In 2016, the ISS was still running on Intel 80386SX 20 MHz processors, which were already a quarter of a century old. GLONASS ground stations are equipped with the first version of Elbrus. In “small space”, the priorities are different: low cost, rapid iteration, and the use of CubeSats on Raspberry Pi and Linux containers. Let's take a look at why time-tested technologies are valued in space. Why Everything Happens So Slowly If you look at a space project through the eyes of engineers and managers, it resembles not a startup, but rather the construction of a nuclear power plant. Everything takes a long time, is multi-layered, and requires incredible precision. Ang unang pagkakataon ay upang ilagay ang mga target at mga target ng misyon. Ito ay kung saan ang pangunahing ideya, mga gawain, budget, at deadlines ay inihahanda. Ang pagkakataon na ito ay naglalaman ng pag-aaral ng teknolohiya na posible at pag-evaluate ng mga pangunahing teknolohiya na kailangan upang bumuo mula sa pangunahing para sa mga espesyal na mga kondisyon ng lugar. Halimbawa, radiation protection at long-distance communication systems. Pagkatapos ay dumating ang preliminary na disenyo. Sa oras na ito, isang preliminary na tampok ng spacecraft ay nilikha, at mga teknikal na tampok ay binuo para sa karagdagang trabaho. At ito ay kung saan ang mga detalye ay nagsimula. Sa isang satellite, hindi ka maaaring lamang magdadala at i-substitute ng mga bahagi tulad ng iyong ay sa isang server sa isang data center. At hindi ka siguradong maaaring lamang magdadala at magsimula upang gamitin ang isang bagong satellite kung ang isang bagay ay hindi magkakaibang sa old na, tulad natin ay sa aming mga gadgets. Ang lahat na ang mga engineers ay pinili ay magiging sa board para sa buong buhay ng serbisyo. Ang mga ito ay maaaring gawin ang kanilang mga seleksyon sa simula ng 2010, ngunit ang pag-uugali ay lamang The next stage is detailed design. At this stage, the design, materials, and software are worked out, taking into account reliability requirements. Next comes certification. This is one of the most rigorous and lengthy stages of the project life cycle. There is an international standard, DO-178C, which is a “code of conduct” for developers of space and aviation software. In accordance with this standard, no line of code can be formally approved until it has been absolutely proven that every element of the system — from the vaguest idea to the code in the microprocessor — has been traced, described, and tested. Ang sertipikasyon ay isang slow na proseso: ang mga auditor ay nag-verify ang mga plano, mga pagsubok, at dokumento, hanggang sa code coverage (sa mga kritikal na mga sistema na gumagamit ng MC/DC method - Modified Condition/Decision Coverage). Pagkatapos ay nagsisimula ang phase ng pagsubok. Ang aparato ay subukan sa mga kondisyon na malapit sa mga posible sa mga sa space—vakuum, mababang temperatura, vibration, at radiation. Ito ay ginawa upang i-confirm ang kanyang operability. Next comes system integration and launch preparation. This also includes final certification and audits required for the device to be approved for launch. But it is this “bureaucratic marathon” that guarantees that the satellite will operate trouble-free for 15-20 years in conditions of radiation, temperature fluctuations, and without repair. Then comes the launch itself. After that, the device is put into operation and begins working in space. During this period, communication is maintained, software updates are downloaded (with significant restrictions), and orbit parameters are monitored and adjusted. All this is done through ground stations, with multi-stage verification to ensure that an accidental bug does not disable a mission worth hundreds of millions of dollars. ang telescope incident Gayunpaman, sa karagdagang mga kaso, ang mga pagbabago at pag-modification ay maaaring magagamit nang direkta sa kosmiko. Halimbawa, sa 1990, ang Hubble telescope ay inilunsad sa orbit ng Earth. Ito ay inilunsad sa iba't ibang lugar sa aming planeta upang mapagpahiwatig ng mga distortion na ginawa sa pamamagitan ng Earth's atmosphere sa pagkolekta ng data. Ang mga observatory ng ground-based ay patungo sa mga problema tulad ng air turbulence at ang absorption ng ultraviolet at infrared radiation. A few weeks after launch, it turned out that the telescope's main mirror had spherical aberration — a deviation in shape of 2.2 microns (less than the thickness of a human hair). This caused the image to become blurred. The cause of the malfunction was incorrect equipment settings during mirror polishing. In 1993, one of the most difficult repair missions in the history of manned spaceflight took place. Astronauts traveled to Hubble and installed the COSTAR system, a set of lenses that compensates for aberration. At the same time, they replaced the main camera with a new one, already equipped with built-in correction. Thus, Hubble finally began to