diplomová práce

Návrh řídicího modulu pro experiment MIBICO v rámci mise CIMER

Text práce 9.75 MB Příloha 315 B

Autor práce: Bc. Tomáš Paulysko

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Jiří Veverka

Oponent: Ing. Martin Sabol

Abstrakt:

Tato diplomová práce se zabývá návrhem řídicí elektroniky experimentálního biologického payloadu pro studentskou CubeSat misi. Cílem experimentu je ověřit možnost rehydratace vysušených sinic na oběžné dráze Země a sledovat jejich biologickou aktivitu v podmínkách kosmického prostředí. Navržený systém proto zajišťuje autonomní řízení experimentu, aktivaci biologických vzorků, snímání obrazu, měření vybraných veličin uvnitř experimentálního prostoru, řízení osvětlení, temperování a komunikaci s hlavním systé mem družice.
Řídicí elektronika je navržena jako modulární systém rozdělený na kamerovou, výkonovou a rehydratační část. Návrh respektuje omezení malé družicové platformy, zejména malý dostupný prostor, omezený energetický rozpočet a požadavky na spolehlivost. Součástí práce je návrh elektronické architektury, výběr vhodných součástek, zpracování první hardwarové revize, výkonový rozpočet, posouzení tepelných ztrát a simulace vybraných částí.
Práce zachycuje také proces ověření funkčnosti jednotlivých modulů. Testy potvrdily funkčnost většiny klíčových částí návrhu včetně komunikace, pořizování snímků a aktivační části. Ověření zároveň odhalilo nedostatky první revize a poskytlo doporučení pro další vývoj. Výsledkem práce je funkční základ řídicí elektroniky biologického payloadu a podklad pro další hardwarovou revizi určenou k podrobnějším integračním a environ mentálním testům.

Klíčová slova:

CubeSat, CIMER, MIBICO, řídicí elektronika, payload controller, biologický experiment, rehydratace sinic, kamerový modul, výkonový modul, rehydratační modul, výkonový rozpočet, nízká oběžná dráha Země

Termín obhajoby

09.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

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.

Jazyk práce

čeština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektronika a komunikační technologie (MPC-EKT)

Složení komise

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)

Posudek vedoucího
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. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 90

Známka navržená vedoucím: A

Posudek oponenta
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. Otázky k obhajobě:
  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?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 92

Známka navržená oponentem: A

Soubor vložený oponentem Velikost
Posudek oponenta [.pdf] 282,45 kB

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová