Действительно ли Pi подходит для открытого космоса?

В последнее время растет интерес к использованию Raspberry Pi в CubeSats . НАСА даже в тренде . Но, учитывая, что космическое пространство довольно сурово для электроники (например, радиация и космические лучи, резкие перепады температур, космическая пыль и микрометеоры), действительно ли Pi может использоваться в качестве космического спутника?

Насколько я помню, космическая электроника обычно имеет способ восстановления после аварии, память ECC, резервные системы, резервные коммуникации, некоторую форму радиационной защиты и может выдерживать перепады температуры. В общем, настолько надежно, насколько они могут это сделать.

Насколько я знаю, у Пи их нет . Да, Pi, вероятно, может справиться с температурной частью, но один неверный бит-флип может привести к сбою всего, что на нем работает, и сделать его непригодным для использования из-за отсутствия восстановления. В этом случае они, вероятно, могут воспользоваться watchdogуслугой. Но достаточно ли?

Частично связано: raspberrypi.stackexchange.com/q/325/24224
Почти уверен, что не все возможные орбиты подвержены жесткому излучению.
Я почти уверен, что все это сводится к соотношению затрат и выгод. Для приложений, в которых используется Pi, что можно получить, используя более устойчивые технологии?
@ Called2voyage На самом деле это именно так. Есть орбиты без жесткого излучения, но всем спутникам приходится иметь дело с космическими лучами, которые действительно могут вызвать проблемы у космических аппаратов.
Временная избыточность и обнаружение и исправление ошибок на основе программного обеспечения могут компенсировать (по крайней мере, частично) меньшую аппаратную поддержку отказоустойчивости и физической избыточности.
Похоже, его можно разделить на два отдельных и хороших вопроса: вопрос о том, как улучшить обнаружение Pi и восстановление после сбоев (что лучше подходит для RPi SE), и вопрос о возможных типах, частоте и серьезности этих расстройства, связанные с космическим полетом - запуск, развертывание и эксплуатация в космической среде. (что лучше бы подошло здесь, в космосе ЮВ).
Ну, у Pi больше технологий, чем у первого спутника НАСА, так что... в чем проблема?
Я помню, как однажды разговаривал с человеком, который занимался производством микросхем... у них был испытательный стенд для проверки каждой готовой микросхемы. Те, что дошли до конца испытательного стенда, получили штамп «Milspec» и были проданы военным.
Хорошая статья о избыточности: geek.com/science/…

Ответы (4)

Большинство кубсатов — это студенческие проекты, которые они хотят реализовать максимум на несколько месяцев. При этом Pi, вероятно, будет очень восприимчив к сбоям в одиночном событии, SEU и, следовательно, может иметь некоторые серьезные проблемы. Это недорого и поместится внутри космического корабля, с небольшой защитой это может быть хорошо, но только на несколько месяцев для сборки с низким уровнем важности. В итоге, это может сработать для студенческого проекта, но я бы не хотел, чтобы это был полетный компьютер чего-то важного!

Стоит отметить, что мобильный телефон использовался в качестве бортового компьютера для кубсата. Этот спутник был известен как PhoneSat. Они сопоставимы с Pi с точки зрения SEU и радиационной опасности. Они действительно работали какое-то время. Я не нашел отличного источника, но время жизни каждого из 5 запущенных PhoneSat составляло около недели. У первых 2 были только батареи, у последних 3 также была солнечная энергия. Они были намеренно размещены на орбитах, которые могли бы поддерживать их работу только в течение нескольких недель, но я не могу найти никаких сообщений о проблемах.

Небольшое замечание: для космических полетов может быть лучше использовать Arduino, чем Pi, поскольку Arduino несколько лучше для встроенной электроники. Pi отлично работает, если у вас есть доступ к видеопорту, но до космоса далеко, шансы получить кабель HDMI таким образом довольно малы ;-) Но у Pi могут быть и другие преимущества. По крайней мере, имейте это в виду, принимая решение.

