Nuove tecnologie aeronautiche possono aiutare i futuri satelliti

Una nuova tecnologia informatica che ha aiutato ad aumentare le capacità degli aerei commerciali riducendo i loro equipaggiamenti elettronici di bordo, sarà applicata ora anche ai satelliti.

“La tendenza di progettazione è l’inserimento all’interno dei satelliti di molte apparecchiature elettroniche separate, per aumentarne le capacità,” ha spiegato Martin Hiller di ESA, parlando del programma “Integrated Modular Avionics (IMA) for Space”.

“Il problema è che questo incrementa la massa totale e il volume dell’avionica del satellite che non è mai una buona cosa per le missioni spaziali sempre in lotta con il peso. Questa tendenza innalza anche le richieste di energia della missione. Così abbiamo iniziato a pensare a come bloccare questo trend e abbiamo scoperto che l’industria aeronautica ha affrontato un problema simile nelle ultime due decadi. Allora abbiamo provato a “sfruttare” i risultati.”

L’approccio IMA ha svolto una parte cruciale nella progettazione del Boeing 287 Dreamliner e dell’Airbus A380.

La schematizzazione dell’approccio IMA.
Credits: ESA

Come già definito nei comuni standard industriali, l’IMA consiste nel rimpiazzare i singoli computer deputati a supervisionare i più disparati apparti con poche unità centrali di calcolo su cui far girare i vari software che controllano questi apparati diversi in un’unica base comune.

Nel caso dell’Airbus A380 questo approccio ha dimezzato il numero delle unità di calcolo all’interno della dotazione avionica, portando una riduzione significativa del peso e diminuendo la manutenzione.

Adattato ai satelliti, IMA potrebbe significare che il software di sottosistemi cruciali come le comunicazioni, il controllo dell’alimentazione, dell’orientamento o dell’orbita potrebbero girare all’interno di un’unità di calcolo centrale invece di essere gestiti da unità separate incorporate in hardware specifico.

“L’ovvio problema, pensando ai computer di casa, è se tutto il sistema va in crash se anche solo una singola applicazione si blocca,” ha puntualizzato Martin.

“Certamente questo non dovrebbe essere accettabile per un satellite, ancora meno per un aereo di linea con centinaia di passeggeri. Infatti il modo con cui l’approccio IMA affronta il problema, è attraverso il livello più basso del sistema operativo del computer, il kernel, fornendo molteplici compartimenti chiamati ‘partizioni’ all’interno dei quali far girare ogni singola applicazione. A tutti gli effetti un certo numero di computer virtuali sono in esecuzione in parallelo in un’unica base comune ma rimangono in un certo modo separati all’interno della stessa unità di elaborazione.”

L’approccio IMA ottiene questa separazione in 2 modi. Per prima cosa ogni applicazione ha il suo proprio spazio dedicato all’interno della memoria del computer. Secondariamente a ogni applicazione è assegnato uno slot di tempo – tipicamente alcuni decimi di millisecondo, ripetuti eventualmente alcune centinaia di millisecondo dopo – per l’esecuzione sul computer. Allo stesso modo il time slicing permette a molti cellulari di utilizzare contemporaneamente la stessa frequenza all’interno della stessa frequenza.

“Le nostre severe esigenze di ridondanza richiedono che una singola applicazione possa essere completamente resettata senza influire su nessuna delle altre,” ha spiegato Martin.

Il minisatellite virtuale Eagle Eye sviluppato dall’Avionics Lab del centro ESTEC di ESA.
Credits: ESA

ESA ha lavorato con i partner industriali su diversi progetti all’interno del programma globale “IMA for Space”.

Il prototipo di sistema IMA è stato testato in una missione spaziale virtuale simulata sulla base più realistica possibile dal laboratorio Avionics Lab di ESA presso il centro ESTEC di Noordwijk in Olanda.

“Per verificare se il sistema IMA può soddisfare tutti i requisiti software stiamo usando il nostro minisatellite virtuale per l’osservazione della Terra chiamato Eagle Eye,” ha aggiunto Martin.

“Il passo finale per provare la tecnologia dovrebbe essere ovviamente una dimostrazione in orbita di IMA, o come carico di test in una missione più importante o su un satellite dedicato tutto suo.”

Fonte: ESA