У 2016. години, МКС је још увек радио на Интел 80386СКС 20 МХз процесорима, који су већ били четврт века стари. ГЛОНАСС копнене станице су опремљене првом верзијом Елбрус. У "малом простору", приоритети су различити: ниска цена, брза итерација, и употреба КубеСатс на контејнерима Raspberry Pi и Linux. Хајде да погледамо зашто су временски тестиране технологије вредне у простору. Zašto se sve dešava tako sporo Ако погледате свемирски пројекат кроз очи инжењера и менаџера, то не личи на стартап, већ на изградњу нуклеарне електране. Прва фаза је дефинисање циљева и циљева мисије. Ово је место где се формирају главна идеја, задаци, буџет и рокови. Ова фаза укључује истраживање техничке изводљивости и евалуацију кључних технологија које треба да се развију од нуле за специфичне услове простора. Затим долази прелиминарни дизајн. Током ове фазе, креиран је прелиминарни изглед свемирског брода, а техничке спецификације су развијене за даљи рад. И овде почињу специфичности. У сателиту, не можете само узети и заменити компоненте као што бисте у серверу у центру података. И сигурно не можете само узети и почети да користите нови сателит ако нешто не иде са старим, као што радимо са нашим гаџетима. Све што су инжењери изабрали остаће на броду за цео животни век. Могли су да направе свој избор почетком 2010. године, али лансирање се дешава само сада. Следећа фаза је детаљан дизајн.У овој фази, дизајн, материјали и софтвер се израђују, узимајући у обзир захтеве поузданости. Ovo je jedna od najstrožih i najdužih faza životnog ciklusa projekta. Postoji međunarodni standard, DO-178C, koji je „kod ponašanja“ za programere svemirskog i avijacionog softvera. U skladu sa ovim standardom, nijedna linija koda ne može biti formalno odobrena dok se ne dokaže apsolutno da je svaki element sistema – od najnejasnije ideje do koda u mikroprocesoru – pratjen, opisan i testiran. Сертификација је спор процес: ревизори проверавају планове, тестове и документацију, све до покривања кода (у критичним системима користећи методу МЦ/ДЦ – Модифиед Цонтион/Децисион Цоапхиаге). Тада почиње фаза тестирања.Уређај се тестира у условима што је могуће ближе онима у свемиру - вакуум, ниске температуре, вибрације и зрачење. Затим долази интеграција система и припрема за лансирање. Ово укључује и коначну сертификацију и ревизије потребне за уређај који ће бити одобрен за лансирање.Али то је овај „бирократски маратон“ који гарантује да ће сателит радити без проблема 15-20 година у условима зрачења, флуктуација температуре и без поправке. Затим долази сам лансирање. Након тога, уређај се ставља у рад и почиње да ради у свемиру. Током овог периода, комуникација се одржава, ажурирања софтвера се преузимају (са значајним ограничењима), а параметри орбите се надгледају и прилагођавају. Све ово се ради кроз копнене станице, са вишестепеном верификацијом како би се осигурало да случајни буг не онемогућава мисију вредну стотина милиона долара. Инцидент са телескопом Међутим, у изузетним случајевима, поправке и модификације су и даље могуће директно у свемиру. На пример, 1990. године, Хабл телескоп је лансиран у орбиту Земље. Он је послат изван наше планете како би се избегле изобличења узроковане Земљином атмосфером приликом прикупљања података. Неколико недеља након лансирања, испоставило се да главно огледало телескопа има сферичну аберацију - одступање у облику 2,2 микрона (мање од дебљине људске косе). Узрок неисправности била је погрешна подешавања опреме током полирања огледала. 1993. године догодила се једна од најтежих поправних мисија у историји пловидбе у космосу. Астронаути су путовали у Хабл и инсталирали ЦОСТАР систем, скуп сочива који компензује аберрацију. У исто време, заменили су главни фотоапарат новим, већ опремљеним уграђеном корекцијом. Након успеха мисије, НАСА је спровела још четири експедиције. Године 1997. они су заменили ГХРС спектрограф са моћнијим СТИС спектрографом са високом осетљивошћу, а такође су додали НИЦМОС, камеру за инфрацрвена посматрања охлађена течним азотом. Године 1999. заменили су свих шест жироскопа и надоградили главни рачунар на броду. 