Al centro della missione Hera dell'ESA verso i doppi asteroidi Didymos ci sarà un computer di bordo destinato a essere a prova di guasto.

Progettato per funzionare fino a 490 milioni di km di distanza dalla Terra e resistere a quattro anni di forte esposizione alle radiazioni, Il computer di Hera deve funzionare senza intoppi senza bloccarsi o bloccarsi, pena il fallimento della missione, oltrepassando i limiti dell'autonomia di bordo.

Lo sviluppo della missione Hera per la difesa planetaria sta avvenendo in tutta Europa, per finalizzare un progetto pronto per la costruzione da presentare ai ministri dello spazio europei al Consiglio ministeriale Space19+ di novembre. Il computer di bordo di Hera è supervisionato da QinetiQ Space in Belgio, anche i creatori della famiglia Proba di minisatelliti per il test tecnologico.

Peter Holsters di QinetiQ Space spiega:"Un'analogia popolare è che se la piattaforma di un satellite è come un autobus, con i carichi utili che generano scienza come i passeggeri sui sedili, allora il computer di bordo è il conducente dell'autobus. È il cervello di l'intera missione, coordinare e gestire i vari sistemi di bordo e payload."

Oltre l'orbita terrestre

La sfida è che questo particolare computer di bordo funzionerà molto più lontano di una tipica missione in orbita terrestre. Per intercettare la coppia di asteroidi vicini alla Terra Didymos, la navicella spaziale delle dimensioni di una scrivania si avventurerà lontano nello spazio profondo, poco oltre l'orbita di Marte.

"Andare così lontano significa operare in un ambiente di radiazione diverso per cominciare, che richiede una selezione molto attenta dei componenti e strategie software specifiche, "aggiunge Pietro.

Al di là della protezione del campo magnetico terrestre, lo spazio è pieno di particelle cariche provenienti dal cosmo più ampio, così come le tempeste solari del nostro Sole. Queste particelle sono abbastanza energiche da passare attraverso la schermatura superficiale per "capovolgere" i singoli bit di memoria, potenzialmente danneggiando la memoria del computer, o causare danni permanenti chiamati "latch-up", " equivalente a piccoli cortocircuiti.

"I nostri computer utilizzano la memoria flash, la stessa del tuo laptop o smartphone, ma eseguiamo rigorosi test sulle radiazioni per garantire che i lotti che utilizziamo soddisfino gli standard di prestazione necessari, "aggiunge Pietro.

"Il livello successivo di gestione del problema è dal lato software, con rilevamento rapido degli errori e controllo nella gestione della memoria, inclusa la capacità di identificare e aggirare i "blocchi danneggiati" nella memoria."

Avventurarsi lontano dal Sole significa anche che il computer di bordo, come l'intera navicella spaziale, dovrà cavarsela con meno energia rispetto all'orbita del suo pianeta natale, come il sole disponibile si restringe.

Superare i confini dell'autonomia

Come per tutte le missioni nello spazio profondo, anche il supporto del controllo a terra sarà limitato. L'enorme distanza implicata significa che il controllo in tempo reale non sarà fattibile. Il computer di Hera sarà in grado di prendere molte delle sue decisioni. Inoltre, nel complesso ambiente a doppio asteroide di Didymos, deve essere evitato il passaggio in modalità provvisoria durante le operazioni di prossimità critiche.

"In orbita terrestre il computer di una missione che va in modalità provvisoria non è un grosso problema:il satellite stesso non sta andando da nessuna parte, c'è tempo per riconfigurarlo, " dice Peter. "Ma nello spazio profondo, con grandi asteroidi che girano intorno, l'eventuale ripristino da guasto dovrà essere effettuato in autonomia, e il più rapidamente possibile.

"Ciò implica la massima ridondanza e tempi di commutazione rapidi dall'elemento guasto al suo backup. In realtà abbiamo una buona esperienza di tale ridondanza a caldo da un altro progetto aziendale:sviluppo di un meccanismo di aggancio critico per la sicurezza secondo lo standard internazionale del meccanismo di nascita e aggancio, che viene utilizzato per effettuare il collegamento tra veicoli spaziali con equipaggio e senza equipaggio su un'estremità e la Stazione Spaziale Internazionale o in futuro la stazione Lunar Gateway, dall'altra.

"Il nostro punto di riferimento per Hera è che la riconfigurazione da qualsiasi guasto del computer dovrebbe essere estremamente veloce, una questione di 10-20 secondi.

"Un'altra strategia di progettazione è quella di non avere deliberatamente tutte le funzionalità nel computer di bordo centrale. Su Hera l'elaborazione delle immagini, che può essere potenzialmente utilizzata per la navigazione autonoma dei veicoli spaziali, sarà eseguita da un'unità dedicata, in fase di sviluppo da GMV in Romania."

È un approccio simile all'avere una scheda grafica separata per far funzionare meglio i videogiochi sul computer di casa, evitando di intasare il computer con attività computazionalmente intensive ma non fondamentali.

Dalla piega Proba

Il computer di Hera funzionerà con un potente processore LEON-3 dual-core, parte di una famiglia di microprocessori sviluppati dall'ESA per lo spazio. Il suo design generale è sviluppato dal computer ADPMS - Advanced Data and Power Management System - pilotato su Proba-2, Proba-V e i prossimi minisatelliti Proba-3. Questo computer ha dimostrato più di 15 anni di operazioni in orbita con un'affidabilità molto elevata.

"Abbiamo raggiunto la fase del modello ingegneristico del nostro progetto ADPMS aggiornato, che servirà la missione di monitoraggio dell'ozono Altius così come Hera.

"Questo test, supportato dal programma tecnologico di supporto generale dell'ESA, si svolge nell'ambito del nostro progetto ProbaNEXT, che sta sviluppando la nostra piattaforma Proba di nuova generazione per un'ampia varietà di usi e utenti.

"Attualmente, stiamo qualificando l'elemento di ridondanza e tempo di commutazione rapido del progetto. Questo test ci consente di dimostrare tutto il funzionamento rilevante di cui Hera ha bisogno, quindi una volta presa la decisione di far volare la missione, saremo pronti".