En 2016, la ISS todavía estaba funcionando en los procesadores Intel 80386SX de 20 MHz, que ya tenían un cuarto de siglo. las estaciones de tierra GLONASS están equipadas con la primera versión de Elbrus. En el “pequeño espacio”, las prioridades son diferentes: bajo coste, iteración rápida, y el uso de CubeSats en contenedores de Raspberry Pi y Linux. ¿Por qué todo pasa tan lentamente? Si miras un proyecto espacial a través de los ojos de los ingenieros y gerentes, no se parece a una startup, sino más bien a la construcción de una central nuclear. La primera etapa es definir los objetivos y objetivos de la misión.Este es el lugar donde se forman la idea principal, las tareas, el presupuesto y los plazos.Esta etapa incluye la investigación de la viabilidad técnica y la evaluación de las tecnologías clave que necesitan ser desarrolladas desde cero para las condiciones específicas del espacio. A continuación viene el diseño preliminar. Durante esta etapa, se crea una apariencia preliminar de la nave espacial, y se desarrollan especificaciones técnicas para el trabajo posterior. Y aquí es donde comienzan las especificaciones. En un satélite, no puedes simplemente tomar y reemplazar componentes como lo harías en un servidor en un centro de datos. Y ciertamente no puedes simplemente tomar y empezar a usar un nuevo satélite si algo va mal con el viejo, como lo hacemos con nuestros gadgets. Todo lo que los ingenieros han elegido permanecerá a bordo durante toda la vida de servicio. Podrían haber hecho su selección a principios de 2010, pero el lanzamiento sólo está sucediendo ahora. En esta etapa, el diseño, los materiales y el software se elaboran, teniendo en cuenta los requisitos de fiabilidad. A continuación viene la certificación. Esta es una de las etapas más rigurosas y largas del ciclo de vida del proyecto. Hay una norma internacional, DO-178C, que es un “código de conducta” para los desarrolladores de software espacial y de aviación. De acuerdo con esta norma, ninguna línea de código puede ser aprobada formalmente hasta que se haya probado absolutamente que cada elemento del sistema – desde la idea más vaga al código en el microprocesador – ha sido rastreado, descrito y probado. La certificación es un proceso lento: los auditores controlan los planes, las pruebas y la documentación, hasta la cobertura de código (en sistemas críticos utilizando el método MC/DC - Cobertura de Condición Modificada / Decisión). Este proceso toma años y hace que 7-10 años de preparación para el lanzamiento de la norma en lugar de la excepción. Luego comienza la fase de pruebas.El dispositivo se somete a pruebas en condiciones tan cercanas como sea posible a las del espacio: vacío, bajas temperaturas, vibraciones y radiación. A continuación viene la integración del sistema y la preparación del lanzamiento. Esto también incluye la certificación final y las auditorías necesarias para que el dispositivo sea aprobado para el lanzamiento.Pero es esta “maratón burocrática” la que garantiza que el satélite funcionará sin problemas durante 15-20 años en condiciones de radiación, fluctuaciones de temperatura y sin reparación. Luego viene el lanzamiento mismo.Después de eso, el dispositivo se pone en funcionamiento y comienza a trabajar en el espacio. Durante este período, se mantiene la comunicación, se descargan actualizaciones de software (con restricciones significativas), y se monitorean y ajustan los parámetros de la órbita.Todo esto se hace a través de estaciones terrestres, con verificación en varias etapas para asegurarse de que un error accidental no deshabilite una misión valorada en cientos de millones de dólares. El incidente del telescopio Sin embargo, en casos excepcionales, las reparaciones y modificaciones todavía son posibles directamente en el espacio. Por ejemplo, en 1990, el telescopio Hubble fue lanzado a la órbita de la Tierra. Fue enviado más allá de nuestro planeta para evitar distorsiones causadas por la atmósfera de la Tierra al recopilar datos. Algunas semanas después del lanzamiento, se descubrió que el espejo principal del telescopio tenía una aberración esférica - una desviación en forma de 2,2 micrones (menos que la espesura de un cabello humano). En 1993, tuvo lugar una de las misiones de reparación más difíciles en la historia del vuelo espacial tripulado. Los astronautas viajaron a Hubble e instalaron el sistema COSTAR, un conjunto de lentes que compensa la aberración. Al mismo tiempo, reemplazaron la cámara principal con una nueva, ya equipada con corrección integrada. Así, Hubble finalmente comenzó a producir imágenes