WaterCube flight software: design and development

In the field of low-orbit space missions, in recent years we have witnessed an ever-increasing accessibility by small companies and independent developers. Credit certainly goes to the market, providing consumers with reliable and affordable technology. Still, we must also include space agencies such as ESA and NASA, which have opened up to offering incubation and support services for space projects and launches into orbit through shared vectors. An important consequence is the standardization of increasingly agile and simple-to-develop and manage satellite platforms and form factors, such as CubeSats, modular satellites designed to support different missions, from services to pure research. Choosing the propulsion system is crucial during the small satellite development process. This system must be proportionate and calibrated based on the needs of the specific mission, such as the estimated lifetime, the mass of the satellite, and the nature of the orbits that it will have to follow; but the space agencies and entities that are willing to host the final product for launch, impose specific standards and regulations that can make the adoption of a certain propulsion technology more favorable than others. WaterCube is an innovative propulsion solution designed and developed by Capsule Corporation. It is compact and natively ecological, adopting resistojet technology to generate thrust in orbit, and using distilled water as a propellant; characteristics that make it the ideal product for any CubeSat or SmallSat-hosted low earth orbit mission, respecting regulatory obligations in the fields of environment and safety. This study describes the major development problems for the flight software that controls the WaterCube propulsion system, performing a careful state of the art analysis, and proposing a design and implementation solution. This solution is developed, documented, and subsequently validated through unit and integration tests, to guarantee its fulfillment of the objectives defined in the preliminary study phase.

Nel campo delle missioni spaziali ad orbita bassa, negli ultimi anni si è assistito ad una sempre maggiore fruibilità di queste ultime da parte di piccole realtà e sviluppatori indipendenti. Il merito è sicuramente del mercato, che mette a disposizione dei consumatori tecnologia affidabile e a buon prezzo; ma bisogna includere certamente anche le agenzie spaziali come ESA e NASA, le quali si sono aperte ad offrire servizi di incubazione e supporto ai progetti spaziali, nonché di lancio in orbita per mezzo di vettori condivisi. Un’importante conseguenza di questa maggiore accessibilità è la standardizzazione di piattaforme satellitari e fattori di forma sempre più agili e semplici in sviluppo e gestione, come i CubeSat, satelliti modulari progettati per supportare diversi tipi di missione, dai servizi alla pura ricerca. Durante lo sviluppo di un piccolo satellite, la scelta del sistema di propulsione ricopre un aspetto cruciale della progettazione. Tale sistema deve essere proporzionato e calibrato in base alle necessità della specifica missione, come il tempo di vita stimato, la massa del satellite e la natura delle orbite che esso dovrà seguire; ma le agenzie spaziali e gli organi che si prestano ad ospitare il prodotto per il lancio, impongono standard e normative specifiche che possono rendere favorevole o meno l’adozione di una determinata tecnologia propulsiva piuttosto che un’altra. WaterCube è una soluzione di propulsione innovativa progettata e sviluppata da Capsule Corporation. Essa è compatta e nativamente ecologica, adottando la tecnologia resistojet per generare spinta in orbita, tramite l’utilizzo di semplice acqua distillata come propellente; caratteristiche che la rendono il prodotto ideale per qualsiasi missione ad orbita bassa ospitata da CubeSat o SmallSat, rispettando gli obblighi normativi in ambito di ambiente e sicurezza. Questo studio si dedica alla descrizione delle maggiori problematiche nell’ambito dello sviluppo del software di volo dedicato al controllo del sistema propulsivo WaterCube, eseguendo un’attenta analisi dello stato dell’arte e proponendo una soluzione progettuale ed implementativa. Tale soluzione viene sviluppata, documentata e successivamente validata per mezzo di test di unità e integrazione, che ne garantiscono l’adempimento degli obiettivi definiti in fase di studio preliminare.