[Из песочницы] CompactPCI – стандарт для построения космической вычислительной техники

В рамках консорциума разработчиков промышленных встраиваемых вычислительных решений PICMG создана рабочая группа по расширению стандарта CompactPCI Serial для применения его в космической технике.

Данная группа будет сосредоточена на разработке стандарта Space CompactPCI Serial, обеспечивающий поддержку дополнительных последовательных интерфейсов, таких как SpaceWire, TT-Ethernet и Rapid I / O для межбортовой связи. Вопросы по обеспечению высокой надежности, обнаружения неисправностей и экологической безопасности также в списке задач. Одна из главных целей группы состоит в том, чтобы сохранить стандартный простой, понятной принцип построения систем и гарантировать максимальную совместимость между бекплейном и платами.

Джо Павлат (Joe Pavlat), президент PICMG, отмечает, «Расширение CompactPCI Serial для применения в космической технике является очередным шагом в развитии этого семейства стандартов, проверенного временем. Базовая спецификация CompactPCI Serial уже имеет механические характеристики и возможность кондуктивного теплотвода, необходимые для космических применений. Поддерживаются оба формата Евромеханики: 3U и 6U «.

Модули Fastwel формата CompactPCI Serial с кондуктивным и конвективным теплоотводом

С Space CompactPCI Serial, разработчики могут применить передовые технические решения для наукоемкой космической отрасли, при этом получая возможность повторного использования уже проверенных технологий, что в конечном счете ведет к значительному сокращение расходов на разработку.

У многих специалистов может возникнуть вопрос: «Почему именно стандарт CompactPCI Serial выбран для космических применений»? Среди этих причин и преимуществ можно выделить следующие:

• простота архитектуры, которая позволяет снизить стоимость и время выхода на рынок;
• открытый стандарт для обеспечения совместимости продуктов или систем без каких-либо ограничений;
• высокая плотность контактов;
• гибкость, модульность;
• наличие высокоскоростных интерфейсов с высокой пропускной способностью;
• поддержка кондуктивного теплоотвода;
• стойкость к суровым условиям эксплуатации.

Основное применение разрабатываемого стандарта Space CompactPCI Serial — это разработка вычислителей и контроллеров, размещаемых на борту спутников и других космических аппаратов.

Базовый стандарт CompactPCI имеет давнюю историю в области применения в космической технике: от систем управления марсоходами, спутниками или для выполнения научных задач на Международной космической станции.

Показательным примером является реализация системы управления марсохода Opportunity. Морсооход управляется двумя компьютерами на базе стандарта CompactPCI, спроектированными и построенными инженерами компании BAE Systems.

Марсоход Opportunity

В этом году марсоход Opportunity (пер. с анг. «благоприятная возможность») отмечает свое 12-летие на красной планете. Марсоход был высажен на Марсе 24 января 2004 года и до сих пор продолжает функционировать.

Система управления обеспечивает выполнение следующего комплекса задач на борту марсохода:

• безопасное перемещение марсохода в автономном режиме;
• управление манипулятором для установки сенсорных элементов измерительной аппаратуры в заданные положения;
• управление приборами полезной нагрузки и сбор получаемых данных;
• передачу данных и прием команд с центра управления.

Ядром системы управления является одноплатный компьютер RAD6000, выполненный в формате СompactPCI 6U версии 2.0. Основные характеристики компьютера:

• процессор RAD6000 (25 Dhrystone, 21 MIPS @ 25 МГц).
• чип контроля c возможностями коррекции ошибок для SRAM памяти, 4 Мбайт локального EEPROM и 512 Кбайт загрузочной памяти.
• Поддержка Мультиплексного канала межмодульного обмена информацией
по MIL-STD-1553B (ГОСТ 26765.52-87).
• Конфигурируемый FPGA модуль для настраиваемых пользовательских интерфейсов.

Одноплатный компьютер RAD6000 в формате СompactPCI 6U

Бортовые компьютеры марсохода сохраняют работоспособность в диапазоне температур -40 °С — +40 °С.
В течение марсианского дня максимальная температура составляла 22 °С и особых проблем с обеспечение температурного режима не возникало. После захода Солнца температура опускается до -130 °С, и обеспечение температурного режима оказывается критически важным.

Для обеспечения комфортного температурного режима бортовой компьютер был помещен в термокожух, подогреваемый с помощью электрообогревателей, восьми радиоизотопных источников и выделяемого собственного тепла.

Когда Opportunity приземлился, команда НАСА думала, что суровый марсианский климат сделает его неработоспособным в течение нескольких месяцев. Запланированный срок работы марсохода был равен примерно 90 суток. Но марсоход, получающий энергию только от солнечных батарей, все еще собирает данные.

Марсоход «Opportunity» совершил посадку в кратере Игл, на плато Меридиана. В настоящее время находится в районе кратера Индевор, тем самым пройдя более 40 км от своего первоначального положения.

CompactPCI Serial является жизнеспособной и важной технологией для широкого спектра применений. Вычислительные модули, выполненные согласно стандарту CompactPCI, хорошо зарекомендовали себя во многих промышленных приложениях, в том числе в робототехнике, бортовых системах, промышленной автоматизации, научных исследованиях, телефонии и связи в наземном транспорте и судостроении. Конструктив евромеханики, возможность кондуктивного съема тепла делают стандарт CompactPCI Serial идеальным для создания техники специального назначения, построения спутников и космических применений.