Tester de nouveaux satellites et technologies spatiales n’a jamais été facile exactement, mais cela pourrait certainement être Plus facile. Slingshot 1, une mission 12U Cubesat qui vient d’être lancée via Virgin Orbit, est une tentative de rendre la construction et le test d’un nouveau satellite aussi simple que de brancher un nouveau clavier sur votre ordinateur.
Dire que c’est « USB for space » est réducteur… mais pas faux. L’équipe de l’Aerospace Corporation qui a conçu le nouveau système fait la comparaison elle-même, notant que l’armée a fait plusieurs tentatives pour créer exactement cela avec l’architecture Space Plug-and-Play (SPA), qui est devenue l’ARCHitecture de réseau ouvert modulaire (MONARCH ), et la norme commune d’interface de charge utile (CoPaIS). Mais les approches n’ont pas décollé comme, disons, la norme Cubesat – qui, soit dit en passant, Aerospace a également été la pionnière.
L’objectif de Slingshot 1 est de créer un bus satellite standard aussi adaptable et facile à utiliser que l’USB ou l’ATX, utilisant des standards ouverts mais répondant également à toutes les exigences nécessaires en matière de sécurité, d’alimentation, etc. :
[Slingshot] offre plus d’agilité et de flexibilité dans le développement de satellites grâce à l’utilisation d’interfaces modulaires plug-and-play. Ces interfaces s’appuient sur des systèmes open source pour éviter les verrouillages propriétaires susceptibles de bloquer le développement, ainsi que sur des interfaces standardisées pour les charges utiles qui ne nécessiteraient pas de bus satellite personnalisé. Ces interfaces définissent les données de puissance, de commande, de contrôle, de télémétrie et de mission qui peuvent être nécessaires pour les charges utiles. Sans un ensemble de normes communes, ces exigences de bus charge utile-satellite sont déterminées par différents fabricants de bus satellite. Slingshot élimine cette incertitude en réduisant le nombre d’exigences et la complexité de l’interface et en créant une norme d’interface de charge utile ouverte appelée Handle.
Comment évitera-t-il le piège commun rencontré par les aspirants normalisateurs, immortalisé par XKCD : il existe désormais des normes N+1 ?
Eh bien, en laissant de côté l’état assez déplorable des normes dans le monde des satellites, s’il y en a, l’équipe a décidé de baser le tout sur Ethernet, qui sous-tend déjà une énorme quantité de réseaux dans le monde.
« Baser la norme Handle sur Ethernet s’appuie sur le vaste écosystème d’outils matériels et logiciels développés pour cette interface très courante, en prenant essentiellement la norme de système terrestre la plus courante et en la migrant pour une utilisation par satellite », a déclaré Dan Mabry, ingénieur spécialiste senior chez Aerospace. « Nous avons adapté le réseau pour une faible consommation d’énergie, mais prenons toujours en charge les communications gigabit par seconde entre les appareils sans développement de logiciel personnalisé requis pour adapter le réseau à chaque nouvelle application. »
Et comme il l’a dit quand Aerospace a écrit Slingshot pour ses propres besoins l’année dernière : « Lorsqu’une charge utile se branche, elle sera instantanément reconnue et fonctionnera, et toutes les données diffusées parviendront à la liaison descendante du vaisseau spatial sans aucun réglage ou ajustement du logiciel. à bord. De plus, comme il s’agit d’un réseau embarqué, les données de cette charge utile sont également vues par toutes les autres charges utiles. Les charges utiles peuvent facilement collaborer en temps réel, et les capteurs et processeurs intelligents distribués sont couplés par l’architecture de base.
Combinez cela avec un concentrateur d’alimentation qui peut répondre intelligemment à une variété de besoins et un boîtier modulaire qui donne à l’ensemble l’apparence de l’arrière d’un PC de jeu bien organisé, et vous avez une recette plug and play qui fait vraiment choses faciles pour le futur designer.
La configuration Slingshot 1 assemblée sans son boîtier extérieur.
