’intento di ridurre le probabilità di errori di natura umana. All’interno di questo ambito, il lavoro di Tesi qui presentato mira allo sviluppo di uno strumento automatizzato per la validazione delle Flight Operations Procedures. In parti colar modo, questo tool prevede di validare le procedure prodotte da Argotec per gestire e controllare i propri microsatelliti direttamente dal Centro di Controllo Missione aziendale. Più specificamente, un tool di questo tipo deve ricevere come input la FOP da validare nel suo linguaggio procedurale standard e, dopo un controllo preliminare sulla struttura e sui contenuti della stessa, deve interfacciarla con il Mission Control Software (MCS). Una volta ottenuti i telecomandi ed i parametri di telemetria elaborati dal MCS e provenienti direttamente dal satellite, o eventualmente dal suo simulatore, lo strumento di validazione è in grado di processare le risposte registrate e completare la validazione della FOP. In caso qualsiasi errore venga riscontrato durante l’esecuzione del test, è necessario che il processo di validazione si interrompa. Un report finale contenente lo stato di validazione della procedura, insieme alla lista degli eventuali messaggi di incongruenza e di errore, viene infine generato e fornito all’utente in modo da poter visionare e constatare i risultati del test. Inoltre, il tool in grado di garantire tutte queste funzionalità non è limitato alla validazione di una specifica procedura per una singola missione, bensì presenta una struttura solida al punto da permettere la validazione delle FOP appartenenti a diverse missioni di Osservazione Terrestre.