Rosetta űrszonda Philae leszállóegységének központi számítógépe

A 67P/Csurjumov-Geraszimenko üstököst megfigyelő és az üstökösmag felszínére leszálló Philea leszállóegység központi vezérlését és az adatok kezelését végző cél-számítógép

A rendszer teljes neve:

Rosetta-Philae űrszonda páros leszállóegységének központi számítógépe (CDMS)

Alkalmazás területe:
Tudományos kutatás, fejlesztés (R&D)
Űrkutatás
Fejlesztő intézmény(ek):

MTA KFKI RMKI (KFKI Részecske és Magfizikai Kutatóintézet, később Wigner Fizikai Kutatóközpont)

SGF Technológia Fejlesztő Kft.

Fejlesztés/kibocsátás/követés ideje:
     

Fejlesztés : 1995-tól;
űrszonda indítása: 2004.03.02.;
üstökössel "találkozás": 2014. aug.;
üstökösmagra leszállás: 2014.11.12.

Fejlesztő személy(ek):

Szegő Károly (a projekt fő irányítója magyar részről)

Szalai Sándor (projekt vezető)

Anisics Zsolt, Baksa Attila, Balajthy Kálmán, Balázs András, Bogdány János, Hernyes István, Horváth István, Lipusz Csaba, Nagy János, Pálos Zoltán, Sódor Bálint, Spányi Péter, Sulyán János, Tróznai Gábor, Várhalmi László

Felhasználó intézmény(ek):

Európai Űrügynökség (ESA - European Space Agency, székhelye Párizs)

Német Repülési és Űrközpont (DLR - Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt)

A rendszer leírása

A CDMS (Command and Data Management System) a Philae 15 tudományos műszer és szolgálati egysége működését felügyelte. A CDMS a tíz éves átrepülés során már folyamatosan ellenőrizte a tudományos műszereket és a szolgálati alrendszereket. A megközelítést követően a leszállóegység és a keringő egység (Rosetta anyaszonda) szétválasztását előkészítette, a felszínre történő leszállást és felszínhez rögzítést vezérelte, miközben a tudományos műszereket működtette. A felszínen a hőmérsékletet szabályozta és energia elosztást vezérelte az üstökösön végzett műveletek során. A számítógép automatikusan létrehozta a rádió kapcsolatot az üstökösmag körül keringő „anyaszondával” a tudományos adatok továbbítására és földi parancsok fogadására. Gyűjtötte, majd továbbította a szolgálati alrendszerek működése során keletkező és a tudományos műszerek által mért adatokat. A hiba-toleráns architektúra tervezési szempontja az volt, hogy a fedélzeti számítógépnek a funkcionális alrendszerek meghibásodásának bármely kombinációja esetén is el kellett látnia feladatait funkcióvesztés nélkül. Mivel a küldetés során nem volt lehetőség gyors és közvetlen földi beavatkozásra, a jelentős jelterjedési idő miatt, a számítógépnek autonóm módon fel kellett ismernie, ha egy egység hibásan működött, és ki kellett azt iktatnia, egyben aktiválva a megfelelő tartalék rendszert.

Technikai jellemzői
Hardver környezet

A DPU megvalósítására kis fogyasztású, űrminősítésű és sugárzásálló Harris RTX2010 processzort választották. Ez a 16 bites processzor Forth programozási nyelvre optimalizált struktúrájú, Forth utasítások végrehajtását hardveresen támogatja, ami biztosítja a gyors működést. A processzorok mellett viszonylag kisméretű memóriák voltak : 16 kbyte PROM; 4*64 kbyte EEPROM; 4*64, kbyte RAM. Az EEPROM és RAM memóriák Hamming kódolású hibavédelemmel voltak ellátva.