2002. године инсталирана је АЦС камера, а соларни панели су замењени новим. У 2009. години инсталирана је камера ВФЦ3, а замењени су сви жироскопи и електронске јединице.СТИС спектрограф, који је пропао 2004. године, такође је поправљен. Ипак, овај случај је изузетак. Важно је запамтити да ако ваш сателит није на истом нивоу са Хабл-ом у смислу цене и научног значаја, нико неће летети да га поправи. Šta bi se desilo kada bi svemirski brod ostao na orbiti predugo? Међу овим старим тајмерима је Транзит 5Б-5, лансиран од стране Сједињених Држава 21. децембра 1964. и даље ради. Прецизније, он преноси сигнале - углавном за научне и тестирање сврхе. Ова машина из ере првих навигационих система ради на радиоактивном изотопу плутонијум-238, због чега је толико дуго у орбити. На крају свог животног циклуса, уређај се или шаље на „орбиту гробља“ или шаље на дно океана на контролисан начин. Према проценама Европске свемирске агенције (ЕСА), постоји више од 54.000 објеката већих од 10 центиметара који лете изнад наших глава. Већ има око 1,2 милиона малих фрагмената величине од 1 до 10 центиметара. До почетка 2025. године било је око 40.000 сателита у орбити Земље, а само 11.000 од њих је у функцији.Ако густина свемирских остатака настави да расте, то би могло изазвати Кеслеров ефекат, чинећи близу свемира неупотребљивим.Чак и ситно зрно песка које лети брзином од неколико хиљада или десетина хиљада километара на сат могло би непоправљиво оштетити Хабл свемирски телескоп или систем подршке животу на МКС. Занимљива чињеница: Транзит 5Б-5 постао је директни предак ГПС-а.То је пример како најједноставнија електроника 1960-их година, са поузданим снабдевањем енергијом и отпорношћу екстремним условима, може радити у орбити много пута дуже од већине модерних сателита. Научници су озбиљно забринути због остатака у орбити. Потребно је очистити, али где? Тренутно постоји одвојено место у Пацифичком океану за ову сврху - Поинт Немо. налази се на јужној хемисфери, око 4.800 км од обале Новог Зеланда и око 2.700 км од најближих острва. На Поинт Немо, океан је дубок око 4 км, са ниским садржајем хранљивих материја и практично без живота. Да будемо прецизнији у погледу бројева: време од почетка прелиминарног дизајна до лансирања обично траје 7-10 година (Сентинел-1А: одобрење - 2007, лансирање - 2014), праћено 15-20 година (или чак више) рада, што добро корелира са тренутним програмима НАСА и ЕСА. Ово ствара изузетно парадоксалну ситуацију: свемирски бродови користе технологију из прошлог века, али ова стратегија је оно што чини свемир поузданим. Радио и топлотна отпорност доказаних стандарда Процесори и рачунарски системи који се користе у свемиру, посебно они на сателитима и међупланетарним свемирским бродовима, морају имати високу зрачење и отпорност на топлоту.У конвенционалној комерцијалној електроници, ове карактеристике се сматрају прекомерним, али за свемир, они су витални. Узмите легендарни БАЕ РАД750 микропроцесор, заснован на архитектури ИБМ ПоверПЦ 750 и развијен користећи 250 нм (или 150 нм) ЦМОС технологију. Ради на фреквенцијама од 110 до 200 МХз, пружа до 400 МИПС рачунарске снаге, и троши око 5 В (или 10 В као део система једне плоче). Ово се постиже посебним кристалним дизајном, изолацијом и рекодирањем података, као и пажљивим одабиром компоненти и тестирањем за излагање свемирском зрачењу у условима блиским оним стварних мисија.