Airbus Defence and Space

Airbus Defence and Space entwickelt nächste Computer-generation

Ohne den Einsatz von Computern wären die heutigen, hochkomplexen Weltraumprojekte nicht möglich. So steuern fehlertolerante Rechner von Airbus Defence and Space die Internationale Raumstation ISS und die Manöver des Raumtransporters ATV Jules Verne.

Die Anforderungen an die Computer, die im Weltall eingesetzt werden, unterscheiden sich natürlich erheblich von denen auf der Erde. So müssen die Entwickler der Hard- und Software so unterschiedliche Situationen wie Vibrationen beim Start/Wiedereintritt, fehlende Gravitation, Vakuum, thermische Belastung, Energieversorgung, Lüftung und vor allem die Strahlenbelastung berücksichtigen. Darüber hinaus ist unbedingte Zuverlässigkeit gefordert. Kann man beim Arbeiten am heimischen Computer einen Ausfall durchaus einmal verkraften, so kann ein solches Ereignis im Weltall sehr schwerwiegende Folgen haben, bis hin zur Gefährdung von Menschenleben. Das ist auch einer der Gründe dafür, warum für Weltraumanwendungen nicht einfach auf Computersysteme vom Massenmarkt zurückgegriffen werden kann.

Airbus Defence and Space verfügt über vielfältige Erfahrungen und eine sehr breit gefächerte Kompetenz im Bereich der Entwicklung von Hard- und Software für ganz unterschiedliche Weltraumeinsätze. „Im Bereich der bemannten Raumfahrt sind wir bereits mit unserem Fehlertoleranten Rechner sowie dem Standard Payload Computer – SPLC – weltweit anerkannt“, sagt Joachim Schneegans, Leiter der Abteilung Avionics Engineering bei Airbus Defence and Space in Bremen.

 

Neue Kundenanforderungen

 

Airbus Defence and Space Bremen ist seit ca. zwei Jahren dabei, neue Rechnermodelle für die bemannte Raumfahrt zu entwickeln und zu testen. Zu Beginn dieses Jahres wurde ein Rechner mit so genannten COTS-Bauteilen (COTS = Commercial off-the-shelf, das sind industrielle Bauteile, die frei am Markt erhältlich sind) auf dem Integrated Cargo Carrier, einer Nutzlastplattform für den US-Shuttle, während der STS-122 Columbus Mission erfolgreich im externen Orbit erprobt und ist bereits wieder in Bremen. „Hiermit demonstriert Airbus Defence and Space seinen Kunden, wie mit günstigen Komponenten leistungsfähige Rechnerkonfigurationen für Anwendungen im sicherheitsunkritischen Bereich, wie z.B. für Experimentsteuerungen, eingesetzt werden können. Bislang fehlte ein solches Segment in unserem Produktportfolio“, sagt Matthias Gronowski, Projektverantwortlicher für die unter dem Namen „e.Cube“ entwickelte Rechnerfamilie.

Ein zweiter Rechner wurde ebenfalls mit der STS-122 zur ISS gebracht und ist seitdem im Columbus-Labor installiert. Das Technologieexperiment ERNObox ist ein Rechner der SPAICE-Serie (Space Infrastructure Computer) und repräsentiert die neue Generation einer strahlungsresistenten Rechnerfamilie. Als Technologiedemonstrator sammelt er dafür im Weltall wertvolle Daten und testet die Zuverlässigkeit des Systems unter Realbedingungen. „Für uns ist dieser Test extrem wichtig“, erläutert Joachim Schneegans, „denn hier setzen wir zum ersten Mal den von der ESA entwickelten Mikroprozessor LEON-2 ein.“ Besonders für sicherheitskritische Anwendungen im Bereich der bemannten Raumfahrt sind Zuverlässigkeit und Fehlertoleranz unverzichtbar. „Unsere Kunden stellen im Zuge der Entwicklung neuer Raumfahrtsysteme immer höhere Anforderungen an die Leistungsfähigkeit eines Flug-Rechners und wünschen sich darüber hinaus eine Erweiterung um moderne Schnittstellen, so wie sie im kommerziellen Bereich Standard sind“, stellt Schneegans fest. „Mit unserer ERNObox versuchen wir einen ersten Schritt dahin zu tun.“

Die Airbus Defence and Space-Ingenieure setzen dabei auf ihre langjährige Erfahrung und die bewährten Ideen, die im SPLC oder dem FTC eingesetzt wurden, z.B. ein modulares Rechnerkonzept und standardisierte Schnittstellen. Die neue Rechnergeneration bietet zudem auch eine Kompatibilität zu den Vorgängermodellen, so dass eine Umstellung der Systeme schrittweise erfolgen kann.

 

Die aktuelle Entwicklungslinie, zum Großteil von Airbus Defence and Space selbst finanziert, setzt auf zwei Rechnerfamilien:

SPAICE

e.Cube

Eigenschaften

Eigenschaften
  • Mittlere Leistungsfähigkeit (100 MIPS)
  • Fehlertoleranz (sicherheitskritisch)
  • Strahlungsresistent
  • Funktionale Modularität (Class-I Nutzlasten, On-board Computer)
  • CompactPCI mit Adapter für bestehende SPLC-Peripherie
  • Hohe Leistungsfähigkeit (> 500 MIPS)
  • Moderne Bauteile, industrieller Standard
  • Strahlungstolerant bezüglich destruktiver Effekte
  • Standard-Schnittstellen z.B. USB, CAN
  • PC104 Standard

 Airbus Defence and Space R&D Aktivitäten Airbus Defence and Space R&D Aktivitäten
  • Entwicklung eines LEON-2 basierten Single-Board Computers mit compactPCI Bus
  • