Astrium développe la nouvelle génération de calculateurs

Les projets spatiaux sont aujourd’hui d’une telle complexité qu’ils ne pourraient être menés à bien sans l’aide de calculateurs, comme par exemple les calculateurs tolérants aux pannes d’Astrium utilisés pour commander l’ISS ou contrôler les manœuvres de l’ATV Jules Verne.

Les calculateurs en service dans l’espace sont naturellement sollicités d’une toute autre manière que ceux utilisés sur Terre. Les développeurs de matériels et de logiciels doivent prendre en compte des problématiques variées, telles que les vibrations au décollage ou au retour dans l’atmosphère, l’apesanteur, le vide d’air, les contraintes thermiques, l’alimentation, le refroidissement et surtout l’exposition au rayonnement solaire. En plus de tout cela, ces calculateurs doivent être fiables en toute circonstance. Si l’on peut surmonter chez soi, tant bien que mal, la défaillance d’un ordinateur en plein travail, le « bogue » le plus infime dans l’espace peut avoir des conséquences désastreuses, jusqu’à mettre en danger des vies humaines. C’est aussi pourquoi, pour les applications spatiales, on ne peut se contenter des systèmes électroniques disponibles sur le marché grand public.

Astrium dispose d’une grande expérience et de nombreuses compétences dans le développement de matériels électroniques et de logiciels pour un grand nombre d’applications spatiales. « Dans le domaine du vol habité, nous sommes déjà reconnus au niveau mondial avec notre calculateur tolérant aux pannes et notre calculateur standard pour charge utile SPLC (Standard Payload Computer) », témoigne Joachim Schneegans, responsable Ingénierie Avionique chez Astrium Space Transportation, à Brême.

De nouvelles demandes

Depuis près de deux ans, Astrium développe et teste de nouveaux modèles de calculateurs pour le vol habité. A l’occasion de la mission STS-122 qui a emporté Columbus vers l’ISS au début de l’année, un calculateur conçu à partir de composants sur étagère a été testé avec succès en orbite, sur la palette ICC (Integrated Cargo Carrier) équipant la soute de la navette spatiale américaine. « Astrium a ainsi prouvé à ses clients que l’on pouvait, avec des composants moins chers, concevoir des systèmes électroniques efficaces pour des applications non vitales, comme par exemple la conduite d’expériences. Ce segment manquait jusqu’ici à notre portefeuille de produits », souligne Matthias Gronowski, responsable projet pour la famille de calculateurs «e.Cube ».

Un deuxième calculateur a également rejoint l’ISS avec la mission STS-122, et a depuis été intégré au laboratoire Colombus. L’ERNObox, produit de l’expérimentation technologique, est un calculateur de la série SPAICE (Space Infrastructure Computer) et appartient à la nouvelle génération de calculateurs résistants au rayonnement. Ce démonstrateur technologique enregistre de précieuses données dans l’espace et teste la fiabilité du système en conditions réelles. « Ce test est extrêmement important pour nous », confie Joachim Schneegans, « car nous avons, pour la première fois, intégré un microprocesseur développé par l’ESA, le LEON2 ». Dans le domaine du vol habité, la fiabilité et la tolérance aux pannes sont primordiales pour les applications critiques en termes de sécurité. « Avec le développement de nouveaux systèmes spatiaux, nos clients sont de plus en plus exigeants en matière de capacité de calcul et attendent en outre un plus grand nombre d’interfaces modernes, devenues standard au niveau commercial », constate Joachim Schneegans. « Avec notre ERNObox, nous nous orientons dans cette direction ».

Les ingénieurs d’Astrium misent sur leur longue expérience et les principes qui ont fait leurs preuves sur le SPLC et le FTC, comme le concept de calculateur modulaire et d’interfaces standardisées. La nouvelle génération de calculateurs est également compatible avec les modèles précédents, ce qui permet de passer d’un système à l’autre, étape par étape.

L’ERNObox

La ligne de produits actuellement développée et financée en grande partie par Astrium, repose sur deux familles de calculateurs :

SPAICE	e.Cube
Propriétés	Propriétés
Capacité moyenne (100 Mips) Tolérance aux pannes (composant de sécurité) Résistance au rayonnement Modularité fonctionnelle (charges utiles de classe 1, calculateurs embarqués) PCI compact avec adaptateur pour périphérique SPLC existant	Capacité élevée (> 500 Mips) Composants modernes, standard industriel Tolérance au rayonnement et à ses effets destructeurs Interfaces standard (USB, CAN) Standard PC104
Activités de R&D d’Astrium	Activités de R&D d’Astrium
Développement d’un calculateur mono-carte à partir de LEON-2 avec un Bus PCI compact Nouvelles technologies de stockage, carte à puce, etc. Portage du protocole COL Démonstrateur en orbite sur Colombus	Premiers tests de rayonnement et modifications consécutives d’un module sur étagère PC104 avec noyau PowerPC Adaptation des logiciels de vol sur Linux, implantation pour module PC104 Mis en service avec succès comme démonstrateur et enregistreur de données sur la mission STS-122 du Shuttle

Un calculateur Astrium en service à bord de la ISS.

SPAICE est adapté à différentes applications. En simple voie (single-lane), il peut par exemple conduire la prochaine génération d’expérimentations sur l’ISS, d’un niveau de sécurité moyen. Il devrait bientôt remplacer le SPLC (Standard Payload Computer) actuellement en service dans la plupart des charges utiles d’expérimentation européennes. En configuration duplex, il peut être utilisé pour commander les étages supérieurs des lanceurs. En configuration triplex ou quadruplex, avec par exemple un algorithme tolérant aux pannes byzantines, SPAICE pourra intervenir sur des applications de sécurité extrême (missions habitées). SPAICE sera également en mesure de commander les futurs systèmes de transport.

« Les résultats des premiers tests sur les deux familles de calculateurs confortent nos espoirs. Il s’agit maintenant de franchir la prochaine étape », explique Sven Rakers, responsable du projet SPAICE, « et de développer cette configuration tolérante aux pannes, ainsi que les technologies associées, telles que les liaisons de données ultrarapides, les modules d’interfaces et les périphériques de stockage de haute capacité ».