Astrium desarrolla la próxima generación de ordenadores espaciales

Los actuales proyectos espaciales, de gran complejidad técnica, serían imposibles sin el uso de ordenadores. Por ejemplo, los ordenadores tolerantes a fallos de Astrium controlan la Estación Espacial Internacional ISS y las maniobras del transporte espacial ATV Jules Verne.

Como es natural, los requisitos que se exigen de los ordenadores que se utilizan en el espacio difieren considerablemente de los que usamos aquí en la Tierra. Los diseñadores de hardware y software, por tanto, deben tener en cuenta condiciones tan diversas como las vibraciones durante el despegue/reentrada, la carencia de gravedad, el vacío, los esfuerzos térmicos, el aprovisionamiento eléctrico, la aireación y sobre todo el impacto de las radiaciones. Además, se exige una fiabilidad absoluta. Cuando uno trabaja en el ordenador de casa la mayor parte de las veces puede arreglárselas ante una avería, pero si algo así sucediera en el espacio podría tener muy graves consecuencias; incluso poner en peligro la vida de personas. Ésta es una de las razones por las que no se puede echar mano fácilmente de sistemas informáticos del mercado de masas para aplicaciones espaciales.

Astrium cuenta con múltiples experiencias y una competencia ampliamente especializada en el área del desarrollo de hardware y software para usos espaciales de lo más variopinto. “En el ámbito de los viajes espaciales tripulados ya gozamos del reconocimiento internacional por nuestro ordenador tolerante a fallos (FTC) y por el Standard Payload Computer (SPLC)”, dice Joachim Schneegans, responsable del departamento de Avionics Engineering de Astrium Space Transportation, en Bremen.

Nuevas demandas de los clientes

Desde hace aproximadamente dos años Astrium está involucrada en el desarrollo y ensayo de nuevos modelos de ordenadores para viajes espaciales tripulados. A principios de este año, durante la misión STS-122 del Columbus, se probó con éxito en su órbita externa un ordenador montado con piezas COTS (commercial off-the-shelf, es decir, componentes industriales de libre adquisición en el mercado) en el Integrated Cargo Carrier, una plataforma para carga útil destinada a la lanzadera espacial estadounidense. El ordenador ya está de vuelta en Bremen. “De esta forma Astrium demuestra a sus clientes cómo, con componentes de bajo coste, se pueden crear configuraciones informáticas potentes que se pueden utilizar en entornos que no sean críticos para la seguridad: por ejemplo, el control de experimentos. Hasta ahora había faltado en nuestra cartera este segmento de productos”, dice Matthias Gronowski, responsable de proyecto de esta familia de ordenadores desarrollada con el nombre de e.Cube.

 

A la ISS se llevó asimismo en la misión STS-122 un segundo ordenador, que desde entonces está instalado en el laboratorio Columbus. El experimento tecnológico ERNObox es un ordenador de la serie SPAICE (Space Infrastructure Computer) y representa la nueva generación de una familia de ordenadores resistente a las radiaciones. En su calidad de prototipo de demostración tecnológica, recoge en el espacio valiosos datos y comprueba la fiabilidad del sistema en condiciones reales de uso. “Para nosotros esta prueba tiene una importancia crucial”, explica Joachim Schneegans, “pues en este caso por vez primera instalamos el microprocesador LEON-2 desarrollado por la ESA”. En las aplicaciones de crítica importancia para la seguridad en el ámbito de los viajes espaciales tripulados resultan especialmente indispensables la fiabilidad y la tolerancia a errores. “Durante el desarrollo de nuevos sistemas espaciales, nuestros clientes son cada vez más exigentes en lo referente a las prestaciones de un ordenador de vuelo, y desean además que se amplíe a conexiones modernas, como las que son ya estándar en el ámbito comercial”, declara Joachim Schneegans. “A través de nuestra ERNObox intentamos dar un primer paso en ese sentido”.

 

Los ingenieros de Astrium se ciñen con tal motivo a sus años de experiencia y a ideas de probada eficacia, que ya se utilizaron en el SPLC o en el FTC, como, por ejemplo, el concepto modular de ordenador y las conexiones estandarizadas. La nueva generación de ordenadores ofrece además compatibilidad con sus predecesores, de modo que la migración del sistema se puede efectuar de forma gradual.

Actividades de I+D de Astrium

La ERNObox.

La actual línea de diseño, que en gran medida ha sido financiada por la propia Astrium, se centra en dos familias informáticas:

SPAICE	e.Cube
Características	Características
Potencia media (100 MIPS) Tolerancia a fallos (críticos para la seguridad) Strahlungsresistent Funktionale Modularität (Class-I Nutzlasten, On-board Computer) CompactPCI mit Adapter für bestehende SPLC-Peripherie	Gran potencia (> 500 MIPS) Componentes modernos, de estándar industrial Tolerante a las radiaciones en lo que se refiere a efectos destructivos Conexiones estándar, como por ejemplo. USB, CAN Estándar PC104
Actividades de I+D de Astrium	Actividades de I+D de Astrium
Desarrollo de una placa única basada en LEON-2 Ordenadores con bus compactPCI Nuevas tecnologías de almacenado de información, integración de sistema en un solo chip (SoC) etc. Portabilidad del software de protocolo COL En Columbus en calidad de prototipo de demostración	Primeros tests de radiación y modificaciones correspondientes a un módulo COTS PC104 con núcleo PowerPC Adaptación del software de vuelo a Linux, y su instalación en un módulo PC104 Satisfactorio uso como prototipo de demostración y registro de datos en la misión STS-122 del Shuttle estadounidens

Ordenador de Astrium, en uso en la ISS.

SPAICE puede utilizarse para varias aplicaciones. Como “single-lane computer”, puede, por ejemplo, controlar la próxima generación de experimentos que tendrán lugar en la Estación Espacial con unas exigencias de seguridad media. En esta labor SPAICE sustituirá a la larga al SPLC (Standard Payload Computer), que en la actualidad está montado en prácticamente todas las cargas útiles experimentales europeas. En configuración dúplex se puede utilizar como ordenador de control para etapas superiores de lanzadores, mientras que en configuración triple y cuádruple, por ejemplo, con un algoritmo de acuerdo bizantino, se ha previsto el uso de SPAICE en aplicaciones del más alto grado crítico de seguridad (misiones tripuladas). Lo anterior abarca tareas tales como el control de los futuros sistemas de transporte.

“Los primeros resultados de las pruebas de ambas familias de ordenadores han resultado prometedoras. Ahora se trata de dar el siguiente paso”, explica el director de proyecto de SPAICE, Sven Rakers, “es decir, el desarrollo de la configuración tolerante a fallos y las tecnologías necesarias para ello, como enlaces de datos de alta velocidad, nuevos módulos de conexión o memorias de masa.”