ในปี 2016 ISS ยังคงทํางานบนโปรเซสเซอร์ Intel 80386SX 20 MHz ซึ่งมีอายุประมาณครึ่งหนึ่งศตวรรษแล้ว สถานีบนพื้นดิน GLONASS พร้อมกับรุ่นแรกของ Elbrus ใน "พื้นที่ขนาดเล็ก" ความสําคัญแตกต่างกัน: ค่าใช้จ่ายต่ํา iteration ที่รวดเร็วและการใช้ CubeSats บนคอนเทนเนอร์ Raspberry Pi และ Linux ลองดูว่าทําไมเทคโนโลยีที่ผ่านการทดสอบเวลาได้รับการประเมินในพื้นที่ ทําไมทุกอย่างเกิดขึ้นอย่างช้า หากคุณมองไปที่โครงการอวกาศผ่านดวงตาของวิศวกรและผู้จัดการมันไม่เหมือนการเริ่มต้นการเริ่มต้น แต่มากกว่าการก่อสร้างของโรงไฟฟ้าพลังงานนิวเคลียร์ ทุกอย่างใช้เวลานานเป็นหลายชั้นและต้องการความแม่นยําที่น่าทึ่ง ขั้นตอนแรกคือการกําหนดเป้าหมายและเป้าหมายของภารกิจ นี่คือสถานที่ที่แนวคิดหลักงานงบประมาณและระยะเวลาจะเกิดขึ้น ขั้นตอนนี้รวมถึงการวิจัยความสามารถทางเทคนิคและการประเมินเทคโนโลยีหลักที่จําเป็นต้องพัฒนาจากจุดเริ่มต้นสําหรับเงื่อนไขเฉพาะของพื้นที่ ตัวอย่างเช่นระบบป้องกันรังสีและระบบการสื่อสารระยะไกล ถัดไปมาการออกแบบล่วงหน้า ในขั้นตอนนี้การปรากฏตัวล่วงหน้าของยานอวกาศจะถูกสร้างขึ้นและข้อกําหนดทางเทคนิคจะถูกพัฒนาเพื่อการทํางานต่อไป และนี่คือจุดเริ่มต้นของรายละเอียด ในดาวเทียมคุณไม่สามารถใช้และแทนที่ส่วนประกอบเช่นเดียวกับในเซิร์ฟเวอร์ในศูนย์ข้อมูล และคุณไม่สามารถใช้ดาวเทียมใหม่ได้หากมีอะไรผิดปกติกับดาวเทียมเก่าเช่นเดียวกับ Gadgets ของเรา ทุกอย่างที่วิศวกรได้เลือกจะยังคงอยู่บนเรือตลอดอายุการใช้งาน พวกเขาสามารถเลือกได้ในช่วงต้นปี 2010 แต่การเปิดตัวจะเกิดขึ้นตอนนี้เท่านั้น ขั้นตอนต่อไปคือการออกแบบรายละเอียด ในขั้นตอนนี้การออกแบบวัสดุและซอฟต์แวร์จะได้รับการประมวลผลโดยคํานึงถึงความต้องการความน่าเชื่อถือ ต่อไปคือการรับรอง นี่เป็นหนึ่งในขั้นตอนที่เข้มงวดและยาวที่สุดของวงจรชีวิตของโครงการ มีมาตรฐานระหว่างประเทศ DO-178C ซึ่งเป็น “รหัสพฤติกรรม” สําหรับนักพัฒนาซอฟต์แวร์อวกาศและการบิน ตามมาตรฐานนี้ไม่มีสายรหัสที่สามารถได้รับการอนุมัติอย่างเป็นทางการจนกว่าจะได้รับการพิสูจน์อย่างแน่นอนว่าทุกองค์ประกอบของระบบ - จากความคิดที่สงสัยที่สุดไปจนถึงรหัสในไมโครโปรเซสเซอร์ - ได้รับการติดตามอธิบายและทดสอบ การรับรองเป็นกระบวนการที่ช้า: ผู้ตรวจสอบตรวจสอบแผนการทดสอบและเอกสารจนถึงการครอบคลุมรหัส (ในระบบที่สําคัญโดยใช้วิธีการ MC / DC - การครอบคลุมเงื่อนไข / การตัดสินใจที่เปลี่ยนแปลง) กระบวนการนี้ใช้เวลาหลายปีและทําให้ 7-10 ปีของการเตรียมการสําหรับการเปิดตัวเป็นมาตรฐานแทนที่จะเป็นข้อยกเว้น จากนั้นขั้นตอนการทดสอบจะเริ่มขึ้น อุปกรณ์จะผ่านการทดสอบในเงื่อนไขที่ใกล้ที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้กับเงื่อนไขในอวกาศเช่นสูญญากาศอุณหภูมิต่ําการสั่นสะเทือนและรังสี สิ่งนี้จะทําเพื่อยืนยันความสามารถในการทํางาน ต่อไปคือการบูรณาการระบบและการเตรียมการสําหรับการเปิดตัว นอกจากนี้ยังรวมถึงการรับรองและการตรวจสอบขั้นสุดท้ายที่จําเป็นสําหรับอุปกรณ์ที่จะได้รับการอนุมัติสําหรับการเปิดตัว แต่เป็น "marathon bureaucratic" นี้ที่รับประกันว่าดาวเทียมจะทํางานได้อย่างราบรื่นใน 15-20 ปีภายใต้เงื่อนไขของรังสีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิและไม่มีการซ่อมแซม จากนั้นมาถึงการเปิดตัวเอง หลังจากนั้นอุปกรณ์จะถูกนําไปใช้งานและเริ่มทํางานในอวกาศ ในช่วงเวลานี้การสื่อสารจะถูกบํารุงรักษาการอัปเดตซอฟต์แวร์จะถูกดาวน์โหลด (พร้อมกับข้อ จํากัด ที่สําคัญ) และพารามิเตอร์วงจรจะถูกตรวจสอบและปรับเปลี่ยน ทั้งหมดนี้จะทําผ่านสถานีบนพื้นดินด้วยการตรวจสอบหลายขั้นตอนเพื่อให้แน่ใจว่าข้อบกพร่องผิดพลาดไม่ได้ปิดการใช้งานภารกิจที่มีมูลค่าร้อยล้านดอลลาร์ ความผิดพลาดของ Telescope อย่างไรก็ตามในกรณีที่ผิดปกติการซ่อมแซมและการปรับเปลี่ยนยังคงเป็นไปได้โดยตรงในอวกาศ ตัวอย่างเช่นในปี 1990 ฮับลล์ดาวเทียมถูกส่งไปยังวงกลมของโลก มันถูกส่งไปนอกโลกของเราเพื่อหลีกเลี่ยงการปลอมแปลงที่เกิดจากบรรยากาศของโลกเมื่อเก็บข้อมูล สังคมบนพื้นดินมักจะเผชิญกับปัญหาเช่นการสั่นสะเทือนของอากาศและการดูดซึมของรังสีอัลตราไวโอเลตและอินฟราเรด สัปดาห์ไม่กี่หลังจากการเปิดตัวมันก็ปรากฏว่ากระจกหลักของกระจกมีรูปร่างกลม - ความแตกต่างในรูปร่างของ 2.2 ไมครอน (น้อยกว่าความหนาของเส้นผมมนุษย์) สิ่งนี้ทําให้ภาพลึกลงไป สาเหตุของความผิดปกติคือการตั้งค่าอุปกรณ์ที่ไม่ถูกต้องในระหว่างการขัดกระจก ในปี 1993 หนึ่งในภารกิจซ่อมแซมที่ยากที่สุดในประวัติศาสตร์ของการบินอวกาศที่มีบุรุษเกิดขึ้น นักบินอวกาศเดินทางไปยังฮับเบิลและติดตั้งระบบ COSTAR ชุดของเลนส์ที่ชดเชยการขัดแย้ง ในเวลาเดียวกันพวกเขาแทนที่กล้องหลักด้วยกล้องใหม่ที่มีการแก้ไขในตัว ดังนั้นฮับเบิลก็เริ่มผลิตภาพที่ชัดเจน หลังจากประสบความสําเร็จของภารกิจ NASA ได้ดําเนินการสี่การเดินทางเพิ่มเติม ในปี 1997 พวกเขาแทน GHRS