No centro da missão Hera da ESA para os asteróides duplos Didymos estará um computador de bordo que deverá ser à prova de falhas.

Projetado para operar a até 490 milhões de km de distância da Terra e resistir a quatro anos de exposição à radiação severa, O computador de Hera deve funcionar sem problemas, sem travar ou travar - sob pena de falha na missão, enquanto empurra os limites da autonomia a bordo.

O desenvolvimento da missão Hera de defesa planetária está ocorrendo em toda a Europa, para finalizar um projeto pronto para construir para apresentar aos ministros do espaço da Europa no Conselho Ministerial Space19 + em novembro. O computador de bordo de Hera está sendo supervisionado pela QinetiQ Space na Bélgica, também os fabricantes da família Proba de minissatélites de teste de tecnologia.

Peter Holsters, da QinetiQ Space, explica:"Uma analogia popular é que se a plataforma de um satélite é como um ônibus - com cargas úteis geradoras de ciência como passageiros em seus assentos - então o computador de bordo é o motorista do ônibus. É o cérebro de toda a missão, coordenar e operar os vários sistemas de bordo e cargas úteis. "

Além da órbita terrestre

O desafio é que este computador de bordo específico estará operando muito mais longe do que uma missão típica na órbita da Terra. A fim de interceptar o par de asteróides Didymos próximos à Terra, a espaçonave do tamanho de uma mesa se aventurará no espaço profundo, ligeiramente além da órbita de Marte.

"Ir para tão longe significa operar em um ambiente de radiação diferente, para começar, que requer uma seleção de componentes muito cuidadosa, bem como estratégias de software específicas, "acrescenta Peter.

Além da proteção do campo magnético da Terra, o espaço está repleto de partículas carregadas do cosmos mais amplo, bem como tempestades solares de nosso próprio sol. Essas partículas são energéticas o suficiente para passar pela blindagem da superfície para 'virar' bits de memória individuais - potencialmente corrompendo a memória do computador - ou causar danos permanentes chamados de 'travamentos, "equivalente a pequenos curtos-circuitos.

"Nossos computadores usam memória flash - a mesma do seu laptop ou smartphone - mas realizamos testes de radiação rigorosos para garantir que os lotes que usamos atendam aos padrões de desempenho necessários, "acrescenta Peter.

"O próximo nível de gerenciamento do problema está no lado do software, com detecção rápida de erros e verificação no gerenciamento de memória, incluindo a capacidade de identificar e contornar 'blocos defeituosos' na memória. "

Aventurar-se longe do Sol também significa que o computador de bordo - como a espaçonave como um todo - terá que sobreviver com menos energia do que na órbita de seu planeta natal, à medida que a luz solar disponível diminui.

Empurrando os limites da autonomia

Quanto a todas as missões espaciais, o suporte do controle de solo também será limitado. A distância envolvida significa que o controle em tempo real não será viável. O computador de Hera será capaz de tomar muitas de suas próprias decisões. Além disso, no complexo ambiente de asteroide duplo de Didymos, a mudança para o modo de segurança durante operações críticas de proximidade deve ser evitada.

"Na órbita da Terra, o computador de uma missão entrar em modo de segurança não é grande coisa - o próprio satélite não vai a lugar nenhum, há tempo para reconfigurá-lo, "diz Peter." Mas no espaço profundo, com grandes asteróides girando, qualquer recuperação de falha terá que ser feita de forma autônoma, e o mais rápido possível.

"Isso implica redundância máxima e tempos de transição rápidos do elemento com falha para seu backup. Na verdade, temos uma boa experiência dessa redundância quente em outro projeto da empresa:o desenvolvimento de um mecanismo de acoplamento de segurança crítica de acordo com o International Birthing and Docking Mechanism Standard, que é usado para fazer a conexão entre espaçonaves tripuladas e não tripuladas em uma extremidade e a Estação Espacial Internacional ou, no futuro, a estação Lunar Gateway, no outro.

"Nossa referência para Hera é que a reconfiguração de qualquer falha do computador deve ser extremamente rápida, uma questão de 10 a 20 segundos.

"Outra estratégia de design é deliberadamente não ter todas as funcionalidades no computador central de bordo. No Hera, o processamento de imagem - que pode ser potencialmente usado para navegação em espaçonave autônoma - será realizado por uma unidade dedicada, sendo desenvolvido pela GMV na Romênia. "

É uma abordagem semelhante a ter uma placa gráfica separada para fazer seu computador doméstico rodar melhor os videogames - evitando entupir o computador com tarefas computacionalmente intensas, mas não essenciais.

Do rebanho Proba

O computador de Hera será executado em um poderoso processador LEON-3 dual-core - parte de uma família de microprocessadores desenvolvidos pela ESA para o espaço. Seu design geral é desenvolvido a partir do ADPMS - Sistema Avançado de Gerenciamento de Dados e Energia - computador voado em Proba-2, Proba-V e os próximos mini-satélites Proba-3. Este computador demonstrou mais de 15 anos de operações em órbita com altíssima confiabilidade.

"Chegamos à fase de modelo de engenharia de nosso design ADPMS atualizado, que servirá a missão de monitoramento de ozônio Altius, bem como Hera.

"Este teste - apoiado pelo Programa de Tecnologia de Suporte Geral da ESA - está ocorrendo no nosso projeto ProbaNEXT, que está desenvolvendo nossa plataforma Proba de próxima geração para uma ampla variedade de usos e usuários.

"Atualmente, estamos qualificando o elemento de redundância e tempo de transição rápida do projeto. Este teste está nos permitindo demonstrar todo o funcionamento relevante de que a Hera precisa, então, assim que for tomada a decisão de voar a missão, estaremos prontos. "