I computer di bordo dei satelliti: indistruttibili e pronti a riconfigurarsi in pochi secondi

Nel cuore della missione Hera dell’ESA, dedicata allo studio dell’asteroide doppio Didymos, ci sarà un computer di bordo destinato ad essere a prova di fallimento.

Progettato per funzionare fino a 490 milioni di chilometri di distanza dalla Terra e resistendo a quattro anni di esposizione a radiazioni, il computer di Hera deve funzionare senza intoppi né rompersi, pena il fallimento della missione.

Lo sviluppo della missione Hera per la difesa planetaria si sta sviluppando in tutta Europa, per finalizzare un progetto da presentare ai ministri europei al Consiglio Space19 + questo novembre. Il computer di bordo di Hera è supervisionato da QinetiQ Space in Belgio.

Il computer di bordo è il conducente del bus

Peter Holsters di QinetiQ Space spiega: “Un’analogia popolare è che se la piattaforma di un satellite è come un autobus – con i carichi utili, generatori di scienza, come i passeggeri sui sedili – allora il computer di bordo è il conducente del bus. È il cervello dell’intera missione, che coordina e gestisce i vari sistemi di bordo e i carichi utili.”

La sfida è che questo particolare computer di bordo funzionerà molto più lontano rispetto a una tipica missione in orbita terrestre. Per intercettare la coppia Didymos di asteroidi vicini alla Terra, la navicella spaziale si avventurerà lontano nello spazio profondo, leggermente oltre l’orbita di Marte.

Le radiazioni spaziali

Oltre alla protezione del campo magnetico terrestre, lo spazio è pieno di particelle cariche provenienti dal cosmo più ampio e di tempeste solari. Queste particelle sono abbastanza energetiche da passare attraverso la schermatura superficiale per “capovolgere” i singoli bit di memoria – potenzialmente corrompendo la memoria del computer – o fanno danni permanenti chiamati latch-up, equivalenti a piccoli cortocircuiti.

“I nostri computer utilizzano la memoria flash – la stessa del tuo laptop o smartphone – ma eseguiamo test rigorosi sulle radiazioni per garantire che i lotti che utilizziamo soddisfino gli standard di prestazione necessari”, aggiunge Peter.

“Il livello successivo di gestione del problema è dal lato software, con il rilevamento rapido degli errori e il controllo nella gestione della memoria, inclusa la capacità di identificare e aggirare i blocchi danneggiati nella memoria.”

Avventurarsi lontano dal Sole significa anche che il computer di bordo, come la navicella nel suo insieme, dovrà cavarsela con meno energia rispetto a quanto si muove nell’orbita del suo pianeta, dato che il sole disponibile si riduce.

Decisioni in autonomia

Come per tutte le missioni nello spazio profondo, anche il supporto dal controllo di terra sarà limitato. La semplice distanza significa che il controllo in tempo reale non sarà fattibile. Il computer di Hera sarà in grado di prendere molte delle sue decisioni.

“Nell’orbita terrestre il computer di una missione che entra in modalità sicura non è un grosso problema: il satellite non sta andando da nessuna parte, c’è tempo per riconfigurarlo”, dice Peter. “Ma nello spazio profondo, con grandi asteroidi che girano, qualsiasi recupero dal fallimento dovrà essere fatto autonomamente e il più rapidamente possibile.

“Ciò implica la massima ridondanza e tempi rapidi di commutazione dall’elemento guasto al suo backup. In realtà abbiamo una buona esperienza di tale ridondanza da un altro progetto aziendale: lo sviluppo di un meccanismo di aggancio critico per la sicurezza secondo lo Standard internazionale del meccanismo di stabilizzazione e attracco, che viene utilizzato per collegare un’astronave con la Stazione Spaziale Internazionale o, in futuro, la stazione Lunar Gateway.”

Riconfigurare il computer in 10 secondi

“Il nostro punto di riferimento per Hera è che la riconfigurazione da qualsiasi errore del computer dovrebbe essere estremamente veloce, una questione di 10 a 20 secondi.”

“Un’altra strategia di progettazione è quella di non disporre deliberatamente di tutte le funzionalità nel computer di bordo centrale. Su Hera l’elaborazione delle immagini, potenzialmente utilizzabile per la navigazione autonoma di veicoli spaziali, verrà eseguita da un’unità dedicata, sviluppata da GMV in Romania.”

È un approccio simile all’utilizzo di una scheda grafica separata per rendere il tuo computer di casa più adatto ai videogiochi, evitando di intasare il computer con compiti non essenziali.

Il processore

Il computer di Hera funzionerà con un potente processore dual-core LEON-3, parte di una famiglia di microprocessori sviluppati da ESA. Il suo design generale è stato sviluppato da ADPMS – Advanced Data and Power Management System – computer pilotato su Proba-2, Proba-V e i prossimi mini satelliti Proba-3. Questo computer ha dimostrato più di 15 anni di operazioni in orbita con altissima affidabilità.

 

 

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