Szoftver környezet

A Forth ma már feledésbe merült verem (stack) orientált programozási nyelv. A CDMS feladatainak ütemezésére, párhuzamos futtatására saját fejlesztésű, valós idejű, preemptív, többfeladatos operációs rendszerre volt szükség. A processzor aktuális programja RAM memóriában futott, a megfelelő kódok PROM vagy EEPROM memóriákból hibátlansági ellenőrzés után töltődtek át. A működtető program tömörítve négyszeresen (fő és tartalék DPU-ban) került tárolásra az újra írható memóriában (EEPROM), az indítást és öntesztelést végző program csak olvasható memóriából (PROM) fut és az elsőnek talált hibátlan működtető programot a RAM memóriából futtatja. Mind az EEPROM memóriába mind a RAM memóriában lehetett tárolni az esetleges program javító kódrészeket is.

Használat

A Rosetta űrszonda páros 2004.03.02-án Ariane 5 G+ hordozórakétával indult több mint tíz éves útjára. Háromszor (2005.03., 2007.11., 2009.11.) a Föld és egyszer (2007.02.) a Mars közeli elhaladása során történt gravitációs pálya módosítás. Útja során (2008-ban) elhaladt 800 km-re a Stein majd (2010-ben) 3160 km-re a Lutetia aszteroida mellett. Amikor a Nap melegétől a Jupiter pályáján túlra, közel 800 millió km-re eltávolodott (2011. június), a csak napenergiával működő szondát kikapcsolták (csupán „ébresztő órája” működött). 2014. január 20-án, amikor ellipszis pályáján 673 millió km-re visszatért, az „ébresztő órája” bekapcsolta rendszereit, és a Földre üzenetet küldött az újra működésről. A 31 hónapos kikapcsolt állapotban a tudományos műszerek az igen alacsony hőmérsékletet átvészelve hibátlanul működésbe léptek. A Philae 2014. november 12-én 500 millió km távolságra a Földtől sikeresen leszállt az üstökösmag felszínére.
A Philae szonda működését a hordozó „anyaszondától” való leválás után központi számítógépe (CDMS) autonóm módon vezérelte. A CDMS felismerte a mag körül keringő anya szonda „rádió láthatóságát”, és továbbította az eltárolt mérési adatokat, valamint fogadta és szétosztotta a földi parancsokat.
A szondaindítása után eltelt tíz év alatt a kutatók sok új ismeretre tettek szert, ezért a szoftver fejlesztőknek pontosítani kellett a leszállóegység szoftverét, hogy hiba nélkül valósuljon meg a történelmi feladat. A végső szoftver változatot a hibernálásból való felébredés után (2014. március) küldték a vezérlő számítógépbe.

Történeti érdekeségek

A szonda az eredeti tervek szerint 2003-ban indult volna az 5 éves periódus idejű Wirtanen üstököshöz. Ariane 5 G+ rakétával tervezték az indítást, azonban ennek a rakétának egy példánya hírközlési műhold Föld körüli pályára állítása során meghibásodott 2002-ben. Az ESA vezetése úgy döntött, amíg a meghibásodás hiba okát nem derítik ki és nem hárítják el, addig a Rosetta űrszonda-párost nem lehet ezzel a rakétával indítani. Mivel ez hosszabb időt vett igénybe, új üstökös célpontot kellett választani, így lett a közel hasonló méretű és pályájú 67/P Csurjumov/Geraszimenko üstökös a cél. A tervezett indítás 2004. február 26 volt, de a rakétát egy kisebb technikai problémája miatt csak március 2-án indították.

Források
  • Balázs, A. Baksa, H. Bitterlich, I. Hernyes, O. Küchemann, Z. Pálos, J. Rustenbach, W. Schmidt, P. Spányi, J. Sulyán, S. Szalai, and L. Várhalmi: The Central on-Board Computer of the Philae Lander in the Context of the Rosetta Space Mission; Reliable Software Technologies – Ada-Europe 2015,   p. 18-32

Dr. Szalai Sándor szíves közlése alapján (2019. dec.)


Létrehozva: 2019.12.17. 12:44
Utolsó módosítás: 2020.02.02. 00:36