Я бы хотел, чтобы мой студенческий бюджет мог позволить себе такой студенческий проект. Я мог бы получить финансирование в ближайшее время.
Сейчас это намного проще, чем когда-либо. Вы, вероятно, могли бы построить приличный кубсат примерно за 2000 долларов, а довольно хороший — примерно за 10 000 долларов , при условии отсутствия трудозатрат. ULA объявила, что будет запускать кубсаты бесплатно.
Основная причина не использовать Pi — это его энергопотребление,> 500 мА при 5 В. Все, что вы сэкономите на маленькой доске, вы должны потратить на дополнительный источник энергии, чтобы поддерживать ее работу - как с точки зрения массового бюджета, так и с точки зрения затрат (солнечные элементы).
Справедливо. Я не эксперт, но стоит подумать хотя бы...
Кроме того, не уверен, насколько это верно для Pi и CubeSats, но PhonSats не просто использует черный прямоугольный квадратный телефон с сенсорным экраном, который мы все знаем и любим. Это довольно сильно модифицированный телефон, который, как я полагаю, включает в себя базовую защиту.
Достаточно справедливо, но я подозреваю, что к любому спутнику, использующему Pi, будет добавлено некоторое базовое экранирование.
Arduinos также имеет то преимущество, что они производятся с использованием более крупного / более дешевого процесса, чем Pi, поэтому его транзисторы больше / толще, что повышает его выносливость в космосе.
Нельзя сравнивать Пи и Ардурино. Ardurino — это микроконтроллер, лучший из которых имеет 512 КБ флэш-памяти и 96 КБ ОЗУ. Pi (первая модель) — это компьютер с 512 МБ оперативной памяти, до 32 ГБ флэш-памяти (SD-карта) и полноценной операционной системой. Версия 3 имеет 1 ГБ ОЗУ и 64-битный четырехъядерный процессор с частотой 1,2 ГГц ... Мой Пи видел монитор и клавиатуру только один раз: чтобы настроить его для сети. С тех пор мы общаемся через консоль (обычный текст). Ardurino может иметь больше входов/выходов и аналоговых входов, но их также легко добавить в пи. Я также вижу некоторые преимущества ардуино перед пи в отношении излучения.
«Небольшое замечание, вероятно, лучше использовать Arduino, чем Pi для космических полетов». Я профессионально разрабатываю программное обеспечение для космических кораблей, и это неверно. МНОГО раз вам нужно гораздо больше энергии, чем может обеспечить Arduino.
Экранирование, которое подходит для кубсата, в основном бессмысленно, поскольку оно слишком тонкое, чтобы значительно уменьшить излучение.
@DavidGrinberg Действительно ли NASA PhoneSat пытался использовать GPS с самого телефона? цитирует НАСА, утверждающее, что «в конструкции PhoneSat широко используются коммерческие готовые компоненты, включая немодифицированный смартфон потребительского уровня».
@MichaelKjörling Под немодифицированными они подразумевают, что не меняли настоящую электронику. Но, например, сенсорный экран сняли, потому что зачем вам сенсорный экран на спутнике в космосе?

Насколько я помню, космическая электроника обычно имеет способ восстановления после аварии, память ECC, резервные системы, резервные коммуникации, некоторую форму радиационной защиты и может выдерживать перепады температуры. В общем, настолько надежно, насколько они могут это сделать.

Использование радиационно-стойких компьютерных процессоров является традиционным подходом. В результате система авионики получается довольно массивной и громоздкой, очень дорогой и очень, очень медленной (по современным меркам). Их использование не обязательно, даже для систем, оцениваемых людьми. SpaceX, например, не использует радиационно-стойкие процессоры в своем корабле Dragon. Что является обязательным для систем, оцениваемых людьми, так это возможность показать, что система авионики устойчива к радиации.

CubeSats обычно представляют собой недорогие школьные проекты, которые не рассчитаны на долгое время. Радиационно -стойкий процессор стоимостью 250 000 долларов примерно вдвое превышает бюджет типичного бюджета проекта CubeSat, включая запуск. Соединение пары по 35 долларов США для резервирования вполне уложится в бюджет и станет отличным студенческим проектом.

Отвергать CubeSats как «недорогие школьные проекты» смешно. Есть ряд компаний, планирующих массовые развертывания.
@ventsyv - я не был пренебрежительным. Тем не менее, «недорогие школьные проекты» — это именно то, чем были CubeSats в течение первых 13 лет истории CubeSats. Другие организации обратили внимание на CubeSats по той же причине, по которой они привлекательны для колледжей и университетов — их низкая стоимость. Стоимость запуска CubeSat довольно мала по сравнению даже с микроспутником (от 10 до 100 кг).
@ventsyv: Те, которые содержат Пис (и имеют отношение к вопросу), почти наверняка! «Массовое» коммерческое развертывание оправдывало бы специально разработанную плату и бюджет на нее.

На низкой орбите магнитное поле Земли является эффективным щитом от солнечной радиации. Он поглощает радиацию и улавливает ее в областях, известных как пояса Ван Аллена. Мы избегаем размещать там космические корабли или людей... Одна часть пояса уходит на низкие высоты орбиты, и это иногда вызывает проблемы. Это большая часть радиационного потока, о котором вам нужно беспокоиться, и вы можете защититься от него в качестве дополнительной меры предосторожности. Не изображайте свинец. Используется пластик. Свинец не работает для этого типа излучения (или, скорее, делает его хуже).

Космические лучи более опасны. Они составляют гораздо меньшую часть излучения в космосе. Сюда входит все излучение, которое не исходит от нашего Солнца. Магнитное поле Земли не обеспечивает защиты от большинства из них. 50 миль нашей атмосферы защищают нас примерно от 90% ее. В космическом корабле нет практической защиты от него. Электронные устройства предназначены для принятия или исправления неустойчивого поведения, которое могут вызвать космические лучи. Но даже такое устройство, как Raspberry Pi, построенное без особой отказоустойчивости, может работать в течение нескольких дней или недель, прежде чем критический бит перевернется, что приведет к блокировке процессора. Я предполагаю, что у диспетчера миссии есть возможность удаленно перезагрузить устройство. Другим простым решением может быть отдельная схема сторожевого таймера, которая просто сбрасывает плату один раз в час, если только она не получает сигнал для предотвращения сброса.

Резюме итогового отчета - SR2S cordis.europa.eu/project/id/313224/reporting

Кремниевая долина продвигается в космическую отрасль и привносит в эту область новую философию.

Упор делается на быстрое время разработки, а не на надежность. Стоимость замены относительно дешевого спутникового куба стоит того, чтобы быстро создать прототип, протестировать и перейти к следующей итерации продукта.

Менталитет очень похож на «Создай, полетай, испытай, повтори».

Большинство компаний, работающих в этой сфере, рассчитывают, что их спутники прослужат всего пару лет, и планируют компенсировать это количеством.

Действительно ли Pi подходит для открытого космоса?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v