Рад750 се користи у сателитским и међупланетарним системима контроле сонде, као што су ровери Curiosity и Perseverance, као и у телескопима. У СССР-у, један од првих совјетских борбених рачунара био је Аргон-11С. То је био први свемирски рачунар на свету. имао је троструку хардверску редунанцу и аутоматски контролисао свемирски лет према Зонд програму (полет око Месеца са повратком модула за слетање на Земљу). Посебна карактеристика ових совјетских и руских система је да су развијени према конзервативнијим технолошким стандардима користећи мање густе технолошке процесе - на пример, 0,18 μм. Ово повећава њихову отпорност на зрачење и смањује ризик од квара. Иако су застарели савременим стандардима, ове технологије су доказане током деценија рада у свемиру. РТОС и језици Ако је све тако компликовано, да ли је заиста могуће послати рачунар / сервер који покреће Виндовс или Линук у простор? У теорији, да, али обично, такви задаци захтевају РТОС - оперативни систем који гарантује извођење критичних функција без и најмањег неуспјеха или одлагања. VxWorks, koji je razvio Wind River, je komercijalni RTOS sa visokim stepenom pouzdanosti i brojnim karakteristikama. Podržava multitasking sa prioritetnom preempcijom i obezbeđuje minimalno vreme odgovora. OS koristi NASA, kao i u evropskim i američkim satelitima i naučnim instrumentima. VxWorks ima modularnu arhitekturu i sertifikovan je prema standardima avijacije i svemirske bezbednosti. Najnovije verzije čak integriraju mogućnosti za rad sa AI i servisnom kontejnerizacijom. Алтернатива отвореног кода је РТЕМС (Реал-Тиме Екецутиве за Мултипроцесор Системс). Првобитно је развијен да контролише ракетне системе америчке војске и касније је прилагођен за мултипроцесорске архитектуре. РТЕМС има флексибилнији систем планирања задатака и омогућава модификације компоненти. ОС је подвргнут строгим тестирањима и додељен је ниво поузданости "Б" према класификацији ЕСА, што указује на његову прикладност за критичне свемирске системе. Постоји и Ада95, програмски језик који је створен у САД-у 1980. године за критични софтвер у системима у реалном времену. Као и оперативни систем РТЕМС, првобитно је био војни развој који је прилагођен за научне задатке.Ада95 се користи у ваздухопловству и свемиру због свог строгог уношења, подршке за паралелизам, контроле граница масе радног времена и управљања изузецима. Специјализовани софтвер под називом "Ц" пружа низак ниво контроле времена одговора и меморије, тако да је у безбедносним пројектима ограничен профилима као што је МИСРА Ц и допуњен ригорозном статичком анализом. За сертификоване реалном времену, постоји Равенсцар профил, који смањује задатке на аналитички подсет. СПАРК, подсет Ада компатибилан са захтевима ДО-178Ц/ДО-333, користи се за формалну верификацију.У пракси, ови алати значајно смањују количину верификације и оперативне ризике у великим пројектима, од система фли-би-вир као што је Боинг 777 до авионика ЕСА. CubeSat и COTS Revolution Тренутно постоји значајан пораст интереса за мале сателите широм света. Ово је делимично због револуције коју је довела до CubeSats. Ови сателити су нешто већи од Рубикове коцке, мери 10×10×10 цм и тежи не више од 1,33 кг. Zahvaljujući svojoj maloj veličini i modularnosti, CubeSats pojednostavljuje i smanjuje troškove stvaranja i lansiranja svemirske opreme u orbitu.To otvara nove mogućnosti za preduzeća i istraživače.Na primer, za lansiranje komercijalnih i naučnih misija po nižim troškovima, uključujući komunikacije, daljinsko senzorije, IoT i eksperimente u niskoj Zemljinoj orbiti. CubeSats su postali jedan od pokretača masovne demokratizacije pristupa svemiru i razvoja moderne svemirske industrije.To se dešava, između ostalog, zahvaljujući lansiranju serijskih uređaja koristeći komercijalno dostupnu opremu (COTS). Ovaj pristup omogućava brzo stvaranje modularnih i jeftinih satelita za naučne, komercijalne i industrijske zadatke.
