赫拉小行星任務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將是一個旨在防止故障的機載計算機。

赫拉的計算機設計可以在距離地球4.9億公里的地方運行，經(jīng)受四年的強烈輻射照射，必須能夠順利運行，不會鎖定任務故障或者導致任務失敗的痛苦，同時推動機載自治的極限。

赫拉的行星防御任務正在整個歐洲發(fā)展，最終確定了一個現(xiàn)成的設計，將于今年11月在Space19 +部長理事會上向歐洲的空間部長們展示。赫拉的機載計算機正在由比利時的QinetiQ Space監(jiān)督，該機構也是Proba系列技術測試小型衛(wèi)星的制造商。

QinetiQ Space的Peter Holsters解釋說：“一個流行的類比是，如果一個衛(wèi)星的平臺就像一輛公共汽車 - 其座位上的乘客就像載有科學的有效載荷一樣 - 那么車載計算機就是公共汽車的驅(qū)動器。它是大腦的一部分。整個任務，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，這種特定的機載計算機將比地球軌道上的典型任務運行得更遠。為了攔截Didymos對近地小行星，桌面大小的太空船將遠遠地進入深空，略微超出火星軌道。

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

除了保護地球的磁場之外，空間中充滿了來自更廣泛宇宙的帶電粒子，以及來自我們太陽的太陽風暴。這些粒子的能量足以通過表面屏蔽來“翻轉(zhuǎn)”各個存儲位 - 可能破壞計算機存儲器 - 或造成稱為“閂鎖”的永久性損壞，相當于微小的短路。

“我們的計算機使用閃存 - 與您自己的筆記本電腦或智能手機相同 - 但我們會進行嚴格的輻射測試，以確保我們使用的批次符合必要的性能標準，”Peter補充道。

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

推動自治的邊界

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

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

“這意味著從故障元件到備份的最大冗余和快速切換時間。我們實際上從另一個公司項目中獲得了這種熱冗余的良好體驗：根據(jù)國際分娩和對接機制標準開發(fā)安全關鍵對接機制，用于在一端和國際空間站或未來的月球網(wǎng)關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Hera的基準是任何計算機故障的重新配置應該非?？欤蠹s10到20秒。

“另一個設計策略是故意不具備中央車載計算機的所有功能。在赫拉，圖像處理 - 可能用于自動航天器導航 - 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，可以使用單獨的圖形卡使您的家用計算機更好地運行視頻游戲 - 避免因計算密集但非核心任務而堵塞計算機。

Hera的計算機將運行在功能強大的雙核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。它的整體設計是從ADPMS-高級數(shù)據(jù)和電源管理系統(tǒng) - 在Proba-2上運行的計算機，Proba-V和即將推出的Proba-3微型衛(wèi)星上開發(fā)的。該計算機已經(jīng)展示了超過15年的在軌運行，具有極高的可靠性。

“我們已經(jīng)達到了我們升級的ADPMS設計的工程模型階段，該階段將為Altius臭氧監(jiān)測任務以及Hera提供服務。

“這項測試由ESA的一般支持技術計劃支持 - 正在我們的ProbaNEXT項目下進行，該項目正在開發(fā)我們的下一代Proba平臺，用于各種用途和用戶。

“目前，我們正在對設計的冗余和快速切換時間元素進行鑒定。這項測試使我們能夠展示Hera所需的所有相關功能，因此一旦決定完成任務，我們就會做好準備。”