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.
![Рис. 1. Модули FASTWEL с кондуктивным и конвективным теплоотводом](/images_cta/articles/2017/2017-1/cta2017-1pr_page30_pic1.jpg)
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).
![Рис. 2. Марсоход Opportunity](/images_cta/articles/2017/2017-1/cta2017-1pr_page30_pic2.jpg)
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:
-
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 приём команд из центра управления.
Ядром системы управления является одноплатный компьютер RAD6000 (рис. 3), выполненный в формате CompactPCI 6U версии 2.0.
![Рис. 3. Одноплатный компьютер RAD6000 в формате СompactPCI 6U: а – вид сверху, б – вид снизу](/images_cta/articles/2017/2017-1/cta2017-1pr_page31_pic3.jpg)
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