Toen NASA's Ingenuity Mars Helicopter op 19 april tijdens zijn eerste reis boven de Rode Planeet zweefde, het moment werd geprezen als het eerste exemplaar van aangedreven, gecontroleerde vlucht op een andere planeet. Uitzoeken hoe te vliegen op Mars, waar de lucht dun is, maar de zwaartekracht ongeveer een derde van die op aarde is, heeft jaren werk gekost. Samen met de uitdaging om een ​​vaartuig te ontwikkelen dat aan de taak voldeed, de missie had software nodig om de ongekende vluchten mogelijk te maken.

Dus wendden ze zich tot F Prime, een herbruikbare, multi-mission flight software framework ontworpen voor CubeSats, klein ruimtevaartuig, en instrumenten. Het programma werd oorspronkelijk in 2013 ontwikkeld door een team onder leiding van Tim Canham in het Jet Propulsion Laboratory van NASA in Zuid-Californië met als doel een goedkope, draagbaar, flexibele software-architectuuroptie waarmee componenten die voor één applicatie zijn geschreven, gemakkelijk kunnen worden hergebruikt in andere applicaties en op een reeks processors kunnen worden uitgevoerd.

in 2017, het team drong erop aan dat F Prime als open-source zou worden uitgebracht, wat betekent dat iedereen vrij toegang heeft tot de broncode van de software, externe medewerkers toestaan, universiteiten, en het grote publiek om het raamwerk voor hun eigen projecten te gebruiken. Het is een van de honderden codes die NASA gratis beschikbaar stelt aan het publiek, zowel als open-source of via de softwarecatalogus.

"F Prime heeft veel doelen mogelijk gemaakt die we bij JPL hebben gehad om een ​​echt herbruikbare multi-missie vluchtarchitectuur te ontwerpen met de toegevoegde bonus van de open-source samenwerking en zichtbaarheid die wordt geboden door het Mars Helicopter-project, " zei Canham. "Het is een soort open source overwinning, omdat we vliegen met een open-source besturingssysteem en een open-source raamwerk voor vluchtsoftware, en vliegende commerciële onderdelen die je van de plank kunt kopen, als je dit ooit zelf zou willen doen." (De helikopter heeft een combinatie van op maat gemaakte en kant-en-klare componenten - veel uit de wereld van mobiele telefoontechnologie - inclusief de twee camera's.)

Voordat vindingrijkheid, F Prime (ook geschreven als F') was al op de proef gesteld door zijn ruimtevaartuigen, sinds 2014 succesvol aan boord van het ISS RapidScat scatterometer-instrument op het internationale ruimtestation en JPL's ASTERIA CubeSat in 2017. Vooruitblikkend, F Prime is gepland om te draaien op projecten, waaronder NASA's Lunar Flashlight CubeSat, die zal zoeken naar oppervlakte-ijs in de kraters van de maan; de Near-Earth Asteroid Scout CubeSat van het bureau, die een asteroïde in kaart zal brengen; en mogelijk JPL's Ocean Worlds Life Surveyor-instrument, die zou helpen bij het zoeken naar leven op waterbasis in ons zonnestelsel.

Aadil Rizvi, flight software lead voor Lunar Flashlight en NEA Scout bij JPL, zegt dat F Prime een kant-en-klare oplossing biedt voor verschillende vluchtsoftwarediensten, zoals bevelen, telemetrie, parameters, en sequencing voor het ruimtevaartuig. Er is ook een soort "autocoderings"-tool die F Prime zeer draagbaar maakt voor gebruik in verschillende missies.

"Dit maakt het vrij eenvoudig om een ​​softwarecomponent van zoiets als Mars Helicopter in de vluchtsoftware van een andere missie te plaatsen, zoals Lunar Flashlight, of om de component beschikbaar te maken voor open-sourcegebruik door iemand anders die F Prime gebruikt, " zei Rizvi. "En het is best cool dat een aanzienlijk deel van de software die op de Mars-helikopter wordt gebruikt identiek is aan de software op een ander ruimtevaartuig dat naar de maan gaat, of een asteroïde, of zittend op het bureau van een student."

Universiteiten zien de voordelen van F Prime

Sinds het open-sourcedebuut, F Prime begint geleidelijk aan grip te krijgen als een handige optie voor vluchtsoftware voor universiteits- en studentenprojecten.

Bij Georgia Tech, een team heeft F Prime opgenomen in zijn GT1 CubeSat, bedoeld om te dienen als een educatieve oefening die een interactieve en automatische amateurradio-lading zal dragen.

"We kozen voor F Prime na evaluatie van een handvol vluchtsoftwareframeworks, inclusief de mogelijkheid om onze eigen helemaal opnieuw te schrijven, " zei Sterling Peet, Georgia Tech onderzoeksfaculteitslid en softwareleider voor GT1. "We hebben niet de middelen om al deze code helemaal opnieuw te bouwen, gebruik maken van, en test het om de nodige betrouwbaarheidsniveaus intern te garanderen. Maar door F Prime te gebruiken, we kunnen profiteren van de erfenis die het heeft en ook onze testen en gerelateerde voordelen teruggeven aan de F Prime-gemeenschap en -project."

Een door studenten geleid team van Carnegie Mellon University koos F Prime om zijn Iris Lunar Rover te besturen, een kleine robot ontworpen om de haalbaarheid van nano-rovers in planetaire verkenning te bewijzen. "Het was een haalbare optie met een directe link naar de makers, dus besloten we het zelf te gebruiken, " zei Iris plaatsvervangend programmamanager Raewyn Duvall.

F Prime bestuurt de rover terwijl hij gegevens registreert en zijn gezondheid bewaakt.

"Het feit dat het open-source is, gaf ons een breed scala aan voorbeelden om onze eigen modules te baseren en ons het forum te laten gebruiken om snel antwoorden te krijgen zonder ons zorgen te hoeven maken over mogelijke kosten voor ondersteuningsservices, alleen om antwoorden te krijgen op vragen die we mogelijk hebben gehad , ' zei Duval.

JPL Small Scale Flight Software Group Supervisor Jeff Levison ziet universitaire partnerschappen zoals die met Georgia Tech en Carnegie Mellon als een tweerichtingsverkeer:JPL levert wereldleidende expertise op het gebied van vluchtsystemen aan beginnende ingenieurs, en dan langs de lijn, die toekomstige ingenieurs zouden hun talenten en een goed begrip van F Prime kunnen brengen om een ​​carrière bij JPL te beginnen.

"F Prime is geen gemakkelijke architectuur om op te pikken, dus een student die erin slaagt het onder de knie te krijgen en een solide werkend project te creëren, heeft duidelijk een geweldig potentieel voor een organisatie als JPL, " zei Carnegie Mellon's Duvall. "Veel van onze studenten die aan Iris werkten en die F Prime leerden, hebben interesse getoond om bij JPL te solliciteren, wat volgens mij de waarde van F Prime als wervingsinstrument bewijst."