De kern van ESA's Hera-missie naar de dubbele Didymos-asteroïden wordt gevormd door een boordcomputer die storingsvrij moet zijn.

Ontworpen om te werken tot een afstand van 490 miljoen km van de aarde en bestand tegen vier jaar blootstelling aan harde straling, Hera's computer moet soepel draaien zonder vast te lopen of te crashen - op straffe van een mislukte missie, terwijl de grenzen van de autonomie aan boord worden verlegd.

De ontwikkeling van de Hera-missie voor planetaire verdediging vindt plaats in heel Europa, om een ​​bouwklaar ontwerp af te ronden dat in november zal worden gepresenteerd aan de Europese ministers van Ruimte tijdens de Space19+ Ministeriële Raad. Hera's boordcomputer staat onder toezicht van QinetiQ Space in België, ook de makers van de Proba-familie van technologietestende minisatellieten.

Peter Holsters van QinetiQ Space legt uit:"Een populaire analogie is dat als het platform van een satelliet is als een bus - met de wetenschappelijke nuttige lading als passagiers op zijn stoelen - de boordcomputer de bestuurder van de bus is. Het is het brein van de hele missie, het coördineren en bedienen van de verschillende boordsystemen en payloads."

Buiten de baan om de aarde

De uitdaging is dat deze specifieke boordcomputer veel verder weg zal werken dan een typische missie in een baan om de aarde. Om het Didymos-paar nabije-aarde-asteroïden te onderscheppen, zal het ruimtevaartuig ter grootte van een bureau zich tot ver in de verre ruimte wagen, iets buiten de baan van Mars.

"Zo ver weg gaan betekent om te beginnen in een andere stralingsomgeving opereren, die een zeer zorgvuldige selectie van componenten en specifieke softwarestrategieën vereist, ’ voegt Pieter eraan toe.

Voorbij de bescherming van het aardmagnetisch veld, de ruimte is bezaaid met geladen deeltjes uit de wijdere kosmos, evenals zonnestormen van onze eigen zon. Deze deeltjes zijn energetisch genoeg om door oppervlakteafscherming te gaan om individuele geheugenbits te 'omdraaien' - waardoor het computergeheugen mogelijk wordt beschadigd - of permanente schade aan te richten die 'latch-ups' wordt genoemd, " gelijk aan kleine kortsluitingen.

"Onze computers gebruiken flash-geheugen - hetzelfde als in uw eigen laptop of smartphone - maar we voeren strenge stralingstests uit om ervoor te zorgen dat de batches die we gebruiken voldoen aan de noodzakelijke prestatienormen, ’ voegt Pieter eraan toe.

"Het volgende niveau van beheer van het probleem ligt aan de softwarekant, met snelle foutdetectie en controle in het geheugenbeheer, inclusief de mogelijkheid om 'slechte blokkades' in het geheugen te identificeren en te omzeilen."

Ver van de zon afreizen betekent ook dat de boordcomputer - net als het ruimtevaartuig als geheel - met minder stroom moet rondkomen dan in de baan van zijn thuisplaneet. als de beschikbare zonneschijn krimpt.

De grenzen van autonomie verleggen

Zoals voor alle deep-space missies, Ook de ondersteuning van de grondcontrole zal worden beperkt. De enorme afstand die ermee gemoeid is, betekent dat realtime controle niet haalbaar is. Hera's computer zal in staat zijn om veel van zijn eigen beslissingen te nemen. In aanvulling, in de complexe dubbele asteroïde-omgeving van Didymos, overschakelen naar de veilige modus tijdens kritieke close-proximity-operaties moet worden vermeden.

"In een baan om de aarde is het geen probleem dat de computer van een missie in de veilige modus gaat - de satelliet zelf gaat nergens heen, er is tijd om het opnieuw te configureren, " zegt Peter. "Maar in de diepe ruimte, met grote asteroïden die ronddwarrelen, elk herstel van een storing zal autonoom moeten gebeuren, en zo snel mogelijk.

"Dat impliceert maximale redundantie en snelle omschakeltijden van het defecte element naar de back-up. We hebben goede ervaring met dergelijke hot redundantie van een ander bedrijfsproject:het ontwikkelen van een veiligheidskritisch dockingmechanisme volgens de International Birthing and Docking Mechanism Standard, die wordt gebruikt voor het maken van de verbinding tussen bemande en onbemande ruimtevaartuigen aan de ene kant en het International Space Station of in de toekomst het Lunar Gateway-station, op de andere.

"Onze maatstaf voor Hera is dat herconfiguratie van elke computerstoring extreem snel moet zijn, een kwestie van 10 tot 20 seconden.

"Een andere ontwerpstrategie is om bewust niet alle functionaliteit in de centrale boordcomputer te hebben. Op de Hera zal de beeldverwerking - die mogelijk kan worden gebruikt voor autonome ruimtevaartnavigatie - worden uitgevoerd door een speciale eenheid, wordt ontwikkeld door GMV in Roemenië."

Het is een vergelijkbare benadering als het hebben van een aparte grafische kaart om uw computer thuis videogames beter te laten spelen, zodat de computer niet verstopt raakt met rekenintensieve maar niet-kerntaken.

Van de Proba-vouw

Hera's computer zal draaien op een krachtige dual-core LEON-3-processor - onderdeel van een familie van door ESA ontwikkelde microprocessors voor de ruimte. Het algemene ontwerp is ontwikkeld vanuit de ADPMS-Advanced Data and Power Management System-computer gevlogen op Proba-2, Proba-V en de aanstaande Proba-3 mini-satellieten. Deze computer heeft meer dan 15 jaar in-orbit-operaties aangetoond met een zeer hoge betrouwbaarheid.

"We hebben de technische modelfase van ons verbeterde ADPMS-ontwerp bereikt, die zowel de Altius-missie voor ozonbewaking als Hera zal dienen.

"Deze test - ondersteund door ESA's General Support Technology Programme - vindt plaats in het kader van ons ProbaNEXT-project, die ons Proba-platform van de volgende generatie ontwikkelt voor een breed scala aan toepassingen en gebruikers.

"Momenteel, we kwalificeren het element redundantie en snelle omschakeltijd van het ontwerp. Deze test stelt ons in staat om alle relevante functies aan te tonen die Hera nodig heeft, dus zodra de beslissing is genomen om de missie te vliegen, zijn we er klaar voor."