Uzay aracı elektroniğinin genellikle ticari olarak birkaç yıl içinde bulunandan geride kalmasının birkaç nedeni vardır.

Radyasyon toleransı

Elektronik, karasal elektroniğin büyük ölçüde olduğu radyasyon fenomenine karşı çok hassastır. Dünya'nın atmosferi ve manyetik alanı tarafından korunmaktadır. Yaygın radyasyona dayalı arıza mekanizmaları Tek Olaylı Olay / Üzgün ​​(SEE / SEU) - en çok ters çevrilmiş bir bit, mandal yukarı olarak düşünülür - burada bir bitin belirli bir durumda sıkışıp kaldığı ve parçanın gücünün kapatılması gerektiği sıfırlanmalı, yanma - yüksek enerjili bir parçacığın (örneğin proton veya nötron) parçayı yok ettiği ve toplam dozun - uzun süreli maruz kalmanın (ucube bir olay yerine) parçayı bozduğu durumlarda. Çipler ve devreler ilerledikçe ve transistörleri daha sıkı bir şekilde paketledikçe, bu olayların olasılığı artar.

Elektronik tertibatların uzay radyasyonu ortamlarında sağlam olup olmadığını göstermek için çeşitli teknikler ve test yöntemleri vardır, ancak bu testler pahalıdır. Bu nedenle, bir parça, bileşen veya montaj için yapıldıktan sonra, ticaret genellikle daha az performansla yaşamak ve yeniden test maliyetinden tasarruf etmek ve görevin tamamen başarısız olma riskinden kaçınmak için yapılır.

Güvenilirlik

Karasal bir bilgisayarda bakım yapmak daha kolaydır ve arızanın maliyeti genellikle uzay aracına göre çok daha düşüktür. Yer sistemleri de uzay sistemlerinin sahip olduğu sıkı güce, boyuta ve kütle bütçelerine sahip değildir, bu da uygulanabilir fazlalık miktarını sınırlar. Bir çözüm, yüksek güvenilirliğe sahip olduğu gösterilen parçaları kullanmaya devam etmektir. Güvenilirliği artırmanın bir başka yolu da parça taraması yapmak ve çok sayıda elektronik test yapmaktır (ör. Bebek ölüm oranını bulmak için pişirme, fırlatma ortamlarını taklit etmek için rastgele titreşim testi, kaplama jettison gibi piroteknik olayları taklit etmek için şok testi ve termal vakum testi) alanı taklit eder. Bu test zaman alır ve pahalıdır. Zaman gecikmesi tek başına çoğu uzay sistemini en son bir Moore yasası döngüsünü en son tüketici parçalarının arkasına koyar.

Uydular için zaman oluşturma

aviyonikler hakkında hiçbir şey söylemeyin, uyduların oluşturulması uzun zaman alır. Bilgisayarlar tamamlandığında bile aracın geri kalanının monte edilmesi ve test edilmesi gerekir. Büyük uzay araçları için bu yıllar alabilir. Bu arada, bilgisayar daha da gençleşmiyor ve riskten kaçınma (genellikle gerekçelendirilir), yükseltme yapmak için bu testlerin çoğunun yeniden yapılmasını gerektireceği anlamına gelir.

Güç tüketimi

Zamanla Moore yasası, yongaların işlemede artışına yardımcı olur güç tüketiminde güç ve azalma, ancak genel olarak konuşursak, eşzamanlı parçaları karşılaştırırken daha güçlü yongalar daha fazla güç tüketir. Uzay aracı neredeyse evrensel olarak güçten yoksun durumda, bu yüzden kesinlikle gerekli olandan daha fazla güce aç bir çip kullanmak için çok az teşvik var. Bir uzay aracındaki her şey bir değiş tokuştur: Kullanılmayan döngüleri taşıyan ana uçuş bilgisayarı için kullanılan bir Watt güç, RF iletişimi için kullanılamayan veya bir yüke güç sağlayan bir Watt'tır (bu yük, iletişim) vb.

