Master's Thesis

Design of the MIBICO payload controller for the CIMER mission

Final Thesis 9.75 MB Appendix 315 B

Author of thesis: Bc. Tomáš Paulysko

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jiří Veverka

Reviewer: Ing. Martin Sabol

Abstract:

This thesis focuses on the design of control electronics for an experimental biological payload intended for a student CubeSat mission. The aim of the experiment is to verify the possibility of rehydrating desiccated cyanobacteria in Earth orbit and to monitor their biological activity under space environment conditions. The proposed system therefore provides autonomous experiment control, activation of biological samples, image acquisition, measurement of selected quantities inside the experimental space, lighting control, temperature regulation, and communication with the main satellite system.
The control electronics are designed as a modular system divided into camera, power, and rehydration sections. The design respects the limitations of a small satellite platform, especially the limited available space, restricted power budget, and reliability requirements. The thesis includes the design of the electronic architecture, selection of suitable components, development of the first hardware revision, power budget analysis, assessment of thermal losses, and simulation of selected parts.
The thesis also covers the process of verifying the functionality of the modules. The tests confirmed the functionality of most key parts of the design, including communication, image acquisition, and the activation section. At the same time, the verification revealed shortcomings of the first revision and provided recommendations for further development. The result of the thesis is a functional basis for the control electronics of a biological payload and an input for the next hardware revision intended for more detailed integration and environmental testing.

Keywords:

CubeSat, CIMER, MIBICO, payload controller, control electronics, biological experiment, cyanobacteria rehydration, camera module, power module, rehydration module, power budget, low Earth orbit

Date of defence

09.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje výsledky a postupy řešení závěrečné práce a odpovídá na otázky oponenta. Následně odpovídá na dotazy členů zkušební komise. Doktor Pítra se ptal na podmínky vypuštění, student následně odpovídá a komentuje podmínky vypuštění. Doc. Povalač se ptal na mikrokontrolery a jejich použití, student odpovídá a komentuje svůj výběr. Doc. Láčík se ptal na jednotky i grafu, student odpovídá a komentuje.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (MPC-EKT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jaroslav Láčík, Ph.D. (předseda)
Ing. Dr. Techn. Vojtěch Derbek (místopředseda)
doc. Ing. Aleš Povalač, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Juraj Machaj, Ph.D. (člen)
Ing. Kamil Pítra, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jiří Veverka

Student ve svém zadání pracoval na návrhu řídicího modulu pro experiment MIBICO, jenž je součástí studentské CubeSatové mise CIMER, a který má za úkol ověřit možnost rehydratace desikovaných sinic na nízké oběžné dráze Země a sledovat jejich biologickou aktivitu v podmínkách kosmického prostředí.

V rámci diplomové práce si student nastudoval běžně využívané standardy pro vývoj vesmírných zařízení, parametry mise CIMER a provozní limity experimentu MIBICO. Dále připravil vlastní návrh řídicí elektroniky payloadu, rozdělený do kamerového modulu, výkonového modulu a rehydratačního modulu. Návrh vznikal s ohledem na omezený prostor uvnitř kontejneru, dostupný energetický rozpočet a potřebu modularity. Práce byla zároveň konzultována nejen s vedoucím práce, ale také s odborníkem z ESA programu Fly Your Satellite.

V první části textu se student věnuje obecnému popisu CubeSatů, jejich standardům a typickým subsystémům. V další kapitole popisuje misi CIMER a samotný biologický experiment MIBICO, včetně jeho provozních omezení a předpokládaných výsledků. Následující kapitoly jsou již zaměřeny na vlastní návrh řešení, kde student podrobně popisuje jednotlivé části systému, jejich funkci, zvolené komponenty a návrhová rozhodnutí. Oceňuji zejména systémový přístup při návrhu architektury, kdy student zvažoval více variant řešení a finální koncepci zvolil s ohledem na spolehlivost, redundanci a snížení softwarové i hardwarové komplexity, během práce tak vzniklo několik vývojových a testovacích iterací, jejichž výsledky byly využity pro postupné zpřesnění návrhu. Součástí práce student také provedl funkční ověření vyrobených finálních modulů - za pozitivní považuji i to, že student v průběhu oživování a testování správně identifikoval nedostatky první hardwarové revize a navrhl konkrétní doporučení pro další vývoj.

Práce má však i několik slabších míst. Některé části testovací metodiky by mohly být popsány podrobněji, zejména z hlediska měřicích podmínek, limitů úspěšnosti a opakovatelnosti měření. Softwarová část je popsána méně detailně než hardwarový návrh a zasloužila by si hlubší popis. V textu se také objevují drobné faktické a formální nepřesnosti, například u některých parametrů senzorů. Tyto nedostatky však nemění hlavní technickou kvalitu práce ani dosažené výsledky.

Celkově je práce přehledně strukturovaná. Text je psaný v českém jazyce v sázecím systému LaTeX. Úroveň použitého jazyka je dobrá, místy však text působí více popisně a některé části by mohly být formulačně i technicky dotaženější.

Student během řešení práce pracoval samostatně, proaktivně a na konzultace se dostavoval vždy řádně připraven. Pozitivně hodnotím také to, že student výsledky své práce zpracoval do úspěšného článku prezentovaného na studentské konferenci EEICT. Oceňuji studentovu schopnost samostatně řešit komplexní technické problémy a iterovat návrh na základě praktických výsledků. Práce podle mého názoru splňuje zadání a vytváří velmi dobrý základ pro integraci do vývojového modelu satelitu CIMER a pro další vývoj řídicí elektroniky experimentu MIBICO. Points proposed by supervisor: 90

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Martin Sabol

Student v rámci předložené diplomové práce splnil všechny body zadání. Na základě návrhu byl řídicí modul zkonstruován a funkčně ověřen. Postrádám podrobnější kritéria pro výběr použitých součástek, například požadavek na minimální rozlišení/snímkovací frekvence použité kamery, minimální rozsahy měřených veličin, parametry spínací prvků atd.  Z formálního hlediska hodnotím práci kladně. U některých částí popisu zapojení bych snad jen uvítal obrázek se schématem zapojení, případně o trochu přehlednější blokové schéma. Topics for thesis defence:
  1. V kapitole 1 uvádíte kritéria výběru COTS komponent, jako například flight heritage. Dále se odkazujete na příslušné ECSS standardy. Jak jste tato kritéria zohlednil při výběru součástek?
  2. V kapitole 3.3.1 popisujete obvod pro řízení LED typu Buck. Co vás vedlo k tomuto výběru, a uvažoval jste i alternativní, sériové zapojení LED?
Points proposed by reviewer: 92

Grade proposed by reviewer: A

File inserted by the reviewer Size
Posudek oponenta [.pdf] 282,45 kB

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová