En el corazón de la misión Hera de la ESA a los asteroides dobles Didymos habrá una computadora a bordo destinada a ser a prueba de fallas.

Diseñado para funcionar a una distancia de hasta 490 millones de km de la Tierra y resistir cuatro años de intensa exposición a la radiación, La computadora de Hera debe funcionar sin problemas sin bloquearse ni bloquearse, so pena de que la misión falle, mientras empuja los límites de la autonomía a bordo.

El desarrollo de la misión Hera para la defensa planetaria se está llevando a cabo en toda Europa, para finalizar un diseño listo para construir para presentarlo a los ministros del espacio de Europa en el Consejo Ministerial de Space19 + este noviembre. La computadora a bordo de Hera está siendo supervisada por QinetiQ Space en Bélgica, también los creadores de la familia Proba de minisatélites de prueba de tecnología.

Peter Holsters de QinetiQ Space explica:"Una analogía popular es que si la plataforma de un satélite es como un autobús, con cargas útiles generadoras de ciencia como pasajeros en sus asientos, entonces la computadora de a bordo es el conductor del autobús. Es el cerebro de toda la misión, coordinar y operar los diversos sistemas a bordo y cargas útiles ".

Más allá de la órbita terrestre

El desafío es que esta computadora a bordo en particular funcionará mucho más lejos que una misión típica en la órbita de la Tierra. Para interceptar el par de asteroides cercanos a la Tierra de Didymos, la nave espacial del tamaño de un escritorio se aventurará en el espacio profundo, un poco más allá de la órbita de Marte.

"Ir tan lejos significa operar en un entorno de radiación diferente para empezar, lo que requiere una selección de componentes muy cuidadosa, así como estrategias de software específicas, "añade Peter.

Más allá de la protección del campo magnético de la Tierra, el espacio está plagado de partículas cargadas del cosmos más amplio, así como las tormentas solares de nuestro propio Sol. Estas partículas son lo suficientemente enérgicas como para atravesar el blindaje de la superficie para "voltear" bits de memoria individuales, lo que podría dañar la memoria de la computadora, o causar un daño permanente llamado "enganches". "equivalente a pequeños cortocircuitos.

"Nuestras computadoras usan memoria flash, lo mismo que en su propia computadora portátil o teléfono inteligente, pero realizamos rigurosas pruebas de radiación para garantizar que los lotes que usamos cumplan con los estándares de rendimiento necesarios, "añade Peter.

"El siguiente nivel de gestión del problema está en el lado del software, con detección rápida de errores y comprobación de la gestión de la memoria, incluida la capacidad de identificar y solucionar 'bloques defectuosos' en la memoria ".

Aventurarse lejos del Sol también significa que la computadora de a bordo, como la nave espacial en su conjunto, tendrá que funcionar con menos energía que en la órbita de su planeta de origen. como la luz del sol disponible se encoge.

Empujando los límites de la autonomía

En cuanto a todas las misiones en el espacio profundo, El apoyo del control de tierra también se verá limitado. La gran distancia involucrada significa que el control en tiempo real no será factible. La computadora de Hera será capaz de tomar muchas de sus propias decisiones. Además, en el complejo entorno de doble asteroide de Didymos, Debe evitarse el cambio al modo seguro durante operaciones críticas de proximidad.

"En la órbita de la Tierra, la computadora de una misión que entra en modo seguro no es gran cosa:el satélite en sí no va a ninguna parte, hay tiempo para reconfigurarlo, "dice Peter." Pero en el espacio profundo, con grandes asteroides dando vueltas, cualquier recuperación de un fallo deberá realizarse de forma autónoma, y lo más rápido posible.

"Eso implica máxima redundancia y tiempos de cambio rápidos del elemento defectuoso a su copia de seguridad. De hecho, tenemos una buena experiencia en este tipo de redundancia en caliente de otro proyecto de la empresa:el desarrollo de un mecanismo de acoplamiento crítico para la seguridad de acuerdo con la Norma Internacional de Mecanismos de Nacimiento y Acoplamiento, que se utiliza para hacer la conexión entre las naves espaciales tripuladas y no tripuladas en un extremo y la Estación Espacial Internacional o, en el futuro, la estación Lunar Gateway, en el otro.

"Nuestro punto de referencia para Hera es que la reconfiguración de cualquier falla de la computadora debe ser extremadamente rápida, en cuestión de 10 a 20 segundos.

"Otra estrategia de diseño es deliberadamente no tener toda la funcionalidad en la computadora central de a bordo. En Hera, el procesamiento de imágenes, que potencialmente puede usarse para la navegación autónoma de naves espaciales, lo realizará una unidad dedicada, desarrollado por GMV en Rumanía ".

Es un enfoque similar al de tener una tarjeta gráfica separada para hacer que la computadora de su hogar ejecute mejor los videojuegos, evitando obstruir la computadora con tareas computacionalmente intensivas pero no básicas.

Desde el pliegue de Proba

La computadora de Hera funcionará con un potente procesador LEON-3 de doble núcleo, que forma parte de una familia de microprocesadores para el espacio desarrollados por la ESA. Su diseño general se desarrolló a partir del ADPMS —Sistema avanzado de administración de energía y datos — computadora volada en Proba-2, Proba-V y los próximos minisatélites Proba-3. Esta computadora ha demostrado más de 15 años de operaciones en órbita con una confiabilidad muy alta.

"Hemos llegado a la fase de modelo de ingeniería de nuestro diseño ADPMS actualizado, que servirá a la misión de monitoreo de ozono de Altius, así como a Hera.

"Estas pruebas, respaldadas por el Programa de tecnología de apoyo general de la ESA, se están llevando a cabo en el marco de nuestro proyecto ProbaNEXT, que está desarrollando nuestra plataforma Proba de próxima generación para una amplia variedad de usos y usuarios.

"En la actualidad, calificamos el elemento de diseño de redundancia y tiempo de cambio rápido. Esta prueba nos permite demostrar todo el funcionamiento relevante que necesita Hera, así que una vez que se tome la decisión de volar la misión, estaremos listos ".