Bachelor's Thesis

Preliminary System Architecture and Concept Design of a Lunar Nanosatellite Mission

Final Thesis 12.44 MB Appendix 465.35 kB

Author of thesis: Ondřej Voleník

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jakub Mašek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Jaroslav Bartoněk, Ph.D.

Abstract:

This thesis presents a preliminary design of a lunar nanosatellite mission concept using a systems engineering approach. The work begins with a state-of-the-art review of past and planned lunar nanosatellite missions, focusing on their objectives, architectures, and main design challenges. Based on this review, the mission focus is defined as the characterization of the lunar exosphere and dust environment. Mission objectives and requirements are then derived, followed by the selection of the payload instruments. The resulting mission concept is implemented as a 12U CubeSat platform, whose feasibility is assessed through key system budgets, including mass, power, data, communication link, and delta-v.

Keywords:

Moon mission, Spacecraft, System Architecture, Requirements, Payload

Date of defence

10.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Při obhajobě student nejprve prezentoval svoji bakalářskou práci, následně byly přečteny posudky a student odpovídal na dotazy oponenta. Poté byly členy komise položeny následující otázky: Umožňuje zmiňovaný toolbox zadání přesného data a času mise? Vypočítaný manévr je řešen v satelitu, nebo v pozemní řídicí stanici? Jaké jsou parametry uvedených orbit? Je dostupný nástroj pro tvorbu kódu řídicí jednotky, nebo firmware již existuje? Je možné v satelitu přehrát novou verzi kódu, jakým způsobem lze kód testovat? Prováděl jste kontrolu dimenzování parametrů rotačního aktuátoru a kontrolu počtu cyklů? Uvažoval jste špičky v zatížení při výpočtu energetické bilance? Proč jste volil redundanci pouze na vysílači, ale ne na řídicí jednotce? Jak detekujete selhání řídicí jednotky a selhání vysílače? Na závěr byla obhajoba hodnocena jako výborná.

Language of thesis

English

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Solid Mechanics, Mechatronics and Biomechanics

Study programme

Mechatronics (B-MET-P)

Composition of Committee

Ing. Martin Appel, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Radek Vlach, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Pokorný, Ph.D. (člen)
Ing. Lubomír Houfek, Ph.D. (člen)
Ing. David Vlachý (člen)
Ing. Michal Bastl, Ph.D. (člen)
Ing. Stanislav Frolík, Ph.D. (člen)
Pplk. Ing. Radek Doskočil, Ph.D. (předseda)

Supervisor’s report
Ing. Jakub Mašek, Ph.D.

Student vytvořil vlastní ucelený návrh mise satelitu pro pozorování Měsíce. Student samostatně zpracoval komplexní problematiku na systémové úrovni, od definice požadavků, rešerše literatury, přes metodicky správný postup návrhu systémů pro funkční satelit až po návrh rozpočtů hmotnosti, požadované energie a množství přenášených dat. Návrh satelitu kombinuje specifické softwarové řešiče s vlastními analytickými programy v excelu. Podobný koncept mise běžně vytváří tým několika odborníků. Systémový přístup vyžaduje ucelená rozhodnutí a iterační přístup založený na datech a analýzách, z tohoto pohledu je práce vysoce odborná a konzistentní. Jsem přesvědčen, že se podle návrhu dá postavit reálná mise k Měsíci. Práce je logicky členěna, vykazuje vysokou kvalitu zpracování a odpovídá všem požadavkům na závěrečnou práci. Hodnotím výborně – A.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené výsledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Jaroslav Bartoněk, Ph.D.

Bakalářská práce se věnuje návrhu mise malého satelitu k Měsíci a návrhu potřebných parametrů. Inspirována dosavadními misemi, je koncipována jako čistě vědecký projekt.

Jedná se o práci nadprůměrně detailní a objemnou. Je pojata v podstatě jako definiční dokument nové mise a snese srovnání i s profesionálními návrhy kosmických misí, které jsou běžné v technické praxi, i když podrobnost jednotlivých témat zde mírně kolísá. Výhrady je možné uvést pouze k detailům. Z technických záležitostí se např. nabízí otázka, proč student navrhuje k rozvinutí fotovoltaických panelů vícenásobně použitelný mechanismus (str. 85), když funkci otevření panelů by bylo možné realizovat jednodušším jednorázovým způsobem. Z hlediska orbitální mechaniky je také poněkud zvláštní uvádět parametr LTAN (str. 49) pro dráhu, která zjevně není heliosynchronní. Dále lze říci, že některé obrázky jsou poměrně špatně čitelné.

I přes uvedené výhrady se jedná o velmi zdařilou práci a doporučuji ji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita B
Schopnost interpretovat dosaž. výsledky a vyvozovat z nich závěry B
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací B
Topics for thesis defence:
  1. Vysvětlete zkratku LTAN, její význam pro heliosynchronní dráhy, a souvislost se zamýšleným sklonem dráhy 90°.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová