Hera asteroide missionerer hjernen for at være strålingshård og fejlsikker

I hjertet af ESA's Hera-mission til de dobbelte Didymos-asteroider vil være en indbygget computer beregnet til at være fejlsikker.

Designet til at fungere op til 490 millioner km væk fra Jorden og modstå fire års hård strålingseksponering, Heras computer skal køre problemfrit uden at låse op eller gå ned - på grund af missionsfejl, mens man skubber grænserne for autonomi ombord.

Udviklingen af ​​Hera-missionen til planetarisk forsvar finder sted i hele Europa, at færdiggøre et byggeklar design, som skal præsenteres for Europas rumministre ved Space19+ Ministerial Council i november. Heras indbyggede computer bliver overvåget af QinetiQ Space i Belgien, også skaberne af Proba-familien af ​​teknologi-testende minisatellitter.

Peter Holsters fra QinetiQ Space forklarer:"En populær analogi er, at hvis en satellits platform er som en bus - med de videnskabsskabende nyttelaster som passagerer på sæderne - så er den indbyggede computer føreren af ​​bussen. Det er hjernen i bussen. hele missionen, koordinering og drift af de forskellige indbyggede systemer og nyttelast."

Ud over Jordens kredsløb

Udfordringen er, at netop denne indbyggede computer vil operere meget længere væk end en typisk mission i kredsløb om Jorden. For at opsnappe Didymos-parret af jordnære asteroider vil rumfartøjet på skrivebordsstørrelse begive sig langt ud i det dybe rum, lidt ud over Mars' kredsløb.

"At gå så langt væk betyder til en start at arbejde i et andet strålingsmiljø, som kræver meget omhyggelig komponentvalg såvel som specifikke softwarestrategier, " tilføjer Peter.

Ud over beskyttelsen af ​​Jordens magnetfelt, rummet er fyldt med ladede partikler fra det bredere kosmos, samt solstorme fra vores egen Sol. Disse partikler er energiske nok til at passere gennem overfladeafskærmning for at 'vende' individuelle hukommelsesbits – potentielt ødelæggende computerhukommelse – eller gøre permanent skade kaldet 'latch-ups', " svarende til små kortslutninger.

"Vores computere bruger flashhukommelse - det samme som i din egen bærbare computer eller smartphone - men vi udfører strenge strålingstests for at sikre, at de batches, vi bruger, opfylder de nødvendige ydeevnestandarder, " tilføjer Peter.

"Det næste niveau af håndtering af problemet er på softwaresiden, med hurtig fejlfinding og kontrol i hukommelsesstyringen, herunder evnen til at identificere og omgå "dårlige blokke" i hukommelsen."

At vove sig langt fra Solen betyder også, at den indbyggede computer – ligesom rumfartøjet som helhed – skal klare sig med mindre strøm end i sin hjemmeplanets kredsløb, efterhånden som tilgængeligt solskin krymper.

At flytte grænserne for autonomi

Hvad angår alle deep-space missioner, støtte fra jordkontrol vil også være begrænset. Alene den involverede afstand betyder, at kontrol i realtid ikke vil være mulig. Heras computer vil være i stand til at træffe mange af sine egne beslutninger. Ud over, i det komplekse dobbelte asteroidemiljø i Didymos, skift til sikker tilstand under kritiske operationer i nærheden skal undgås.

"I kredsløb om Jorden er en missions computer at gå i sikker tilstand ikke så meget - selve satellitten skal ingen steder hen, der er tid til at omkonfigurere det, " siger Peter. "Men i det dybe rum, med store asteroider, der hvirvler rundt, enhver genopretning fra fejl skal ske selvstændigt, og så hurtigt som muligt.

"Det indebærer maksimal redundans og hurtige overgangstider fra det svigtende element til dets backup. Vi har faktisk god erfaring med sådan varm redundans fra et andet virksomhedsprojekt:udvikling af en sikkerhedskritisk dockingmekanisme i henhold til International Birthing and Docking Mechanism Standard, som bruges til at skabe forbindelse mellem bemandede og ubemandede rumfartøjer i den ene ende og den internationale rumstation eller i fremtiden Lunar Gateway-stationen, på den anden.

"Vores benchmark for Hera er, at omkonfiguration fra enhver computerfejl skal være ekstremt hurtig, et spørgsmål om 10 til 20 sekunder.

"En anden designstrategi er bevidst ikke at have al funktionaliteten i den centrale indbyggede computer. På Hera vil billedbehandlingen – som potentielt kan bruges til autonom rumfartøjsnavigation – blive udført af en dedikeret enhed, udvikles af GMV i Rumænien."

Det er en lignende tilgang til at have et separat grafikkort for at få din hjemmecomputer til at køre videospil bedre – så du undgår at tilstoppe computeren med beregningsintensive, men ikke-kerneopgaver.

Fra Proba-folden

Heras computer vil køre på en kraftfuld dual-core LEON-3-processor – en del af en familie af ESA-udviklede mikroprocessorer til plads. Dets overordnede design er udviklet fra ADPMS—Advanced Data and Power Management System—computer fløjet på Proba-2, Proba-V og de kommende Proba-3 mini-satellitter. Denne computer har demonstreret mere end 15 års drift i kredsløb med meget høj pålidelighed.

"Vi har nået den tekniske modelfase af vores opgraderede ADPMS-design, som vil tjene Altius ozonovervågningsmission samt Hera.

"Denne test - støttet af ESA's General Support Technology Program - finder sted under vores ProbaNEXT-projekt, som udvikler vores næste generation af Proba-platform til en bred vifte af anvendelser og brugere.

"I øjeblikket, vi kvalificerer redundans og hurtig omskiftningstid i designet. Denne test giver os mulighed for at demonstrere al relevant funktion, som Hera har brug for, så når først beslutningen er truffet om at flyve missionen, vil vi være klar."