produce clear images. After the success of the mission, NASA conducted four more expeditions. Noong 1997, itinatag nila ang GHRS spectrograph na may isang mas malakas na STIS spectrograph na may mataas na sensitivity, at din ay idinagdag ang NICMOS, isang kamera para sa infrared observations na tinahok sa liquid nitrogen. Noong 1999, itinatag nila ang lahat ng six gyroscopes at upgraded ang main onboard computer. In 2002, the ACS camera was installed, and the solar panels were replaced with new ones. Noong 2009, ang WFC3 camera ay itinatag, at ang lahat ng mga gyroscopes at electronic unit ay itinatag. At kahit na, ang kaso na ito ay isang pagkakaiba. Ito ay mahalaga na malaman na kung ang iyong satellite ay hindi matatagpuan sa Hubble sa halimbawa ng presyo at pananaliksik na katumbas, walang tao ay pumunta upang i-repair ito. Sa katunayan, ang buhay ng telescope ay inilathala mula sa mga planong 15 na taon sa higit sa 35 taon sa pamamagitan ng pag-upgrade. Karaniwang, ang mga satellite ay gumagana para sa hanggang sa 20 taon. Ano ang nangyari kung ang isang spacecraft ay inilagay sa orbit para sa mas maraming oras? Karamihan sa mga ito ay ang Transit 5B-5, na inilunsad sa pamamagitan ng Estados Unidos noong Disyembre 21, 1964. Ito ay patuloy na gumagana. Higit pa, ito ay naghahatid ng mga sinyal - karamihan para sa pananaliksik at pagsubok. Ang aparato na ito mula sa panahon ng unang mga sistema ng navigasyon ay gumagana sa radioactive isotopo plutonium-238, na kung bakit ito ay nagtatrabaho para sa maraming taon. Sa katapusan ng kanyang life cycle, ang aparato ay inilathala sa isang "graveyard orbit" o inilathala sa ilalim ng ocean sa isang kontrolado na paraan. Ayon sa mga estimate ng European Space Agency (ESA), mayroong higit sa 54,000 mga obyekto na mas mataas na sa 10 centimeters na lumipad sa ibabaw ng aming mga pangulo. Mayroong halos 1.2 milyong maliit na mga fragments na matatagpuan sa 1 hanggang 10 centimeters. At ang bilang ng mga fragments ng sub-centimeters ay lumampas ng 130 milyong. Sa simula ng 2025, mayroong higit sa 40,000 mga satellite sa orbit ng Earth, at lamang 11,000 ng mga ito ay operational. Kung ang density ng space debris ay patuloy na tumakbo, ito ay maaaring gumawa ng ang Kessler effect, na gumawa ng malapit sa space na hindi maaaring gamitin. kahit isang maliit na grain ng sand na lumipad sa isang bilis ng ilang libu-libong o libu-libong kilometro sa isang oras ay maaaring irreparably damaging ang Hubble Space Telescope o ang ISS life support system. Ito ay isang halimbawa ng kung paano ang simplest electronics ng 1960s, na may reliable power supply at resistance sa mga karaniwang mga kondisyon, ay maaaring mag-operate sa orbit ng maraming beses mas mahabang kaysa sa karamihan ng mga modernong satellite. Scientists are seriously concerned about debris in orbit. It needs to be cleaned up, but where? Sa kasalukuyang, mayroong isang nakatuon na lugar sa Pacific Ocean para sa mga halimbawa na ito - Point Nemo. Ito ay matatagpuan sa southern hemisphere, halos 4,800 km mula sa dagat ng New Zealand at halos 2,700 km mula sa mga malapit na isla. Ito ay ang tinatawag na "spacecraft cemetery," kung saan ang mga basura mula sa spacecraft na hindi bumaba sa atmosphere ay nawala. Sa Point Nemo, ang ocean ay halos 4 km na mataas, na may mababang halaga ng nutrients at halos walang buhay. Kapag ang ISS ay dumating sa katapusan ng kanyang operasyonal na buhay, ito ay inilathala sa orbit sa itaas ng ocean at nawala dito. Upang maging higit pa sa mga numero: ang oras mula sa simula ng preliminary design hanggang sa pag-launch ay karaniwang tumatagal ng 7-10 taon (Sentinel-1A: approval - 2007, launch - 2014), na kinakailangan ng 15-20 taon (o kahit na higit pa) ng operasyon, na magkakaiba sa mga kasalukuyang mga programa ng NASA at ESA. Ito ay lumikha ng isang napaka-paradoxical na situasyon: ang mga spacecraft ay gumagamit ng teknolohiya mula sa nakaraang siglo, ngunit ang strategiya na ito ay kung ano ang nagbibigay ng reliability sa space. Radio at Thermal Resistance ng mga probado na mga standard Ang mga proseso at mga sistema ng computing na ginagamit sa kosmiko, lalo na ang mga nagtatrabaho sa mga satellite at interplanetary spacecraft, ay dapat na may mataas na radiation at thermal resistance. Sa conventional commercial electronics, ang mga katangian na ito ay tinatawag na mababang, ngunit para sa kosmiko, sila ay vital. Pumunta ang legendaryong BAE RAD750 microprocessor, batay sa IBM PowerPC 750 architecture at binuo gamit ang 250 nm (o 150 nm) CMOS teknolohiya. Ito ay gumagana sa frequencies mula sa 110 hanggang 200 MHz, nagbibigay ng hanggang sa 400 MIPS ng kalkulasyon ng kapangyarihan, at gumagamit ng tungkol sa 5 W (o 10 W bilang bahagi ng isang single-board system). Ito ay isa sa mga pinaka-popular at na-prove. This is achieved through special crystal design, isolation, and data recoding, as well as careful component selection and testing for exposure to space radiation in conditions close to those of actual missions. The RAD750 is used in satellite and interplanetary probe control systems, such as the Curiosity and Perseverance rovers, as well as in telescopes. In the USSR, one of the first Soviet onboard computers was the Argon-11S. It was the world's first space computer. It had triple hardware redundancy and automatically controlled the space flight according to the Zond program (a flight around the Moon with the return of the landing module to Earth). Ang isang karaniwang katangian ng mga sistema na ito ng Soviet at Russian ay na ang mga ito ay binuo ayon sa higit sa mga mas conservative na teknolohiya ng mga patakaran na gumagamit ng mas mababa na mga teknolohiya na proseso - halimbawa, 0.18 μm. Ito ay nagbabago ang kanilang resistensiya sa radiation at humihinto ang risk ng pag-uulat. Habang ang mga modernong mga pamantayan, ang mga teknolohiya na ito ay tinatawag sa loob ng mga dekada ng pag-operasyon sa space. RTOS and Languages Kung ang lahat ng bagay ay napaka-complicated, ay posible na talagang magpadala ng isang computer/server na gumagamit ng Windows o Linux sa hapon? Sa teorya, ano, ngunit karaniwang, ang mga trabaho na ito ay nangangailangan ng isang RTOS - isang operating system na nagtatagumpay sa pagganap ng mga kritikal na mga function nang walang pinakamalaking pag-aalala o pagbabago. Sa mga pinaka-karaniwang at na-trusted RTOS ay ang American VxWorks at RTEMS. Ang VxWorks, na binuo sa pamamagitan ng Wind River, ay isang komersyal na RTOS na may mataas na antas ng reliability at maraming mga tampok. Ito ay sumusuporta sa multitasking na may priority preemption at nagbibigay ng minimum na mga oras ng reaksyon. Ang OS ay ginagamit sa pamamagitan ng NASA, pati na rin sa European at American satellites at scientific instruments. Ang VxWorks ay may modular na arkitektura at ay certificated sa aviation at space safety standards. Ang mga pinakabagong bersyon ay patuloy ang mga kapasidad para sa trabaho sa AI at service containerization. Ang isang open source alternatibo ay ang RTEMS (Real-Time Executive for Multiprocessor Systems). Ito ay itinatag na binuo upang kontrolin ang US Army missile systems at pagkatapos ay itinatag para sa multiprocessor architectures. Ang European Space Agency actively uses RTEMS because it is easily portable to different hardware platforms, kabilang ang radiation-resistant SPARC LEON family of processors, na ginagamit nang karaniwang sa European missions. Ang RTEMS ay may mas fleksibong sistema ng pag-planning ng mga gawain at nagbibigay ng mga modifyasyon ng mga bahagi. Ang OS ay subukan ng karaniwang pagsubok at inihahanda ng isang antas ng reliability ng "B" ayon sa klasisasyon ng ESA, na nagpapakita ng kanyang katumbas para sa mga kritikal na sistema ng space. There is also Ada95, a programming language created in the US in 1980 for critical software in real-time systems. Like the RTEMS operating system, it was originally a military development that was adapted for scientific tasks. Ada95 is used in aviation and space due to its strict typing, support for parallelism, runtime array boundary checks, and exception handling. Specialized software na tinatawag na "C" ay nagbibigay ng low-level control ng reaksyon oras at memory, kaya sa mga proyekto ng seguridad, ito ay limitado sa pamamagitan ng mga profile tulad ng MISRA C at kumpletado sa pamamagitan ng malakas na static analysis. For certified real-time, there is the Ravenscar profile, which cuts tasks down to an analyzable subset. SPARK, a subset of Ada compatible with DO-178C/DO-333 requirements, is used for formal verification. In practice, these tools significantly reduce the amount of verification and operational risks in large projects, from fly-by-wire systems such as the Boeing 777 to ESA avionics. CubeSat and COTS Revolution Sa kasalukuyang ito ay isang malaking pag-unlad ng interes sa maliit na mga satellite sa buong mundo. Ito ay dahil sa bahagi ng pag-revolusyon na inihahanda ng CubeSats. Ang mga satellite na ito ay mas mababang kaysa sa isang Rubik's cube, na may 10×10×10 cm at hindi mas mataas na 1.33 kg. Sa pamamagitan ng kanilang maliit na size at modularity, ang CubeSats ay lumiligtas at mabawasan ang gastos sa paghahanap at i-launch ng space equipment sa orbit. Ito ay nagbibigay ng mga bagong pagkakataon para sa negosyo at mga mananaliksik. Halimbawa, upang i-launch commercial at scientific missions sa isang mas mababang gastos, kabilang ang komunikasyon, remote sensing, IoT, at mga eksperimento sa mababang orbit ng Earth. CubeSats have become one of the drivers of the mass democratization of access to space and the development of the modern space industry. This is happening, among other things, thanks to the launch of serial devices using commercially available equipment (COTS). This approach allows for the rapid creation of modular and inexpensive satellites for scientific, commercial, and industrial tasks.
