(English version at the bottom)
Tive o prazer de bater um papo com João Pedro Vilas Boas, estudante do último ano de engenharia de instrumentação, automação e robótica e um dos co-fundadores da PION Labs. João liderou a parte de design e realização dos sistemas embarcados e aviônicos do satélite PION-BR1, o qual foi lançado pelo foguete Falcon 9 da SpaceX no dia 13 de janeiro de 2022. O satélite está desde então orbitando a Terra a uma distância de aproximadamente quinhentos e cinquenta quilômetros e passa duas vezes por dia por cima do Brasil. Conversamos sobre a sua trajetória no ramo aeroespacial, bem como seus projetos pessoais de robótica e eletrônica.
João Pedro teve a oportunidade de iniciar sua jornada na área tecnológica quando ainda estava no ensino fundamental, participando de olimpíadas de robótica. Com o passar dos anos seus conhecimentos foram se aprimorando e ele passou a dominar ferramentas de desenho e concepção de circuitos eletrônicos, bem como a programação de microcontroladores. Durante essas competições, João Pedro contribuiu com soluções inovadoras que ajudaram sua equipe a ganhar prêmios tais como o título nacional e o segundo lugar na competição mundial Robocup, onde robôs jogam uma partida de futebol de forma autônoma, dentre outros desafios.
Após a conclusão do ensino médio, João Pedro ingressou na faculdade de engenharia de instrumentação, automação e robótica. O ensino superior foi para ele uma rica experiência por diversos motivos. Além de ter complementado seus conhecimentos com um suporte teórico e aprender novas disciplinas, a faculdade também lhe proporcionou diversas atividades extracurriculares.
Durante encontros da associação universitária aeroespacial, João Pedro encontrou os futuros sócios e co-fundadores da empresa Pion Labs. Ele trouxe ao time sua experiência com sistemas embarcados, instrumentação e robótica e naturalmente transferiu esse conhecimento para o desenvolvimento dos aviônicos de foguetes e satélites. Além disso, João Pedro auxiliou na concepção de sistemas automatizados para o gerenciamento dos locais de teste e lançamento dos mesmos.
Dentre os vários projetos realizados pela sua startup, destaca-se o recente lançamento do satélite PION-BR1. Esse satélite é categorizado como um satélite PocketQube, cujas dimensões são iguais a de um cubo de cinco centímetros de aresta e o peso é inferior a duzentos e cinquenta gramas. Vale ressaltar que o ambiente onde o satélite irá operar é bem desafiador. Além de estar sujeito a grandes variações de temperatura, podendo passar de menos cinquenta até mais de oitenta graus Celsius durante o mesmo dia, dependendo da sua posição em relação à Terra e ao Sol, existem riscos de exposição à radiação, sobretudo para os dispositivos e componentes eletrônicos.
João Pedro comentou alguns dos fatores importantes considerados durante a concepção dos aviônicos do PION-BR1. Devido a diversos fatores externos, como o alto custo e a dificuldade para encontrar componentes eletrônicos no momento, além do curto tempo de desenvolvimento do projeto, o sistema aviônico foi projetado com eletrônicos convencionais. Algumas das estratégias utilizadas para contornar essas limitações do hardware foram: aumentar a redundância dos elementos críticos e criar um software robusto e tolerante a falhas. Técnicas modernas de desenvolvimento e teste de software, como, por exemplo, hardware-in-the-loop, foram colocadas em prática a fim de testar como o sistema reagiria face a diversos cenários.
O processamento computacional do satélite foi dividido por grupos de funções, utilizando microcontroladores da família STM32. Para citar alguns exemplos, um dos processadores foi dedicado à gestão da potência elétrica do sistema, o qual é composto por uma série de baterias alimentadas por pequenos painéis solares. Outro processador importante é dedicado ao computador de bordo, responsável pelos cálculos e troca de dados com os sensores. Diversos sensores digitais foram utilizados nesse sistema comunicando com o processador por meio do protocolo Inter-Integrated Circuit (I2C). Eles medem grandezas internas e externas do satélite. Internamente, em diversos pontos críticos do circuito eletrônico, a corrente e a tensão são medidas. Externamente, são coletadas informações provenientes de termômetros, giroscópio, acelerômetro, magnetômetro e sensor de luminosidade.
