Letadla nové generace nabízejí klíč k menším a chytřejším družicím

„Trendem je více a více oddělených elektronických bloků v rámci družice, což zvyšuje jejich možnosti,“ vysvětluje Martin Hiller z ESA, který má na starosti iniciativu IMAS (Integrated Modular Avionics for Space).

„Problémem ovšem je, že se díky tomu zvyšuje celková hmotnost a objem avioniky. A to není pro kosmické mise dobré, protože u nich je právě hmotnost výrazně limitujícím faktorem. Více elektroniky rovná se také narůst spotřeby energie.“

„Proto jsme začali přemýšlet, jak tento trend zastavit. Zjistili jsme přitom, že letecký průmysl čelil během dvou uplynulých desetiletí stejnému problému. Začali jsme proto zjišťovat, zdali by nebylo možné jejich výsledky použít i v kosmických aktivitách.“

Přístup IMA (Integrated Modular Avionics) přitom hrál důležitou roli při navrhování letounů Boeing 787 Dreamliner a Airbus A380.

IMA – nyní již aplikovaná jako běžný průmyslový standard – zahrnuje nahrazení jednotlivých počítačových procesorů dohlížejících na jednotlivé prvky vybavení několika centrálními jednotkami. Na nich běží dedikovaný software, který následně bloky na společné bázi řídí.

V případě letounu A380 tento přístup snížil na polovinu počet procesorových jednotek, které byly v avionice. To mělo za následek výraznou redukci jak hmotnosti, tak nákladů na údržbu.

Přístup IMA v případě družic znamená, že software pro kritické subsystémy jako je komunikace, řízení spotřeby nebo zajištění orientace mohou pracovat s centrálními procesory namísto toho, aby využívaly vlastní čipy.

„Obligátním problémem, který známe i z domácích počítačů je, že pokud se byť jen jediná aplikace dostane do problémů, shodí následně celý systém,“ vysvětluje Martin Hiller.

„A je pochopitelné, že toto není akceptovatelné v případě družic stejně jako u dopravního letadla se stovkami pasažérů. IMA se s tím vypořádává tak, že kolem nejnižší úrovně počítačového operačního systému, kernelu, má oddělení nazvaná partitions, v nichž jsou jednotlivé aplikace spouštěny.“

„Takže jde vlastně o množství virtuálních počítačů, které běží paralelně, ale zároveň jsou oddělené – a to vše v jednom elektronickém bloku.“

IMA toto rozdělení umožňuje dvěma způsoby. Jednak tím, že každá aplikace má vlastní vyhrazené místo pro psaní/zápis v rámci paměti počítače.

A jednak má každá aplikace přesně vyhrazený svůj čas – typicky jde o několik desítek milisekund, které se opakují po několika stovkách milisekund – pro běh. Podobný způsob „sdílení času“ umožňuje třeba uživatelům mobilních telefonů pohodlně sdílet frekvence.

„Naše přísná bezpečnostní pravidla požadují, aby bylo možné resetovat jakoukoliv aplikaci bez sebemenšího vlivu na ostatní,“ vysvětluje Martin Hiller.

Společně s průmyslovými partnery pracuje ESA na různých projektech v rámci iniciativy IMAS.

Prototypy systémů IMA byly testovány na virtuálních kosmických misích v nejrealističtějších možných podmínkách v laboratoři ESA v technickém středisku ESTEC (Noordwijk, Nizozemsko).

„Využíváme naši vlastní virtuální misi minidružice Eagle Eye pro dálkový průzkum Země, abychom si ověřili, že systémy IMA zvládnou všechny na ně kladené požadavky,“ dodává Martin Hiller.

„Finálním krokem pak bude demonstrace IMA přímo na oběžné dráze. A to buď v rámci testovacího zařízení na větší misi, nebo na samostatné specializované družici.“