Comme l’a dit Hannah Weiher, responsable du programme de Slingshot : « Cela fonctionne pour réduire la complexité de l’interface et prendre en charge différents bus satellites et charges utiles avec une adaptation minimale ou nulle nécessaire à l’interface. Handle était la clé d’un processus d’intégration de charge utile rationalisé sur Slingshot 1 où nous avions une large gamme de charges utiles avec des exigences différentes et cela nous a permis d’être en mesure d’intégrer le volume de charges utiles que nous avons fait dans un satellite de la taille d’une boîte à chaussures.
Bien sûr, il ne suffit pas d’envoyer simplement une interface barebone – imaginez envoyer un boîtier PC sans rien dedans. Pour voir si cela fonctionne, vous avez besoin d’éléments attachés, et heureusement, il y a une tonne d’expériences et de capacités que l’aérospatiale a économisées depuis la genèse de Slingshot en 2019.
- Poignée – Module d’interface électrique de charge utile prêt à l’emploi
- Bender – Ethernet embarqué et routage réseau
- t.Spoon – Interface mécanique modulaire
- Caméra t.Spoon – Module de caméra plug-and-play
- Processeur t.Spoon – Traitement embarqué Zynq Ultrascale+
- Starshield – Détection embarquée des logiciels malveillants
- CoralReef – Unité de traitement du tenseur corallien
- STarfish – Traitement embarqué sécurisé ARM Cortex-M33
- SDR – Liaison descendante radio définie par logiciel (SDR) en bande S
- Keyspace – Services cryptographiques pour SmallSats
- Lasercom – Liaison descendante lasercom spatiale / terrestre de nouvelle génération
- ROESA – Utilisation des protocoles de l’Internet des objets pour connecter les charges utiles
- Vertigo – Système de contrôle d’attitude reconfigurable
- Blinker – Transpondeur GPS pour la gestion du trafic spatial
- Hyper – Propulseur au peroxyde d’hydrogène SmallSat
- ExoRomper – Banc d’essai d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique
Certains d’entre eux sont plus ou moins explicites, comme les différents composants de t.Spoon, constituant les éléments mécaniques de base reliant le tout. Et bien sûr, vous avez besoin d’une belle liaison descendante radio définie par logiciel. Mais une unité de traitement de tenseurs et un banc d’essai d’apprentissage automatique sur un satellite ? Protocoles de l’Internet des objets ? Services cryptographiques ?
Vue CG de Slingshot en expansion pour montrer ses composants.
Lorsque j’ai parlé avec l’équipe lors d’une visite dans les laboratoires d’Aerospace il y a quelque temps, ils ont expliqué à quel point une grande partie de ce qui se trouve sur Slingshot est sans précédent à certains égards, mais concerne davantage l’adaptation de tâches terrestres courantes au contexte extrêmement formalisé et limité d’un satellite. matériel et logiciel.
Supposons que vous ayez trois ou quatre charges utiles partageant un processeur et un stockage. Comment vous assurez-vous que leurs communications restent sécurisées ? De la même manière que vous le feriez au sol, mais adapté au traitement léger, à la puissance limitée et à l’interface inhabituelle d’un vaisseau spatial. Bien sûr, le traitement et les communications sécurisés dans l’espace ont déjà été effectués – mais ce n’est pas comme s’il existait une version plug and play où vous pouvez simplement cliquer sur une case à cocher et tout à coup votre charge utile est entièrement cryptée.
Similaire est ExoRomper, qui a une caméra montée à l’extérieur accrochée au TPU. Il y a déjà eu un peu d’IA dans l’espace, mais jamais une configuration où vous pouvez dire : oh, bien sûr, vous pouvez ajouter la reconnaissance des nuages à votre satellite, cela prendra 2 watts, 20 centimètres cubes et 275 grammes. Celui-ci en particulier est configuré pour surveiller le satellite lui-même, en examinant les conditions d’éclairage, ce qui affecte sérieusement les charges thermiques et la gestion de la puissance. Pourquoi votre satellite ne devrait-il pas avoir son propre satellite, surveillant pour s’assurer qu’il n’y a pas de points chauds sur les cellules solaires ?
Les données arriveront de Slingshot alors qu’il teste ses nombreux composants et expériences au cours des prochains mois. Ce pourrait être le début d’une nouvelle ère modulaire pour les petits satellites.