Evrak işleri

Evrak işleri ve süreç, diğer nedenlerden herhangi biri kadar baskın olabilir. Tarihsel olarak yüksek bir giriş engeli olarak havacılık sektörü Bir zamanlar sebep, uzay aracını inşa etmek ve fırlatmak için gereken insan sermayesidir, ancak aynı derecede önemli olan, yazılımın ve bunlara giren bileşenlerin uzay mirasıdır. Uzay ortamları, çeşitli şekillerde karasal ortamlardan daha zordur ve genellikle benzersiz çözümler gerektirir (aviyonik için, konvektif soğutma olmadan ısının reddedilmesi iyi bir örnektir). Fırlatma ortamları yukarıda tartışılmıştır. Bileşenlerin kalifikasyonu, gerçek dünyadaki donanım merkezli bir görevdir, ancak bu analizi destekleyen ve bir uzay aracı üreticisinin müşterilerine ve fırlatma sağlayıcısına, aracın yükselme sırasında güvenli olacağı ve çalışacağı konusunda güven sağlayan bir kağıt izi vardır. Uzay. Bu, test, analiz ve gösterimin bir kombinasyonuyla kanıtlanmıştır, ancak umursayan çoğu insan bu etkinliklere doğrudan tanık olmaz veya denetlemez, bu nedenle bu güveni sağlamak için mükemmel evrak işlerine güvenirler. X widget'ında satın alma zorunluluğunu bir kez aştığınızda - Y widget'ı için bir satın alma satın alma ile ilişkili çaba, hatta X +, eski parça hala çalışıyorsa, haklı çıkarmak daha zordur. Havacılık ve uzay tedarikçilerinin (ana yükleniciler ve tedarik zincirinin aşağısında) genellikle sıkı kalite süreçlerine sahip olmaları gerekir - yani daha fazla evrak ve süreç. Tüm bunlar, öngörülebilirlik karşılığında yenilik ve değişimin hızını yavaşlatır.

Fırlatma gecikmeleri

Uzay aracı hazır olduğunda fırlatılması gerekir ve fırlatmalar yıllar olmasa da aylar sürebilir.

Bunun büyük bir kısmı güvenilirliktir. NASA muhtemelen 2012'de yapılmış ve çok yüksek miktarda işlem gücüne sahip bir Intel Xeon çipi koyabilirdi.

Ancak, kullanılan çip , RAD750'nin arkasında, aşağıdakiler de dahil olmak üzere çeşitli uzay araçlarında kullanılmak gibi yıllarca deneyler ve kullanım vardır:

• Uzay aracını kovalayan Derin Etki kuyruklu yıldızı, Ocak 2005'te fırlatıldı. RAD750 bilgisayarı kullanın.
• XSS 11, küçük deneysel uydu, 11 Nisan 2005'te fırlatıldı
• Mars Reconnaissance Orbiter, 12 Ağustos 2005'te başlatıldı.
• WorldView- 1 uydu, 18 Eylül 2007'de fırlatıldı - iki RAD750'ye sahip.
• Fermi Gamma-ray Uzay Teleskobu, eski adıyla GLAST, 11 Haziran 2008'de fırlatıldı
• Kepler uzay teleskobu, Mart 2009'da fırlatıldı .
• Lunar Reconnaissance Orbiter, 18 Haziran 2009'da başlatıldı
• Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE), 14 Aralık 2009'da piyasaya sürüldü
• Solar Dynamics Gözlemevi, 11 Şubat 2010
• Juno uzay aracı, A ugust 5, 2011
• Curiosity gezgini, 26 Kasım 2011'de başlatıldı

NASA, 2005'ten beri kullanılması nedeniyle çipin kazandığından oldukça emin olabilir Radyasyon sorunları vb. nedeniyle başarısızlık.

Neden? Pekala, John Besin'in cevabının oldukça iyi özetlediğini söyleyebilirim ve üstesinden gelmeye çalışmayacağım:

Bunun olacağını düşünmüyorum hiç de durum. Bir şey olursa, NASA, hem NASA'da hem de bir bütün olarak endüstride yıllarca kullanım boyunca kapsamlı bir şekilde test edilmiş donanımı (ve yazılımı) kullanmak isteyecektir. NASA'nın isteyeceği son şey, bir uzay aracının sisteminde uygun olmayan bir anda bir hata bulmaktır ve uzayda potansiyel olarak yüz binlerce mil yol alması gereken cihazlardan bahsederken, pek çok uygunsuz an var .

Uzay aracının teknolojinin en ileri noktasında olacağı düşünülebilir.

Bunun böyle olacağını düşünmüyorum. Bir şey varsa, NASA, hem NASA'da hem de bir bütün olarak endüstride yıllarca kullanım boyunca kapsamlı bir şekilde test edilmiş donanımı (ve yazılımı) kullanmak isterdi. NASA'nın istediği son şey, bir uzay aracının sisteminde uygun olmayan bir anda bir hata bulmaktır ve uzayda potansiyel olarak yüz binlerce mil yol alması gereken cihazlardan bahsederken, çok sayıda uygun olmayan anlar.