O satélite envia os dados à Terra por meio de ondas de rádio, na frequência 437.3 MHz. Os dados são enviados utilizando o protocolo Next Generation Ham Radio, também conhecido como NGHam. Interessante notar que os dados são abertos e disponíveis para a comunidade de radioamadores.
O lançamento do PION-BR1 foi sem dúvidas um marco para a história aeroespacial do Brasil. Vale a pena conferir o canal do YouTube do João Pedro para conhecer um pouco mais dos seus projetos e também será interessante acompanhar os próximos passos da sua startup.
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I had the pleasure of chatting with João Pedro Vilas Boas, a student in the final year of an instrumentation, automation, and robotics engineering course and one of the co-founders of PION Labs. João led the design and realization of the onboard systems and avionics of the PION-BR1 satellite, which was launched by SpaceX's Falcon 9 rocket on January 13, 2022. The satellite is since then orbiting the Earth at a distance of approximately five hundred and fifty kilometers and passes over Brazil twice a day. We talked about his trajectory in the aerospace business, as well as his personal projects in robotics and electronics.
João Pedro had the opportunity to start his journey in the technological area when he was still in elementary school, participating in robotics competitions. As the years went by, his knowledge improved, and he started to master tools for the design of electronic circuits, as well as microcontroller programming. During these competitions, João Pedro contributed with innovative solutions that helped his team win awards such as the national title and the second place in the Robocup world competition, where robots play a soccer match autonomously, among other challenges.
After graduating from high school, João Pedro went to college to study instrumentation, automation, and robotics engineering. Higher education was a rich experience for him for several reasons. Besides having complemented his knowledge with theoretical support and learning new subjects, college also provided him with numerous extracurricular activities.
During meetings of the university aerospace association, João Pedro met the future partners and co-founders of the company Pion Labs. He brought to the team his experience with embedded systems, instrumentation, and robotics and naturally transferred this knowledge to the development of the avionics of rockets and satellites. In addition, João Pedro helped in the conception of automated systems for the management of the test and launch sites.
Among the many projects undertaken by his startup, the recent launch of the PION-BR1 satellite stands out. This satellite is categorized as a PocketQube satellite, whose dimensions are equal to a cube with an edge of five centimeters and weight less than two hundred and fifty grams. It is worth noting that the environment in which the satellite will operate is quite challenging. Besides being subject to large temperature variations, which can go from minus fifty to over eighty degrees Celsius during the same day, depending on its position in relation to the Earth and the Sun, there are radiation exposure risks, especially for electronic devices and components.
João Pedro commented on some important factors considered during the design of the avionics of the PION-BR1. Due to several external factors, such as the high cost and difficulty to find electronic components at the moment, and the short development time of the project, the avionics system was designed with conventional electronics. Some strategies used to get around these hardware limitations were to increase the redundancy of critical elements and to create robust and fault-tolerant software. Modern software development and testing techniques, such as hardware-in-the-loop, were put into practice in order to test how the system would react under various scenarios.
The computational processing of the satellite was divided by groups of functions, using microcontrollers of the STM32 family. To cite a few examples, one of the processors was dedicated to the management of the system's electrical power, which is composed of a series of batteries powered by small solar panels. Another important processor is dedicated to the on-board computer, responsible for the calculations and data exchange with the sensors. Several digital sensors were used in this system, communicating with the processor through the Inter-Integrated Circuit (I2C) protocol. They measure internal and external parameters of the satellite. Internally, at numerous critical points in the electronic circuitry, current, and voltage are measured. Externally, information is collected from thermometers, gyroscope, accelerometer, magnetometer, and light sensor.
The satellite sends the data to Earth via radio waves at the frequency 437.3 MHz. The data is sent using the Next Generation Ham Radio protocol, also known as NGHam. Interestingly, the data is open and available to the amateur radio community.
The launch of the PION-BR1 was without a doubt a milestone in Brazil's aerospace history. It is worth checking out João Pedro's YouTube channel to know a little more about his projects, and it will also be interesting to follow the next steps of his startup.
Links:
> PION-BR1 at Nanosats database
> Article from the Brazilian Federal University of ABC (UFABC)
> Alba Orbital PION-BR1 Launch
> STM32
> NGHam
> Robocup
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