สเปกทอรีด้วยสเปกทอรี STIS ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นที่มีความไวสูงและยังเพิ่ม NICMOS กล้องสําหรับการสังเกตแสงอินฟราเรดระบายความร้อนด้วยไนโตรเจนเหลว ในปี 1999 พวกเขาแทนที่ทั้งหก gyroscopes และอัพเกรดคอมพิวเตอร์หลักบนเรือ ในปี 2002 กล้อง ACS ถูกติดตั้งและแผงเซลล์แสงอาทิตย์ถูกแทนที่ด้วยใหม่ ในปี 2009 กล้อง WFC3 ถูกติดตั้งและ gyroscopes ทั้งหมดและหน่วยอิเล็กทรอนิกส์ถูกแทนที่ และสเปกตรัม STIS ซึ่งล้มเหลวในปี 2004 ยังได้รับการซ่อมแซม และอย่างไรก็ตามกรณีนี้เป็นข้อยกเว้น มันเป็นสิ่งสําคัญที่จะจําไว้ว่าถ้าดาวเทียมของคุณไม่เท่ากับฮับเบลในแง่ของราคาและความสําคัญทางวิทยาศาสตร์ไม่มีใครจะบินไปซ่อมแซมมัน ในทางกลับกันอายุการใช้งานของดาวเทียมได้ขยายจาก 15 ปีที่วางแผนไว้เป็นมากกว่า 35 ปีเนื่องจากการอัพเกรด โดยทั่วไปดาวเทียมทํางานได้ถึง 20 ปี สิ่งที่เกิดขึ้นถ้ายานอวกาศถูกทิ้งไว้ในวงกลมนานเกินไป ในหมู่เครื่องชั่วคราวเหล่านี้คือ Transit 5B-5, เปิดตัวโดยสหรัฐอเมริกาในวันที่ 21 ธันวาคม 1964 มันยังคงทํางาน โดยเฉพาะอย่างยิ่งมันส่งสัญญาณ - ส่วนใหญ่สําหรับวัตถุประสงค์ทางวิทยาศาสตร์และการทดสอบ เครื่องนี้จากยุคของระบบการนําทางครั้งแรกทํางานบนไอโซโตป radioactive plutonium-238, นั่นคือเหตุผลที่มันมีการสํารวจเป็นเวลานาน ในตอนท้ายของวงจรชีวิตของอุปกรณ์จะถูกส่งไปยัง “วงจรสวนฝังศพ” หรือถูกส่งไปยังพื้นดินของมหาสมุทรอย่างควบคุม ตามคํานวณจากหน่วยงานอวกาศยุโรป (ESA) มีมากกว่า 54,000 วัตถุขนาดใหญ่กว่า 10 ซม. ที่บินเหนือศีรษะของเรา มีอยู่แล้วประมาณ 1.2 ล้านชิ้นเล็ก ๆ ขนาด 1 ถึง 10 ซม. และจํานวนชิ้นส่วน sub-centimeter ได้เกิน 130 ล้าน จนถึงจุดเริ่มต้นของปี 2025 มีดาวเทียมประมาณ 40,000 ในวงกลมของโลกและเพียง 11,000 ของพวกเขามีการดําเนินงาน หากความหนาแน่นของขยะอวกาศยังคงเติบโตก็อาจทําให้เกิดผลกระทบ Kessler ทําให้พื้นที่ใกล้เคียงไม่สามารถใช้ได้ แม้กระทั่งเมล็ดทรายเล็ก ๆ น้อย ๆ ที่บินด้วยความเร็วหลายพันหรือสิบพันกิโลเมตรต่อชั่วโมงอาจเป็นอันตรายต่อ Hubble Space Telescope หรือระบบสนับสนุนชีวิตของ ISS ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ: Transit 5B-5 ได้กลายเป็นต้นกําเนิดโดยตรงของ GPS เป็นตัวอย่างของวิธีที่อิเล็กทรอนิกส์ที่เรียบง่ายที่สุดของปี 1960 กับแหล่งจ่ายไฟที่เชื่อถือได้และความต้านทานต่อสภาพแวดล้อมที่รุนแรงสามารถทํางานในวงจรหลายครั้งนานกว่าดาวเทียมที่ทันสมัยส่วนใหญ่ นักวิทยาศาสตร์มีความกังวลอย่างจริงจังเกี่ยวกับขยะในวงกลม มันต้องทําความสะอาด แต่ที่ไหน ปัจจุบันมีจุดที่แยกต่างหากในมหาสมุทรแปซิฟิกสําหรับวัตถุประสงค์นี้ - Point Nemo ตั้งอยู่ในครึ่งโลกใต้ประมาณ 4,800 กิโลเมตรจากชายฝั่งของนิวซีแลนด์และประมาณ 2,700 กิโลเมตรจากเกาะที่ใกล้ที่สุด นี่คือที่เรียกว่า "ศาลเรือ" ที่ขยะจากยานอวกาศที่ไม่ได้เผาไหม้ในบรรยากาศถูกจมลง ที่จุดเนโมมหาสมุทรลึกประมาณ 4 กิโลเมตรมีปริมาณสารอาหารต่ําและมีชีวิตเกือบไม่มี เมื่อ ISS มาถึงจุดสิ้นสุดของชีวิตการดําเนินงานแล้วจะถูกนําไปสู่วงกลมเหนือมหาสมุทรและจมลงที่นั่น สําหรับความแม่นยํามากขึ้นในแง่ของตัวเลข: เวลาตั้งแต่จุดเริ่มต้นของการออกแบบล่วงหน้าจนถึงการเปิดตัวมักจะใช้เวลา 7-10 ปี (Sentinel-1A: การอนุมัติ - 2007, การเปิดตัว - 2014), ต่อไปคือ 15-20 ปี (หรือมากกว่า) ของการดําเนินงานซึ่งเกี่ยวข้องกับโปรแกรมปัจจุบันของ NASA และ ESA สิ่งนี้สร้างสถานการณ์ที่น่าตื่นตาตื่นใจอย่างมาก: เครื่องบินใช้เทคโนโลยีจากศตวรรษที่ผ่านมา แต่กลยุทธ์นี้เป็นสิ่งที่ทําให้พื้นที่เชื่อถือได้ เป็นผลให้ดาวเทียมที่ออกแบบและได้รับการรับรองตามมาตรฐานของปี 1990 ยังคงให้บริการการสื่อสารการนําทางและข้อมูลทางวิทยาศาสตร์มานานหลายทศวรรษในขณะที่เครื่องมือบนพื้นดินของเราได้รับการแทนที่หลายครั้ง ความต้านทานรังสีและความร้อนตามมาตรฐานที่พิสูจน์แล้ว โปรเซสเซอร์และระบบคอมพิวเตอร์ที่ใช้ในอวกาศโดยเฉพาะอย่างยิ่งในดาวเทียมและยานอวกาศระหว่างดาวเคราะห์ต้องมีความต้านทานรังสีและความร้อนสูง ในอิเล็กทรอนิกส์เชิงพาณิชย์แบบดั้งเดิมคุณสมบัติเหล่านี้ถือเป็นมากเกินไป แต่สําหรับอวกาศพวกเขาเป็นสิ่งสําคัญ 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. สิ่งนี้ประสบความสําเร็จผ่านการออกแบบคริสตัลพิเศษการแยกและการรีโค้ดข้อมูลรวมถึงการเลือกชิ้นส่วนอย่างระมัดระวังและการทดสอบสําหรับการสัมผัสกับรังสีอวกาศในสภาพใกล้เคียงกับสภาพของภารกิจจริง RAD750 ใช้ในระบบควบคุมดาวเทียมและดาวเทียมระหว่างดาวเทียมเช่น Rover Curiosity และ Perseverance เช่นเดียวกับในดาวเทียม ในสหภาพโซเวียตหนึ่งในคอมพิวเตอร์บนเรือของสหภาพโซเวียตครั้งแรกคือ Argon-11S มันเป็นคอมพิวเตอร์อวกาศครั้งแรกของโลก มันมีความเสียหายฮาร์ดแวร์สามเท่าและควบคุมการบินอวกาศโดยอัตโนมัติตามโปรแกรม Zond (การบินรอบดวงจันทร์ด้วยการกลับมาของโมดูลการดาวน์โหลดไปยังโลก) คุณสมบัติที่โดดเด่นของระบบโซเวียตและรัสเซียเหล่านี้คือพวกเขาได้รับการพัฒนาตามมาตรฐานทางเทคโนโลยีที่บํารุงรักษามากขึ้นโดยใช้กระบวนการทางเทคโนโลยีที่มีความหนาแน่นน้อยลง - ตัวอย่างเช่น 0.18 μm สิ่งนี้ช่วยเพิ่มความต้านทานต่อรังสีและลดความเสี่ยงของความล้มเหลว แม้ว่าพวกเขากําลังหมดอายุตามมาตรฐานที่ทันสมัยเทคโนโลยีเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์ในช่วงหลายทศวรรษของการดําเนินงานในอวกาศ พวกเขาสามารถทนต่อสภาพรังสีที่รุนแรงการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่รุนแรงและระยะเวลาการดําเนินงานที่ยาวนานโดยไม่มีความสามารถในการบํารุงรักษาหรือซ่อมแซม RTOS และภาษา หากทุกอย่างซับซ้อนมากก็เป็นไปได้จริงๆที่จะส่งคอมพิวเตอร์ / เซิร์ฟเวอร์ที่ใช้ Windows หรือ Linux ไปยังพื้นที่? ในทฤษฎีใช่ แต่ปกติแล้วงานดังกล่าวต้องใช้ RTOS - ระบบปฏิบัติการที่รับประกันการทํางานของฟังก์ชั่นที่สําคัญโดยไม่มีความล้มเหลวหรือความล่าช้าน้อยที่สุด ระหว่าง RTOS ที่รู้จักกันดีและเชื่อถือได้มากที่สุดคือ VxWorks และ RTEMS อเมริกัน VxWorks, ที่พัฒนาโดย Wind River, เป็น RTOS แบบเชิงพาณิชย์ที่มีความน่าเชื่อถือสูงและคุณสมบัติมากมาย มันสนับสนุนการทํางานหลายงานพร้อมการป้องกันความสําคัญและให้เวลาการตอบสนองน้อยที่สุด ระบบปฏิบัติการที่ใช้โดย NASA เช่นเดียวกับดาวเทียมยุโรปและอเมริกาและเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ VxWorks มีสถาปัตยกรรมโมดูลและได้รับการรับรองตามมาตรฐานความปลอดภัยทางอากาศและพื้นที่ เวอร์ชันล่าสุดแม้จะรวมความสามารถในการทํางานกับ AI และคอนเทนเนอร์บริการ ทางเลือกแหล่งที่มาเปิดคือ RTEMS (Real-Time Executive for Multiprocessor Systems) มันถูกพัฒนามาเป็นต้นเพื่อควบคุมระบบหุ่นยนต์ของกองทัพสหรัฐอเมริกาและได้รับการปรับแต่งมาสําหรับสถาปัตยกรรมมัลติโปรเซสเซอร์ Agence Spatiale Européenne ใช้ RTEMS อย่างแข็งแกร่งเนื่องจากสามารถพกพาได้อย่างง่ายดายไปยังแพลตฟอร์มฮาร์ดแวร์ต่างๆรวมถึงชุดโปรเซสเซอร์ที่ทนต่อรังสี SPARC LEON ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในภารกิจยุโรป RTEMS มีระบบการวางแผนงานที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้นและอนุญาตให้มีการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบ ระบบปฏิบัติการได้ผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวดและได้รับระดับความน่าเชื่อถือของ "B" ตามการจัดอันดับของ ESA ซึ่งแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมสําหรับระบบพื้นที่ที่สําคัญ นอกจากนี้ยังมี Ada95 ภาษาการเขียนโปรแกรมที่สร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาในปี 1980 สําหรับซอฟต์แวร์ที่สําคัญในระบบเวลาจริง เช่นเดียวกับระบบปฏิบัติการ RTEMS เป็นการพัฒนาทางทหารที่ได้รับการปรับแต่งสําหรับงานทางวิทยาศาสตร์ Ada95 ถูกนํามาใช้ในการบินและพื้นที่เนื่องจากการพิมพ์ที่เข้มงวดการสนับสนุนการจับคู่ขนานการตรวจสอบขอบเขตของช่วงเวลาการทํางานและการจัดการข้อผิดพลาด ซอฟต์แวร์พิเศษที่เรียกว่า "C" ให้การควบคุมระดับต่ําของเวลาตอบสนองและหน่วยความจําดังนั้นในโครงการความปลอดภัยจึงถูก จํากัด โดยโปรไฟล์เช่น MISRA C และเสริมด้วยการวิเคราะห์แบบคงที่ที่ที่เข้มงวด สําหรับการตรวจสอบแบบเรียลไทม์ที่ได้รับการรับรองมีโปรไฟล์ Ravenscar ซึ่งตัดงานลงเป็นชุดย่อยที่สามารถวิเคราะห์ได้ SPARK เป็นชุดย่อยของ Ada ที่สอดคล้องกับข้อกําหนด DO-178C / DO-333 ใช้สําหรับการตรวจสอบอย่างเป็นทางการ ในทางปฏิบัติเครื่องมือเหล่านี้ช่วยลดปริมาณการตรวจสอบและความเสี่ยงในการดําเนินงานในโครงการขนาดใหญ่ตั้งแต่ระบบ fly-by-wire เช่น Boeing 777 ถึง avionics ของ ESA CubeSat และ COTS Revolution มีการเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสําคัญในความสนใจในดาวเทียมขนาดเล็กทั่วโลก นี่เป็นส่วนหนึ่งเนื่องจากการปฏิวัติที่นํามาให้เกิดโดย CubeSats ดาวเทียมเหล่านี้มีขนาดเล็กกว่า Rubik's Cube ขนาด 10 × 10 × 10 ซม. และน้ําหนักไม่เกิน 1.33 กิโลกรัม เนื่องจากมีขนาดเล็กและโมดูลาร์ CubeSats ทําให้ง่ายและลดค่าใช้จ่ายในการสร้างและวางอุปกรณ์สวรรค์ไปยังวงกลม สิ่งนี้เปิดโอกาสใหม่สําหรับธุรกิจและนักวิจัย ตัวอย่างเช่นการเปิดตัวภารกิจเชิงพาณิชย์และวิทยาศาสตร์ด้วยค่าใช้จ่ายที่ต่ํากว่ารวมถึงการสื่อสารการตรวจจับระยะไกล IoT และการทดลองในวงกลมโลกต่ํา CubeSats ได้กลายเป็นหนึ่งในคนขับขี่ของการปฏิวัติการเข้าถึงพื้นที่มวลและการพัฒนาของอุตสาหกรรมอวกาศที่ทันสมัย สิ่งนี้เกิดขึ้นระหว่างอื่น ๆ ขอบคุณการเปิดตัวของอุปกรณ์ซีรีส์ที่ใช้อุปกรณ์ที่มีอยู่ในเชิงพาณิชย์ (COTS) วิธีการนี้ช่วยให้การสร้างอย่างรวดเร็วของดาวเทียมโมดูลและราคาถูกสําหรับงานทางวิทยาศาสตร์เชิงพาณิชย์และอุตสาหกรรม