claras. Después del éxito de la misión, la NASA llevó a cabo otras cuatro expediciones. En 1997, sustituyeron el espectrógrafo GHRS por un espectrógrafo STIS más potente con alta sensibilidad, y también añadieron NICMOS, una cámara para observaciones en infrarrojo refrigerada por nitrógeno líquido. En 1999, sustituyeron los seis giroscopios y actualizaron el ordenador principal a bordo. En 2002, se instaló la cámara ACS, y los paneles solares fueron reemplazados por nuevos. En 2009, se instaló la cámara WFC3, y se sustituyeron todos los giroscopios y unidades electrónicas.El espectrógrafo STIS, que había fallado en 2004, también fue reparado. Y sin embargo, este caso es una excepción.Es importante recordar que si su satélite no está en par con Hubble en términos de precio y significado científico, nadie volará para repararlo.Por cierto, la vida útil del telescopio se ha extendido de los planificados 15 años a más de 35 años gracias a las actualizaciones. ¿Qué sucede si una nave espacial se deja en órbita por demasiado tiempo? Entre estos antiguos temporizadores está el Transit 5B-5, lanzado por Estados Unidos el 21 de diciembre de 1964. Todavía está funcionando. Más precisamente, transmite señales - principalmente para fines científicos y de prueba. Esta máquina de la era de los primeros sistemas de navegación corre sobre el isótopo radioactivo plutonio-238, por lo que ha estado en órbita durante tanto tiempo. Al final de su ciclo de vida, el dispositivo se envía a una “órbita del cementerio” o se envía al fondo del océano de manera controlada. Según estimaciones de la Agencia Espacial Europea (ESA), hay más de 54.000 objetos mayores de 10 centímetros que vuelan sobre nuestras cabezas. Ya hay alrededor de 1,2 millones de pequeños fragmentos de 1 a 10 centímetros. A principios de 2025, había alrededor de 40.000 satélites en la órbita de la Tierra, y solo 11.000 de ellos están operativos.Si la densidad de detritos espaciales continúa creciendo, podría causar el efecto Kessler, haciendo casi inutilizable el espacio. Un hecho interesante: Transit 5B-5 se convirtió en el antepasado directo del GPS. Es un ejemplo de cómo la electrónica más simple de los años 1960, con un suministro de energía confiable y resistencia a las condiciones extremas, puede operar en órbita muchas veces más tiempo que la mayoría de los satélites modernos. Los científicos están seriamente preocupados por los escombros en la órbita.Tiene que ser limpiado, pero ¿dónde? Actualmente, hay un lugar aislado en el Océano Pacífico para este propósito - Point Nemo. Se encuentra en el hemisferio sur, aproximadamente 4.800 km de la costa de Nueva Zelanda y aproximadamente 2.700 km de las islas más cercanas. En Point Nemo, el océano está a unos 4 km de profundidad, con un bajo contenido de nutrientes y prácticamente sin vida.Cuando la ISS alcance el final de su vida operativa, se llevará a órbita sobre el océano y se hundirá allí. Para ser más precisos en términos de números: el tiempo desde el inicio del diseño preliminar hasta el lanzamiento suele durar 7-10 años (Sentinel-1A: aprobación - 2007, lanzamiento - 2014), seguido de 15-20 años (o incluso más) de operación, lo que correlaciona bien con los programas actuales de la NASA y la ESA. Esto crea una situación extremadamente paradójica: las naves espaciales utilizan la tecnología del siglo pasado, pero esta estrategia es lo que hace que el espacio sea confiable. Como resultado, los satélites diseñados y certificados a los estándares de la década de 1990 continúan proporcionando comunicaciones, navegación y datos científicos durante décadas, mientras que nuestros gadgets terrestres han sido reemplazados varias veces. Resistencia a la radiación y la calor de estándares probados Los procesadores y sistemas informáticos utilizados en el espacio, especialmente los a bordo de satélites y naves espaciales interplanetarias, deben tener alta radiación y resistencia térmica.En la electrónica comercial convencional, estas características se consideran excesivas, pero para el espacio, son vitales. Take the legendary BAE RAD750 microprocessor, based on IBM PowerPC 750 architecture and developed using 250 nm (or 150 nm) CMOS technology. It operates at frequencies from 110 to 200 MHz, provides up to 400 MIPS of computing power, and consumes about 5 W (or 10 W as part of a single-board system). It is one of the most popular and proven. Esto se logra a través de un diseño especial de cristal, aislamiento y recodificación de datos, así como de una cuidadosa selección de componentes y pruebas para la exposición a la radiación espacial en condiciones