Az ESMO diákűrszonda fedélzeti számítógépe
(Rovat: Álmuk a világűr, Korszerű oktatás , Hazai kutatóhelyek és űripar - 2008.07.14 05:00.)

Cikksorozatunk befejező részében bemutatjuk a BME-n fejlesztés alatt álló diák űrszonda központi számítógépének feladatait, valamint azokat a kísérleteket, amelyek adatainak a feldolgozását ez az egység végzi.

Az Európai Űrügynökség (ESA) harmadik diákműholdja az ESMO (European Student Moon Orbiter), aminek pályára állítását 2011 végére tervezik. Ennek a programnak a keretén belül a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszékének hallgatói és doktoranduszai, szoros együttműködésben az ESA oktatási osztályával, a műhold egyes részeinek megtervezésében és megépítésében vesznek részt. Az egyik legfontosabb feladatuk az OBDH (On-board Data Handling Computer, vagyis fedélzeti számítógép) kivitelezése, amely a műholdon belüli kommunikációt és adatkezelést biztosítja majd.

ESMO szonda szerkezeti rajza, forrás: ESA / SSETI

A szondára alapvetően két kísérlet kerül fel. Az egyik a NAC (Narrow Angle Camera), ami egy keskeny látószögű kamera, amellyel naponta öt kép készül majd a Hold felszínéről. Az OBDH feladta lesz ezeknek a képeknek a tömörítése, amelyeket a későbbiekben promóciós és oktatási feladatokra használnak majd fel. A másik a Lunette elnevezésű szonda, amelyet egy kanadai egyetemen fejlesztettek ki. Ennek a szerepe a Hold gravitációs mezőjének nagy felbontású feltérképezése lesz. Miután az ESMO pályára állt, útjára engedi a Lunettet, majd folyamatosan figyelik a két eszköz egymáshoz viszonyított helyzetét, és az ebből származó adatok segítségével kiszámolják az égitest pontos gravitációs terét, amiből következtetni tudnak a Hold geológiai felépítésére.

Ezen kívül további két kísérlet pályázik a fedélzetre. Egyikük a BioLex, amely a transzfer során fellépő mikrogravitációs környezet és sugárzás együttes hatását vizsgálná baktériumokra. Így igazolhatnák azt a feltevést, miszerint az élet csírái terjedhetnek ilyen formában az univerzumban. Másik jelölt az MWR, mikrohullámú radiométer, mellyel a Hold felszíni hőtérképe rajzolható fel.

A magyar hallgatók az OBDH megtervezését és megépítését vállalták el. A számítógép legfőbb feladatai a fedélzeti kommunikáció irányítása, a Földre leküldendő adatok ideiglenes tárolása, feldolgozása és tömörítése lesz. Képesnek kell lennie az irányító központtól érkező parancsok teljesítésére, a többi eszköz vezérlésére és a vészhelyzetek önálló megoldására. Ennek megfelelően mind a szoftver, mind a hardver megtervezése különös figyelmet és megoldásokat igényel. A Földről a műhold egy külön kommunikációs egységen (COMM) keresztül irányítható.

A fedélzeti számítógép látványterve

A fedélzeti számítógép megtervezéséhez először meg kellett határozni az OBDH funkcióit és azok bonyolultságát, majd a főbb követelményeket, például a fogyasztás, méret, tömeg, sugárzás, élettartam, megbízhatóság, kommunikációs és interfészbeli különbségek. Csak ezen paraméterek ismeretében lehetett megbecsülni a szükséges rendszer bonyolultságát, kiválasztani a megfelelő processzor-típust, majd pontosítani az egyes komponensek további paramétereit. A végeredmény egy System-On-Chip rendszer megtervezése lett, mivel így minimalizálni lehetett a diszkrét alkatrészek és a hibaforrások számát. A rendszer alapja egy nagy kapacitású és megbízható FPGA, amelybe a processzor, a memóriavezérlő és a perifériavezérlők kerülnek. A működésének felügyeletéhez Watchdog Timert használunk. A meghibásodások tolerálására ún. hidegtartalékolt rendszert választottunk, ami azt jelenti, hogy két OBDH van, amik közül az egyik mindig „alszik”, és csak akkor lép működésbe, ha a másikkal probléma van, illetve a biztonsági mentés idejére.

A program első fázisa a megvalósíthatósági tanulmány elkészítése volt. Ezen sikeresen túljutottunk, így most a B1 szakaszba léphettünk, melyben a Matlab Simulink nevű szimulációs környezet segítségével ellenőrizzük az ODBH vezérlési modelljét. Ez gyakorlatilag annyit jelent, hogy majd tesztelni tudjuk mennyi memóriát, számítási kapacitást, stb. igényel a műhold vezérlése a különböző repülési fázisok során.

Az OBDH nemrég elkészült előtanulmánya, fejlesztői panel

A szimuláción kívül egy hardver előtanulmány is elkészült, melynek segítségével kipróbálhatjuk az előző fázisban kidolgozott rendszer egyszerűsített változatát. A következő (B2) fázisban a szimulációs eredmények és a gyakorlati tapasztalatok birtokában készülhet el az első prototípus, ami már a végleges rendszer hardver és szoftver elemeinek kipróbálására is alkalmas lesz.

A munkánkat a Környezetvédelmi és Vízügyi Minisztérium magyar űrkutatás fejlesztésének támogatására közzétett 2007. évi pályázata segítségével valósítottuk meg.

Mádai Adrienn
Bükkfejes András