Mød open source-softwaren, der driver NASAs Ingenuity Mars Helicopter

Da NASAs Ingenuity Mars Helicopter svævede over den røde planet den 19. april på sin jomfrurejse, øjeblikket blev hyldet som det første tilfælde af powered, kontrolleret flyvning på en anden planet. At finde ud af, hvordan man flyver på Mars, hvor luften er tynd, men tyngdekraften er omkring en tredjedel af den på Jorden, tog års arbejde. Sammen med udfordringen med at udvikle et håndværk, der var op til opgaven, missionen havde brug for software for at gøre de hidtil usete flyvninger mulige.

Så de henvendte sig til F Prime, en genanvendelig, multi-mission flight software framework designet til CubeSats, lille rumfartøj, og instrumenter. Programmet blev oprindeligt udviklet i 2013 af et team ledet af Tim Canham ved NASAs Jet Propulsion Laboratory i det sydlige Californien med det formål at skabe en lavpris, transportabel, bøjelig softwarearkitektur mulighed, der ville tillade komponenter, der er skrevet til én applikation, nemt at blive genbrugt i andre applikationer og køre på en række processorer.

I 2017 holdet pressede på for, at F Prime blev frigivet som open source, hvilket betyder, at enhver frit kunne få adgang til softwarens kildekode, tillader eksterne samarbejdspartnere, universiteter, og offentligheden til at bruge rammerne på deres egne projekter. Det er en af ​​hundredvis af koder, NASA stiller gratis til rådighed for offentligheden, både som open source eller gennem dets softwarekatalog.

"F Prime har gjort det muligt for en masse mål, vi har haft hos JPL, for at designe en virkelig genbrugelig multi-mission flyvearkitektur med den ekstra bonus af open source-samarbejdet og synlighed, som Mars Helicopter-projektet giver, " sagde Canham. "Det er en slags open source-sejr, fordi vi flyver med et open source-operativsystem og en open source-flyvesoftwareramme, og flyvende kommercielle dele, som du kan købe fra hylden, hvis du ville gøre det selv en dag." (Helikopteren bærer en kombination af specialfremstillede og hyldekomponenter - mange fra mobiltelefonteknologiens verden - inklusive dens to kameraer.)

Før opfindsomhed, F Prime (også skrevet som F') var allerede blevet sat igennem dets rumfartøjer, fungeret med succes ombord på ISS RapidScat scatterometer-instrumentet på den internationale rumstation siden 2014 og JPL's ASTERIA CubeSat i 2017. Ser frem, F Prime er planlagt til at køre på projekter, herunder NASAs Lunar Flashlight CubeSat, som vil lede efter overfladeis i Månens kratere; agenturets Near-Earth Asteroid Scout CubeSat, som vil kortlægge en asteroide; og potentielt JPL's Ocean Worlds Life Surveyor-instrument, som ville hjælpe med at søge efter vandbaseret liv i vores solsystem.

Aadil Rizvi, flysoftwareleder for Lunar Flashlight og NEA Scout hos JPL, siger, at F Prime leverer en out-of-the-box løsning til flere flysoftwaretjenester, såsom at befale, telemetri, parametre, og sekventering for rumfartøjet. Der er også en slags "auto-kodnings"-værktøj, der gør F Prime meget bærbar til brug på tværs af missioner.

"Dette gør det ret nemt at droppe en softwarekomponent fra noget som Mars Helicopter i en anden missions flyvesoftware såsom Lunar Flashlight eller gøre komponenten tilgængelig til open source-brug af alle andre, der bruger F Prime, " sagde Rizvi. "Og det er ret fedt, at en betydelig del af softwaren, der bruges på Mars Helikopteren, er identisk med software på et andet rumfartøj, der går til Månen, eller en asteroide, eller siddende på en elevs skrivebord."

Universiteter Se fordelene ved F Prime

Siden sin open source-debut, F Prime er så småt begyndt at vinde indpas som en nyttig flyvesoftwaremulighed til universitets- og studerendes projekter.

Hos Georgia Tech, et hold har indarbejdet F Prime i deres GT1 CubeSat, har til formål at tjene som en uddannelsesøvelse, der vil bære en interaktiv og automatisk amatørradionyttelast.

"Vi valgte F Prime efter at have evalueret en håndfuld flyvesoftwarerammer, herunder muligheden for at skrive vores egen fra bunden, " sagde Sterling Peet, Georgia Tech forskningsfakultet medlem og softwareleder for GT1. "Vi har ikke ressourcerne til at bygge al denne kode fra bunden, brug, og test det for at sikre de nødvendige niveauer af pålidelighed internt. Men ved at bruge F Prime, vi kan udnytte den arv, det har, og også bidrage med vores test og relaterede fordele tilbage til F Prime-fællesskabet og -projektet."

Et studerende ledet team fra Carnegie Mellon University valgte F Prime til at køre sin Iris Lunar Rover, en lille robot designet til at bevise gennemførligheden af ​​nano-rovere i planetarisk udforskning. "Det var en levedygtig mulighed med et direkte link til skaberne, så vi besluttede at bruge det selv, " sagde Iris viceprogramleder Raewyn Duvall.

F Prime vil styre roveren, mens den registrerer data og overvåger dens helbred.

"Det faktum, at det er open source, gav os en bred vifte af eksempler til at basere vores egne moduler og lade os bruge forummet til at få hurtige svar uden at skulle bekymre os om potentielle supportservicegebyrer bare for at få svar på spørgsmål, vi måtte have haft , " sagde Duvall.

JPL Small Scale Flight Software Group Supervisor Jeff Levison ser universitetspartnerskaber som dem med Georgia Tech og Carnegie Mellon som en tovejsgade:JPL leverer verdensførende flyvesystemerekspertise til spirende ingeniører, og så ned ad linjen, disse fremtidige ingeniører kan ende med at bringe deres talenter og en fungerende forståelse af F Prime til at starte en karriere hos JPL.

"F Prime er ikke en nem arkitektur at hente, så en studerende, der formår at mestre det og skabe et solidt arbejdsprojekt, har helt klart et fantastisk potentiale for en organisation som JPL, " sagde Carnegie Mellon's Duvall. "Mange af vores elever, der arbejder på Iris, der lærte F Prime, har udtrykt interesse for at ansøge om JPL, som jeg mener beviser F Primes værd som et rekrutteringsværktøj."