cercanas a las de las misiones reales.El RAD750 se utiliza en sistemas de control de sonda por satélite e interplanetarios, como los rovers Curiosity y Perseverance, así como en telescopios. En la URSS, uno de los primeros ordenadores soviéticos a bordo fue el Argon-11S. Fue el primer ordenador espacial del mundo. Tenía redundancia de hardware triple y controlaba automáticamente el vuelo espacial según el programa Zond (un vuelo alrededor de la Luna con el retorno del módulo de aterrizaje a la Tierra). Una característica distintiva de estos sistemas soviéticos y rusos es que fueron desarrollados de acuerdo con estándares tecnológicos más conservadores utilizando procesos tecnológicos menos densos - por ejemplo, 0,18 μm. Esto aumenta su resistencia a la radiación y reduce el riesgo de fallo. Aunque están desactualizados por los estándares modernos, estas tecnologías han sido probadas durante décadas de operación en el espacio. RTOS y lenguajes Si todo es tan complicado, ¿es realmente posible enviar un ordenador/servidor con Windows o Linux al espacio? En teoría, sí, pero generalmente, tales tareas requieren un RTOS – un sistema operativo que garantiza la ejecución de funciones críticas sin el menor fallo o retraso. VxWorks, developed by Wind River, is a commercial RTOS with a high degree of reliability and numerous features. It supports multitasking with priority preemption and provides minimal response times. The OS is used by NASA, as well as in European and American satellites and scientific instruments. VxWorks has a modular architecture and is certified to aviation and space safety standards. The latest versions even integrate capabilities for working with AI and service containerization. Una alternativa de código abierto es RTEMS (Real-Time Executive for Multiprocessor Systems). Se desarrolló originalmente para controlar los sistemas de misiles del Ejército de EE.UU. y más tarde se adaptó para arquitecturas de multiprocesadores.La Agencia Espacial Europea utiliza activamente RTEMS porque es fácilmente portable a diferentes plataformas de hardware, incluyendo la familia de procesadores SPARC LEON resistente a la radiación, que se utilizan ampliamente en misiones europeas. RTEMS tiene un sistema de planificación de tareas más flexible y permite modificaciones de componentes.El sistema operativo ha sido sometido a pruebas rigurosas y ha recibido un nivel de fiabilidad de “B” según la clasificación de la ESA, lo que indica su idoneidad para sistemas espaciales críticos. También hay Ada95, un lenguaje de programación creado en los Estados Unidos en 1980 para software crítico en sistemas en tiempo real. Al igual que el sistema operativo RTEMS, fue originalmente un desarrollo militar que fue adaptado para tareas científicas. Ada95 se utiliza en aviación y espacio debido a su estricto tipo, soporte para paralelismo, controles de límites de array de tiempo de ejecución y manejo de excepciones. El software especializado llamado “C” proporciona un control de bajo nivel del tiempo de respuesta y la memoria, por lo que en proyectos de seguridad, se limita por perfiles como MISRA C y se complementa con un análisis estático riguroso. Para la certificación en tiempo real, existe el perfil Ravenscar, que reduce las tareas a un subconjunto analizable. SPARK, un subconjunto de Ada compatible con los requisitos DO-178C/DO-333, se utiliza para la verificación formal. En la práctica, estas herramientas reducen significativamente la cantidad de verificación y riesgos operativos en grandes proyectos, desde sistemas fly-by-wire como el Boeing 777 a la avionica de la ESA. CubeSat y COTS Revolution Esto se debe en parte a la revolución provocada por CubeSats. Estos satélites son ligeramente más grandes que un cubo de Rubik, midiendo 10×10×10 cm y pesando no más de 1.33 kg. Gracias a su pequeño tamaño y modularidad, CubeSats simplifica y reduce el coste de crear y lanzar equipos espaciales en órbita. Esto abre nuevas oportunidades para las empresas y los investigadores. Por ejemplo, para lanzar misiones comerciales y científicas a un coste más bajo, incluyendo comunicaciones, sensores remotos, IoT y experimentos en baja órbita terrestre. CubeSats se han convertido en uno de los impulsores de la democratización masiva del acceso al espacio y el desarrollo de la industria espacial moderna. Esto está sucediendo, entre otras cosas, gracias al lanzamiento de dispositivos en serie utilizando equipos comercialmente disponibles (COTS). Este enfoque permite la rápida creación de satélites modulares y baratos para tareas científicas, comerciales e industriales.
