赫拉小行星任務(wù)的大腦是抗輻射和防止故障的

在歐洲航天局的核心赫拉的雙重迪迪莫斯小行星任務(wù)將是一個(gè)旨在防止故障的機(jī)載計(jì)算機(jī)。

赫拉的計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)可以在距離地球4.9億公里的地方運(yùn)行，經(jīng)受四年的強(qiáng)烈輻射照射，必須能夠順利運(yùn)行，不會(huì)鎖定任務(wù)故障或者導(dǎo)致任務(wù)失敗的痛苦，同時(shí)推動(dòng)機(jī)載自治的極限。

赫拉的行星防御任務(wù)正在整個(gè)歐洲發(fā)展，最終確定了一個(gè)現(xiàn)成的設(shè)計(jì)，將于今年11月在Space19 +部長(zhǎng)理事會(huì)上向歐洲的空間部長(zhǎng)們展示。赫拉的機(jī)載計(jì)算機(jī)正在由比利時(shí)的QinetiQ Space監(jiān)督，該機(jī)構(gòu)也是Proba系列技術(shù)測(cè)試小型衛(wèi)星的制造商。

QinetiQ Space的Peter Holsters解釋說：“一個(gè)流行的類比是，如果一個(gè)衛(wèi)星的平臺(tái)就像一輛公共汽車 - 其座位上的乘客就像載有科學(xué)的有效載荷一樣 - 那么車載計(jì)算機(jī)就是公共汽車的驅(qū)動(dòng)器。它是大腦的一部分。整個(gè)任務(wù)，協(xié)調(diào)和操作各種車載系統(tǒng)和有效載荷。“

超越地球軌道

挑戰(zhàn)在于，這種特定的機(jī)載計(jì)算機(jī)將比地球軌道上的典型任務(wù)運(yùn)行得更遠(yuǎn)。為了攔截Didymos對(duì)近地小行星，桌面大小的太空船將遠(yuǎn)遠(yuǎn)地進(jìn)入深空，略微超出火星軌道。

“如此遙遠(yuǎn)的意味著在不同的輻射環(huán)境中進(jìn)行操作，這需要非常謹(jǐn)慎的元件選擇以及特定的軟件策略，”Peter補(bǔ)充道。

除了保護(hù)地球的磁場(chǎng)之外，空間中充滿了來自更廣泛宇宙的帶電粒子，以及來自我們太陽(yáng)的太陽(yáng)風(fēng)暴。這些粒子的能量足以通過表面屏蔽來“翻轉(zhuǎn)”各個(gè)存儲(chǔ)位 - 可能破壞計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器 - 或造成稱為“閂鎖”的永久性損壞，相當(dāng)于微小的短路。

“我們的計(jì)算機(jī)使用閃存 - 與您自己的筆記本電腦或智能手機(jī)相同 - 但我們會(huì)進(jìn)行嚴(yán)格的輻射測(cè)試，以確保我們使用的批次符合必要的性能標(biāo)準(zhǔn)，”Peter補(bǔ)充道。

“管理問題的下一個(gè)層面是在軟件方面，快速的錯(cuò)誤檢測(cè)和內(nèi)存管理檢查，包括識(shí)別和解決內(nèi)存中”壞塊“的能力。

推動(dòng)自治的邊界

至于所有深空任務(wù)，地面控制的支持也將受到限制。所涉及的絕對(duì)距離意味著實(shí)時(shí)控制是不可行的。赫拉的計(jì)算機(jī)將能夠做出許多自己的決定。此外，在Didymos 的復(fù)雜的雙小行星環(huán)境中，必須避免在關(guān)鍵的近距離操作期間切換到安全模式。

“在地球軌道上，一個(gè)任務(wù)的計(jì)算機(jī)進(jìn)入安全模式并不是什么大不了的事 - 衛(wèi)星本身不會(huì)去任何地方，有時(shí)間重新配置它，”彼得說。“但是在深空中，隨著大小行星的旋轉(zhuǎn)，任何從失敗中恢復(fù)的過程都必須盡快自動(dòng)完成。

“這意味著從故障元件到備份的最大冗余和快速切換時(shí)間。我們實(shí)際上從另一個(gè)公司項(xiàng)目中獲得了這種熱冗余的良好體驗(yàn)：根據(jù)國(guó)際分娩和對(duì)接機(jī)制標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)安全關(guān)鍵對(duì)接機(jī)制，用于在一端和國(guó)際空間站或未來的月球網(wǎng)關(guān)站之間建立有人駕駛和無人駕駛的航天器之間的連接。

“我們對(duì)Hera的基準(zhǔn)是任何計(jì)算機(jī)故障的重新配置應(yīng)該非?？?，大約10到20秒。

“另一個(gè)設(shè)計(jì)策略是故意不具備中央車載計(jì)算機(jī)的所有功能。在赫拉，圖像處理 - 可能用于自動(dòng)航天器導(dǎo)航 - 將由羅馬尼亞GMV開發(fā)的專用單元執(zhí)行。”

這是一種類似的方法，可以使用單獨(dú)的圖形卡使您的家用計(jì)算機(jī)更好地運(yùn)行視頻游戲 - 避免因計(jì)算密集但非核心任務(wù)而堵塞計(jì)算機(jī)。

Hera的計(jì)算機(jī)將運(yùn)行在功能強(qiáng)大的雙核LEON-3處理器上，該處理器是ESA開發(fā)的空間微處理器系列的一部分。它的整體設(shè)計(jì)是從ADPMS-高級(jí)數(shù)據(jù)和電源管理系統(tǒng) - 在Proba-2上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)，Proba-V和即將推出的Proba-3微型衛(wèi)星上開發(fā)的。該計(jì)算機(jī)已經(jīng)展示了超過15年的在軌運(yùn)行，具有極高的可靠性。

“我們已經(jīng)達(dá)到了我們升級(jí)的ADPMS設(shè)計(jì)的工程模型階段，該階段將為Altius臭氧監(jiān)測(cè)任務(wù)以及Hera提供服務(wù)。

“這項(xiàng)測(cè)試由ESA的一般支持技術(shù)計(jì)劃支持 - 正在我們的ProbaNEXT項(xiàng)目下進(jìn)行，該項(xiàng)目正在開發(fā)我們的下一代Proba平臺(tái)，用于各種用途和用戶。

“目前，我們正在對(duì)設(shè)計(jì)的冗余和快速切換時(shí)間元素進(jìn)行鑒定。這項(xiàng)測(cè)試使我們能夠展示Hera所需的所有相關(guān)功能，因此一旦決定完成任務(wù)，我們就會(huì)做好準(zhǔn)備。”