CompactPCI – стандарт для построения космической вычислительной техники

Стандарт Space CompactPCI Serial 

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 заниматься разработкой стандарта Space CompactPCI Serial, обеспечивающего поддержку дополнительных последовательных интерфейсов, таких как SpaceWire, TT-Ethernet и Rapid I/O для межбортовой связи. Также в списке задач вопросы по обеспечению высокой надёжности, обнаружению неисправностей и экологической безопасности. Одна из главных целей группы состоит в том, чтобы сохранить стандартный простой, понятный принцип построения систем и гарантировать максимальную совместимость между кросс-платой и платами модулей.
Джо Павлат (Joe Pavlat), президент PICMG, отмечает, что 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 (рис. 1), необходимые для космических применений. Поддерживаются оба формата Евромеханики: 3U и 6U. 

Со стандартом Space CompactPCI Serial разработчики могут применять передовые технические решения в наукоёмкой космической отрасли, при этом получая возможность повторного использования уже проверенных технологий, что в конечном счёте ведёт к значительному сокращению расходов на разработку.

Преимущества CompactPCI Serial для космоса

У многих специалистов может возникнуть вопрос: «Почему именно стандарт CompactPCI Serial выбран для космических применений?». Среди 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 разрабаты-ваемого 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 в системах управления марсоходами, спутниками или для выполнения научных задач на Международной космической станции.

CompactPCI на Марсе

Показательным примером является реализация системы управления марсоходом Opportunity (рис. 2).

Марсоход управляется двумя компьютерами на базе стандарта CompactPCI, спроектированными и построенными инженерами компании BAE Systems.
В 2016 году марсоход Opportunity отметил своё 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:  Ядром системы управления является одноплатный компьютер RAD6000 (рис. 3), выполненный в формате CompactPCI 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.

Бортовые компьютеры сохраняют работоспособность в диапазоне температур –40…+40°С.
В течение марсианского дня максимальная температура составляла +22°С, и особых проблем с обеспечением температурного режима не возникало. После захода Солнца температура опускается до –130°С, и обеспечение температурного режима оказывается критически важным. 
Для обеспечения комфортной температуры бортовой компьютер был помещён 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 космический ветеран, получающий энергию только от солнечных батарей, всё ещё собирает данные.
Марсоход Opportunity совершил посадку в кратере Игл на плато Меридиана. В настоящее время он находится в районе кратера Индевор, пройдя более 40 км от своего первоначального положения (рис. 4).

Заключение

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 отвода тепла делают стандарт CompactPCI Serial подходящим для создания техники специального назначения, построения спутников и других космических аппаратов. • 

Автор – сотрудник
фирмы ПРОСОФТ
Телефон: (495) 234-0636
E-mail: info@prosoft.ru