Ayrıca Programmers.SE ile ilgili bu soruyu ilginç bulabilirsiniz; Mars Curiousity gezicisini oluşturmak için kullanılan programlama dillerini, donanımı vb. ele alır.

Ayrıca, NASA'nın kullandığı düşük özellikli donanımın son teknoloji, yüksek güçlü donanımlardan daha düşük güç gereksinimlerine sahip olduğunu hayal ediyorum. . Örneğin, gezici daha hızlı bir işlemciye ihtiyaç duymuyorsa , düşük özellikli bir işlemci yeterliyken böyle bir işlemciye güç vererek neden yer ve ağırlık israf etsin?

Diğer bir büyük neden de, daha güçlü bir şey yapmaya gerek olmamasıdır. Dünya'da güvenilirliğin hızdan daha önemli olduğu birçok uygulama var. Örneğin, bir satış makinesi basit bir bilgisayar içerir. Bunun çökmesini ve paranı almasını istemezsin.

Günümüzde bilgisayarlar tarafından kullanılan işlemlerin büyük çoğunluğu grafik arayüzdedir. Grafik arayüz çalıştıran bir uydu olmadığından, bu pek bir fark yaratmaz.

Bir uydunun bilgisayarının amacı, uyduyu canlı tutmak, doğru yöne dönük, yönetmektir. güç ve yerde kullanım için veri toplayın. Bu nedenle gigahertz işlemcilere sahip olmaları gerekmez, sadece bir veri borusu olmaları gerekir. Bunu yüksek bir hassasiyetle yapmaları gerekiyor. Bir uzay aracının güç düğmesine gidip basamazsınız, sistemlerinin her zaman kusursuz çalışması gerekir.

Bilgisayarlar ISS'de düzenli olarak astronotlar tarafından kullanılır, ancak bunlar kritik sistemler. Sadece bilgisayarın verileri önemli bir şekilde işlemesi gerektiğinde hız önemlidir ve bazı sıkıştırma dışında çoğu hala Dünya'da yapılır. Ayrıca, dışarıdaki görüntü yüklü sistemlerin çoğu, görüntülerin daha hızlı işlenmesine yardımcı olan ve ana işlemcide daha az iş yapılmasına olanak tanıyan özel yerleşik yongalara sahiptir.

Kahramanın aynı soruyu sorduğu " Rocket Girls" adlı bir anime var. Aldığı cevap, onların sadece Klasik Teknolojiyi kullandıklarıydı; zaman içinde bir başarı üne sahip olan teknoloji. Bu tıp ve genel havacılık için de geçerlidir. Aslında bu, çoğu mühendislik dalı için doğrudur, esas olarak "en yeni" şeyleri kullanmaya devam eden yazılım mühendisliği.

Ayrıca, CMOS Radyasyona göre daha duyarlıdır. TTL, bu nedenle Radyasyonla Sertleştirme yaparken, hızlı bir 3,4 Ghz CMOS tabanlı çipe göre yavaş 100 mhz TTL tabanlı bir çipe sahip olmak daha iyi olabilir.

Zaten burada bulunan iyi yanıtlara ekleyebileceğim birkaç şey:

• Seçim zaman aralığı. Bir araç için hangi donanımın kullanılacağına dair karar, aracın piyasaya sürülmesinden çok önce (yıllar mı?) Alınır. Bu nedenle, lansman sırasında muhtemelen eskimiştir.
• Radyasyonla sertleşme. Genellikle bu karşılaştırmalar, karasal kullanımlar için ilginç olan bir veya iki özelliğe odaklanır: örneğin CPU saat hızı ve RAM. Bunlar önemli olsa da, Jüpiter ile uçarken, yayılan bir ortamda hata toleransı Doom oynarken olduğundan daha önemlidir. Bu tolerans, diğer özelliklere yardımcı olmayan bir değiş tokuş yaratır.

