At sætte daglige computerdele til rumstrålingstest

ESA's næste mission, miniaturen GomX-4B, omfatter et piggyback-eksperiment for at teste, hvor godt hverdagens kommercielle computerhukommelser klarer sig i rummets strålingsvåde miljø.

Klar til at blive lanceret fra Kina på fredag, GomX-4B blev bygget af seks standard 10 cm CubeSat enheder af GomSpace i Danmark.

Dets hovedmål er at teste radioforbindelser mellem satellitter og mikrofremdrift, men GomX-4B bærer også en lille, billigt, men vigtigt sekundært eksperiment:et enkelt 10x10cm elektronikkort med 12 computerflashhukommelser, består af tre eksempler på fire forskellige typer, hver købt for et par euro.

Kendt som Chimera, dette eksperiment vil teste, hvordan sådanne 'kommercielle hylde'-dele kan klare bombardementer af højenergi-elektrisk ladede atompartikler fra Solen og det dybe rum. En specielt rumkvalificeret overvågningschip vil registrere ydelsen af ​​de dusin minder.

"Interaktion med ladede partikler kan fremkalde 'bit-flips' i computerens hukommelse, indføre fejl, " forklarer Chimera-teammedlem Tomasz Szewczyk.

"Vi udfører jordtest og softwaremodellering for at forstå, hvordan forskellige komponenter påvirkes af stråling, men intet slår ægte test i rummet.

"Der er et stigende pres for at bruge flere hyldevaredele i kredsløb, fordi de teoretisk set er billigere og bedre end rumdesignede dele, men der er spørgsmålstegn ved deres pålidelighed.

"For eksempel, forskellige partier af den samme del kan have radikalt forskellige reaktioner på ladede partikler, baseret på små variationer i råvarerne eller fremstillingsprocessen. Det er derfor, vi flyver med tre versioner af hver hukommelse."

Da det blev klart, var der en chance for at flyve på GomX-4B, Chimera blev bygget og testet på et år, med ESA's dataingeniører, der arbejder sammen med kvalitetssikringseksperter. Tavlen blev samlet af certificerede ESA-ingeniører, med miljøtest for opsendelse og pladsforhold ved hjælp af rysteborde og termiske vakuumkamre.

"ESA-missioner har allerede brugt en masse forskellige hyldedele, helt sikkert gennem de sidste to årtier, " kommenterer computerforsker Gianluca Furano. "Al massehukommelsen om flyvende missioner består af rent kommercielle flash-enheder, for eksempel.

"Og lige nu er der nogle komponentområder, hvor vi simpelthen ikke har noget pladskvalificeret alternativ. Problemet er, at hyldedele skal gennemgå en masse tests for at være sikre på, at de opfylder de nødvendige ydeevne og pålidelighed, og det kan betyde, at deres omkostninger pr. enhed faktisk ender meget højere."

Ud over, kapaciteten af ​​rumkvalificerede dele halter typisk flere generationer bag hyldevaredele, som nyder godt af fordoblingen af ​​transistorer pr. chip hvert andet år eller mindre.

En tilgang er at tage kommercielle enheder og udtænke metoder til bedst muligt at bruge dem til rumapplikationer, ofte med hjælp fra producenter. For eksempel, programmerbare chips kendt som kaldet 'feltprogrammerbare gate-arrays' kan have tilføjet fejldetekterings- og korrektionsmekanismer.

"Jo mere viden vi har om, hvordan disse dele opfører sig i rumoperationer, så jo mere vi kan udvikle effektive modforanstaltninger, " tilføjer Gianluca.

"Terrestrisk industri er også ved at blive interesseret i sådanne løsninger. For store datacentre, der bruger en enorm mængde hukommelse, kosmiske stråler sætter allerede grænser for pålideligheden. Sådanne effekter vil også blive en faktor inden for chips til sikkerhedskritiske applikationer, såsom selvkørende biler."

"At flyve teknologieksperimenter på CubeSats åbner op for et væld af muligheder for at få adgang til rummet hurtigere, og mere omkostningseffektivt, " tilføjer ESA's Ali Zadeh. "Den multidisciplinære karakter af sådanne eksperimenter resulterer i spændende samarbejder på tværs af vores agentur."