El cerebro de la misión Hera, a prueba de errores y de radiación

Diseñado para que funcione a 490 millones de kilómetros de la Tierra y soporte cuatro años de exposición a una potente radiación, el ordenador de Hera deberá funcionar a la perfección, sin bloquearse ni fallar, so pena de poner en riesgo la misión, y desafiando los límites de la autonomía a bordo.

La misión de defensa planetaria Hera se está desarrollando en distintos puntos de Europa para poder finalizar el diseño definitivo y presentarlo a los ministros europeos encargados de asuntos espaciales durante el Consejo Ministerial Space19+ que tendrá lugar en noviembre. El ordenador a bordo de Hera lo está supervisando la empresa belga QinetiQ Space, responsable también de la familia de minisatélites de demostración tecnológica Proba.

Como explica Peter Holsters, de QinetiQ Space: “La plataforma de un satélite suele compararse con un autobús; las cargas útiles científicas serían como los pasajeros que ocupan los asientos y el ordenador a bordo sería el conductor. Es el cerebro de toda la misión y coordina y maneja los distintos sistemas y cargas a bordo”.

Más allá de la órbita terrestre

La dificultad estriba en que este ordenador a bordo funcionará mucho más lejos de lo que lo haría una misión típica en órbita terrestre. Para interceptar el par de asteroides de Didymos, la nave (del tamaño de un escritorio) tendrá que adentrarse en el espacio profundo, un poco más allá de la órbita de Marte.

“En un lugar tan alejado, para empezar, nos enfrentamos a un entorno de radiación distinto, por lo que hay que elegir cuidadosamente los componentes y las distintas estrategias de software”, añade Peter.

Más allá de la protección que supone el campo magnético terrestre, el espacio está lleno de partículas cargadas procedentes del propio cosmos o de tormentas solares originadas en nuestra estrella. Estas partículas poseen energía suficiente como para atravesar el blindaje superficial y cambiar el estado de los bits del ordenador, llegando a afectar a la memoria, o causar daños irreversibles mediante pequeños cortocircuitos denominados “enclavamientos” (latch-up).

“Nuestros ordenadores utilizan memoria flash, la misma que encontramos en portátiles o teléfonos móviles, pero llevamos a cabo estrictas pruebas de radiación para garantizar que los lotes utilizados cumplan los estándares de rendimiento necesarios”, añade Peter.

“La siguiente fase para abordar el problema tiene que ver con el software e implica la detección y comprobación rápidas de errores en la administración de la memoria, incluso con capacidad de identificar y buscar soluciones para los sectores defectuosos”.

Al alejarse tanto del Sol, el ordenador a bordo (al igual que el resto de la nave) también tendrá que funcionar con menos potencia que en la órbita de nuestro planeta, debido a la menor radiación solar.

Desafiando los límites de la autonomía

Como sucede en todas las misiones en el espacio profundo, el soporte desde el control de tierra estará limitado: solo por la enorme distancia ya sería inviable llevar a cabo un control en tiempo real. Así, el ordenador de Hera será capaz de tomar numerosas decisiones por sí mismo. Además, en el complejo entorno que suponen los dos asteroides de Didymos hay que evitar el paso al modo seguro durante las operaciones de proximidad críticas.

“En la órbita terrestre, que el ordenador de una misión pase al modo seguro no es algo grave porque el satélite no se va a ir a ninguna parte, siempre hay tiempo para reconfigurarlo —señala Peter—. Sin embargo, en el espacio profundo, con grandes asteroides moviéndose en los alrededores, cualquier recuperación de fallo debe efectuarse de forma autónoma y lo más rápido posible”.

“Así, se necesita la máxima redundancia y tiempos de conmutación rápidos del elemento fallido al de respaldo. No obstante, ya tenemos experiencia con este tipo de redundancia en caliente gracias a otro proyecto de la empresa: el desarrollo de un mecanismo de acoplamiento seguro según el Mecanismo Internacional de Atraque y Acoplamiento (IBDM) normalizado, utilizado para establecer la conexión entre una nave, tripulada o no, por un lado y, por el otro, la Estación Espacial Internacional o, en el futuro, la estación lunar Gateway”.

“Nuestro objetivo en el caso de Hera es que la reconfiguración a partir de cualquier fallo del ordenador sea extremadamente rápida, del orden de 10 a 20 segundos”.

“Otra estrategia de diseño es precisamente no tener todas las funcionalidades en el ordenador central a bordo. En Hera, el procesamiento de imágenes (que podría utilizarse para la navegación autónoma) se llevará a cabo en una unidad dedicada, desarrollada por GMV en Rumanía”.

El planteamiento es parecido al de tener una tarjeta gráfica independiente para que los videojuegos funcionen mejor en el ordenador personal, evitando atascar el procesador con tareas que consumen mucho pero no son fundamentales.

Heredero de Proba

El ordenador de Hera funcionará con un potente procesador LEON-3 de doble núcleo, miembro de la familia de microprocesadores desarrollados por la ESA para sus misiones espaciales. Su diseño general ha sido desarrollado a partir del Sistema Avanzado de Gestión de Datos y Potencia (ADPMS) a bordo de los minisatélites Proba-2, Proba-V y el próximo Proba-3. Este ordenador ha demostrado una gran fiabilidad durante más de 15 años acumulados de operaciones en órbita.

“Hemos alcanzado la fase de modelo de ingeniería con nuestro diseño ADPMS mejorado, que se utilizará tanto en Hera como en la misión de vigilancia del ozono Altius”.

“Estas pruebas, que cuentan con el apoyo del Programa General de Soporte Tecnológico de la ESA, se están llevando a cabo en el marco de nuestro proyecto ProbaNEXT, en el que estamos desarrollando la próxima generación de la plataforma Proba para una amplia variedad de usos y usuarios”.

“En estos momentos estamos cualificando el elemento de redundancia y tiempo de intercambio rápido del diseño. Estas pruebas nos permitirán demostrar todas las funciones relevantes que necesita Hera, de forma que cuando se decida lanzar la misión nosotros ya estaremos listos”.