• Seçim Zamanı : uzay araçları fırlatılmadan yıllar önce tasarlanmış ve üretilmiştir. Üretim zamanında seçilen işlemci, hatta en iyisi olsa bile, başlatma zamanıyla gölgede kalmış olacaktır.
• Titreşim Toleransı : Uzay aracının fırlatılması titreşime dayanıklı bilgisayar sistemleri gerektirir; birçok yeni işlemci henüz tasarım zamanında derecelendirilmemiştir.
• Radyasyon Direnci : Daha küçük devreler, büyük devrelerden daha çok radyasyon kaynaklı hatalara tabidir. daha gelişmiş işlemcilerin çoğu, enerji maliyetlerini, termal yükleri ve işlem döngüsü sürelerini azaltmak için daha küçük devre kullanır.
• Fiyat : Eski işlemciler, mevcut son teknoloji işlemcilerden çok daha ucuza satın alınabilir; Patentlerin süresi dolduktan sonra fiyatlar gözle görülür şekilde düşer.
• İhtiyaç eksikliği : Tüm uyduların son derece sağlam işleme çözümlerine ihtiyacı yoktur.
  Apollo misyonunun tamamı bir işlem gücüyle yürütülmüştür birkaç üst düzey linux iş istasyonuna eşdeğer ... bu, JSC ve Cape Kenedy'deki ana bilgisayarları içerir. Apollo'daki yerleşik bilgisayar neredeyse birçok dijital saat kadar güçlüydü. (80kB toplam bellek; ROM için her biri 2B olan 37kB kelime artı 2K RAM kelimesi.) 1 MHz'de çalıştı, gününe göre oldukça hızlı. AGC'den daha iyi özelliklere sahip 20 ABD doları hesap makinesi satın aldım.
  Çoğu uydunun görevleri, görevden ödün vermeden eski işlemcilerle güvenilir bir şekilde çalıştırılabilir.

Uzay teknolojisi için belirlediğinizle aynı şey havacılıkta da oluyor. Başlıca faktörler güvenilirlik, "sertlik" ve geliştirme zaman çerçeveleri olacaktır, ancak dikkate alınması gereken başka noktalar da vardır.

Hayati önem taşıyan herhangi bir sistem güvenilir olmalıdır ve bunu düzeltmek için bunu başaramadığınızda kırılır (robotik uzay sondaları gibi), güvenilirlik de her şeyden önemlidir. Bir şey ne kadar uzun süre ortalıkta ve deneyim birikmişse, o kadar çok güvenilebilir. Ayrıca, bir sistem ne kadar karmaşıksa, tüm "çalışan parçaların" olması gerektiği gibi çalıştığını doğrulamak da o kadar zor olabilir. En yeni teknolojiler her zaman bir biçimin sınırlarını zorluyor ve yapılabileceklerin sınırlarını zorluyor. Bu, felaketin eşiğine bir şey koyabilir - hayatlar söz konusu olduğunda olmak için iyi bir yer değildir. Yeni bilgi işlem teknolojisi her zaman yerini aldığından daha karmaşıktır (daha karmaşıktır) ve bu da doğrulama / onaylamayı daha zor hale getirir.

Uçaklar ve roketler zorlu ortamlarda çalışır; araçların kendileri, bazı bileşenleri için zorlu veya belki de aşırı ortamlar yaratır. Bu tür koşullarda çalışabilen elektronik bileşenler ve sistemler (sıcaklık, şok / titreşim, EMI, radyasyon vb.) Oluşturmak zordur.

Uzun bir süre (yıllar) alır. İlk tasarımdan "ilk fırlatmaya" kadar onu yapacak yeni uçak veya uzay sistemi ve alt sistemlerin tasarımı (bilgisayar kullananlar dahil) sürecin bir noktasında dondurulmalıdır. Bilgisayar teknolojisi çok daha hızlı hareket eder, bu nedenle tasarımlar güvenilir olanlarla donar (belki de çoktan eskimiştir) ve bilgisayar teknolojisi, uçak veya roket uçuşa geçmeden önce ilerler.

Bu gerçekten akıllıca olmayabilir. başka bir şekilde yapmaya çalışmak. Hayatınız dengede olduğunda, eski, kaba ama güvenilir bir sisteme sahip olmak, yeni ve şık ancak tam olarak kanıtlanmamış bir şeyden çok daha iyidir.

İlginçtir, bu tüm uzay araçları için geçerli değildir. Planet Labs'ın Flock uyduları, The AmpHour podcastindeki geliştiricilerden birinin belirttiği gibi aslında oldukça ileri teknolojiye sahip. Aslında, yeni uydu tasarımlarının test edilmesi, uyduların üretildikten sonra gerçekten fırlatılması için geçen süre kadar yavaşladı.

Podcast'i dinlemenizi öneririm, bu bölüm oldukça ilginçti.