Quando l'elicottero Ingenuity Mars della NASA ha sorvolato il pianeta rosso il 19 aprile durante il suo viaggio inaugurale, il momento è stato salutato come il primo esempio di potere, volo controllato su un altro pianeta. Capire come volare su Marte, dove l'aria è rarefatta ma la gravità è circa un terzo di quella terrestre, ci sono voluti anni di lavoro. Insieme alla sfida di sviluppare un mestiere che fosse all'altezza del compito, la missione aveva bisogno di un software per rendere possibili voli senza precedenti.

Quindi si sono rivolti a F Prime, un riutilizzabile, framework software di volo multi-missione progettato per CubeSats, piccola navicella spaziale, e strumenti. Il programma è stato inizialmente sviluppato nel 2013 da un team guidato da Tim Canham presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California con l'obiettivo di creare un portatile, opzione di architettura software flessibile che consentirebbe di riutilizzare facilmente i componenti scritti per un'applicazione in altre applicazioni e di essere eseguiti su una gamma di processori.

Nel 2017, il team ha spinto per il rilascio di F Prime come open-source, il che significa che chiunque può accedere liberamente al codice sorgente del software, consentendo a collaboratori esterni, università, e il pubblico in generale di utilizzare il quadro per i propri progetti. È uno delle centinaia di codici che la NASA mette a disposizione del pubblico gratuitamente, sia come open-source o attraverso il suo catalogo software.

"F Prime ha consentito a molti degli obiettivi che abbiamo avuto al JPL di progettare un'architettura di volo multi-missione veramente riutilizzabile con l'ulteriore vantaggio della collaborazione e della visibilità open source offerte dal progetto Mars Helicopter, " ha detto Canham. "È una specie di vittoria dell'open source, perché stiamo pilotando un sistema operativo open source e un framework software di volo open source, e parti commerciali volanti che puoi acquistare dallo scaffale, se volessi farlo da solo un giorno." (L'elicottero trasporta una combinazione di componenti su misura e standard, molti provenienti dal mondo della tecnologia dei telefoni cellulari, comprese le sue due fotocamere.)

Prima dell'ingegno, F Prime (scritto anche come F') era già stato messo alla prova con i suoi passi da navicella spaziale, operando con successo a bordo dello strumento scatterometro ISS RapidScat sulla Stazione Spaziale Internazionale dal 2014 e ASTERIA CubeSat del JPL nel 2017. Guardando al futuro, F Prime è programmato per funzionare su progetti tra cui Lunar Flashlight CubeSat della NASA, che cercherà ghiaccio superficiale nei crateri lunari; il CubeSat Near-Earth Asteroid Scout dell'agenzia, che mapperà un asteroide; e potenzialmente lo strumento Ocean Worlds Life Surveyor di JPL, che aiuterebbe a cercare la vita basata sull'acqua nel nostro sistema solare.

Aadil Rizvi, responsabile del software di volo per Lunar Flashlight e NEA Scout al JPL, afferma che F Prime fornisce una soluzione pronta all'uso per diversi servizi software di volo, come comandare, telemetria, parametri, e sequenziamento per la navicella spaziale. C'è anche una sorta di strumento di "codifica automatica" che rende F Prime altamente portatile per l'uso in tutte le missioni.

"Questo rende abbastanza facile inserire un componente software da qualcosa come Mars Helicopter nel software di volo di un'altra missione come Lunar Flashlight o rendere il componente disponibile per l'uso open source da chiunque altro utilizzi F Prime, " ha detto Rizvi. " Ed è piuttosto interessante che una parte significativa del software utilizzato sull'elicottero su Marte sia identico al software su un'altra navicella spaziale che va sulla Luna, o un asteroide, o seduto sulla scrivania di uno studente."

Università Scopri i vantaggi di F Prime

Dal suo debutto open-source, F Prime ha gradualmente iniziato a guadagnare terreno come utile opzione software di volo per progetti universitari e studenteschi.

Alla Georgia Tech, una squadra ha incorporato F Prime nel suo GT1 CubeSat, mirava a fungere da esercizio educativo che trasporterà un carico utile radioamatoriale interattivo e automatico.

"Abbiamo scelto F Prime dopo aver valutato una manciata di framework di software di volo, inclusa la possibilità di scrivere il nostro da zero, " ha detto Sterling Peet, Membro della facoltà di ricerca della Georgia Tech e responsabile del software per GT1. "Non abbiamo le risorse per creare tutto questo codice da zero, utilizzo, e testarlo per garantire internamente i necessari livelli di affidabilità. Ma usando F Prime, possiamo sfruttare l'eredità che ha e anche contribuire con i nostri test e i relativi vantaggi alla comunità e al progetto di F Prime".

Un team guidato da studenti della Carnegie Mellon University ha scelto F Prime per eseguire il suo Iris Lunar Rover, un minuscolo robot progettato per dimostrare la fattibilità dei nano-rover nell'esplorazione planetaria. "Era un'opzione praticabile con un collegamento diretto ai creatori, quindi abbiamo deciso di usarlo noi stessi, ", ha affermato il vicedirettore del programma Iris Raewyn Duvall.

F Prime controllerà il rover durante la registrazione dei dati e il monitoraggio della sua salute.

"Il fatto che sia open-source ci ha fornito una vasta gamma di esempi su cui basare i nostri moduli e ci ha permesso di utilizzare il forum per ottenere risposte rapide senza doverci preoccupare dei potenziali costi del servizio di supporto solo per ottenere risposte alle domande che potremmo aver avuto , " ha detto Duval.

Jeff Levison, supervisore del gruppo JPL Small Scale Flight Software, vede le partnership universitarie come quelle con Georgia Tech e Carnegie Mellon come una strada a doppio senso:JPL fornisce competenze di sistemi di volo leader a livello mondiale a ingegneri in erba, e poi lungo la linea, quei futuri ingegneri potrebbero finire per portare i loro talenti e una comprensione operativa di F Prime per iniziare una carriera al JPL.

"F Prime non è un'architettura facile da imparare, quindi uno studente che riesce a padroneggiarlo e creare un solido progetto di lavoro ha chiaramente un potenziale incredibile per un'organizzazione come JPL, " ha dichiarato Duvall di Carnegie Mellon. "Molti dei nostri studenti che lavorano su Iris che hanno imparato F Prime hanno espresso interesse a fare domanda per JPL, che credo dimostri il valore di F Prime come strumento di reclutamento."