Il GomX-4B CubeSat dell'ESA trasporta questo piccolo, esperimento secondario economico ma importante:una singola scheda elettronica 10x10 cm con 12 memorie flash separate per computer, composto da tre esemplari di quattro diverse tipologie, ciascuno acquistato per pochi euro. Conosciuto come Chimera – abbreviazione di Cubesat Highly Integrated Memory Radiation Assurance – questo esperimento metterà alla prova come tali parti “commercial-off-the-shelf” (COTS) reagiscono ai bombardamenti di particelle atomiche ad alta energia caricate elettricamente dal Sole e dallo spazio profondo. Un chip di monitoraggio appositamente qualificato per lo spazio, visto in oro, registrerà l'esecuzione della dozzina di ricordi. Credito:Agenzia spaziale europea
La prossima missione dell'ESA, la miniatura GomX-4B, include un esperimento sulle spalle per testare come si comportano bene le memorie dei computer commerciali di tutti i giorni nell'ambiente intriso di radiazioni dello spazio.
Pronto per essere lanciato dalla Cina questo venerdì, GomX-4B è stato costruito da sei unità CubeSat standard da 10 cm da GomSpace in Danimarca.
Il suo obiettivo principale è testare i collegamenti radio tra satelliti e micropropulsione, ma GomX-4B porta anche un piccolo, economico ma importante esperimento secondario:una singola scheda elettronica 10x10cm con 12 memorie flash per computer, composto da tre esemplari di quattro diverse tipologie, ciascuno acquistato per pochi euro.
Conosciuto come Chimera, questo esperimento metterà alla prova come tali parti "pronte all'uso" reagiscono ai bombardamenti di particelle atomiche caricate elettricamente ad alta energia provenienti dal Sole e dallo spazio profondo. Un chip di monitoraggio appositamente qualificato per lo spazio registrerà le prestazioni della dozzina di memorie.
"L'interazione con particelle cariche può indurre 'bit flip' nella memoria del computer, introdurre errori, " spiega Tomasz Szewczyk, membro del team Chimera.
"Eseguiamo test a terra e modellazione software per capire come i diversi componenti sono influenzati dalle radiazioni, ma niente batte i veri test nello spazio.
"C'è una spinta crescente a utilizzare più parti standard in orbita perché sono teoricamente più economiche e più capaci delle parti progettate nello spazio, ma ci sono punti interrogativi sulla loro affidabilità.
Lo spazio oltre la Terra è inondato di radiazioni. Particelle cariche emesse dal Sole, confinato all'interno della magnetosfera terrestre o proveniente dall'Universo più ampio, sono una delle principali cause di anomalie e malfunzionamenti dei satelliti. Credito:Agenzia spaziale europea
"Ad esempio, lotti diversi della stessa parte possono avere reazioni radicalmente diverse alle particelle cariche, in base a piccole variazioni nelle materie prime o nel processo di fabbricazione. Ecco perché stiamo volando tre versioni di ogni ricordo".
Una volta che è diventato chiaro che c'era la possibilità di volare su GomX-4B, Chimera è stata costruita e testata in un anno, con i data engineer dell'ESA che collaborano con esperti di assicurazione della qualità. La scheda è stata assemblata da ingegneri certificati ESA, con prove ambientali per il lancio e le condizioni spaziali utilizzando tavole vibranti e camere termo-vuoto.
"Le missioni dell'ESA hanno già utilizzato molte parti pronte all'uso diverse, certamente negli ultimi due decenni, " commenta l'informatico Gianluca Furano. "Tutta la memoria di massa delle missioni attualmente in volo è costituita da dispositivi flash puramente commerciali, ad esempio.
"E in questo momento ci sono alcune aree dei componenti in cui semplicemente non abbiamo alcuna alternativa qualificata per lo spazio. Il problema è che le parti standard devono essere sottoposte a molti test per essere sicuri che soddisfino i requisiti necessari prestazioni e affidabilità, e questo può significare che il loro costo per unità in realtà finisce molto più alto."
Inoltre, le capacità delle parti qualificate per lo spazio in genere sono in ritardo di diverse generazioni rispetto alle parti standard, che beneficiano del raddoppio dei transistor per chip ogni due anni o meno.
Il GomX-4B CubeSat dell'ESA testerà i collegamenti intersatelliti e il controllo propulsivo dell'orbita per le future costellazioni, lavorando con due GomX-4A, che è di proprietà del Ministero della Difesa danese. Credito:Agenzia spaziale europea
Un approccio è prendere dispositivi commerciali e escogitare metodi per utilizzarli al meglio per applicazioni spaziali, spesso con l'aiuto dei produttori. Ad esempio, chip programmabili noti come "matrici di porte programmabili sul campo" possono avere meccanismi di rilevamento e correzione degli errori aggiunti.
"Più conoscenza abbiamo di come queste parti si comportano nelle operazioni spaziali, allora più possiamo sviluppare contromisure efficaci, "aggiunge Gianluca.
"Anche l'industria terrestre si sta interessando a tali soluzioni. Per i data center di grandi dimensioni che utilizzano enormi quantità di memoria, i raggi cosmici hanno già fissato limiti di affidabilità. Tali effetti diventeranno anche un fattore all'interno dei chip per applicazioni critiche per la sicurezza, come le auto a guida autonoma".
"Gli esperimenti di tecnologia volante su CubeSats stanno aprendo una miriade di opportunità per accedere allo spazio più velocemente, e più conveniente, " aggiunge Ali Zadeh dell'ESA. "La natura multidisciplinare di tali esperimenti si traduce in entusiasmanti collaborazioni in tutta la nostra Agenzia".
