Revolutionizing space mission event modeling with the Tychonis framework

Abstract

(English) This thesis presents the Tychonis framework, a solution to the limitations faced by existing software packages used in space missions to identify geometric events. The framework is designed to integrate with current and future mission software, providing users with the ability to extend opportunities and search algorithms without modifying the tools that use it. The framework is built on the principles of separation of concerns, extensibility, reusability, and independent verification and validation. It is provided as a software library, allowing missions to add their own data structures and constructs, promoting cross-mission reusability. The text also includes a case study of Tychonis' integration with the Science Opportunity Analyzer (SOA) software, demonstrating its ability to be extrapolated to other tools that need to search for geometric events. As a complement to the Tychonis framework, the thesis introduces two computer languages designed to make the process of modeling opportunities more accessible. Scientists, who may face difficulties with imperative programming languages or lack of available science planning tools, are the target audience for these languages. The readability and usability of the languages were evaluated through a comprehensive study involving a questionnaire with active exercises, statements with corresponding responses on a Likert scale, and open-ended questions to elicit qualitative responses. The results provide both relative and absolute quantification of the usability and readability of each language, as well as qualitative results to direct future language design decisions. Emphasizing the importance of utilizing proven software principles and good design choices in space missions helps reduce risk and cost. Tychonis and our research on accessible computer languages embrace this concept.

(Català) Aquesta tesi presenta el framework Tychonis, una solució a les limitacions que enfronten els paquets de programari existents utilitzats en les missions espacials per identificar esdeveniments geomètrics. El framework està dissenyat per integrar-se amb el programari de missió actual i futur, proporcionant als usuaris la capacitat d'estendre les oportunitats i els algoritmes de cerca sense modificar les eines que el fan servir. El framework es basa en els principis de separació d’interessos, extensibilitat, reutilització, i verificació i validació independents. Es proporciona com a biblioteca de programari, permetent que les missions afegiu les seves pròpies estructures de dades i construccions, promocionant la reutilització entre missions. El text també inclou un estudi de cas de la integració de Tychonis amb el programari Science Opportunity Analyzer (SOA), demostrant la seva capacitat per ser extrapolada a altres eines que necessiten buscar esdeveniments geomètrics. Com a complement a Tychonis, la tesi presenta dos llenguatges de programació dissenyats per fer més accessible el procés de modelització d'oportunitats. Els científics, que poden trobar dificultats amb els llenguatges de programació imperatius o la falta d'eines de planificació científica disponibles, són el públic objectiu d'aquests llenguatges. La llegibilitat i la usabilitat dels llenguatges s’han avaluat a través d'un estudi exhaustiu que inclou un qüestionari amb exercicis actius, afirmacions amb respostes en una escala Likert, i preguntes obertes per obtenir respostes qualitatives. Els resultats proporcionen quantificació relativa i absoluta de la usabilitat i la llegibilitat de cada llenguatge, així com resultats qualitatius per dirigir les decisions de disseny de futurs llenguatges. Posar èmfasi en la importància d'utilitzar bons principis de programació i bones eleccions de disseny en les missions espacials ajuda a reduir el risc i el cost Tychonis i la nostra investigació sobre llenguatges de programació accessibles implementen aquest concepte.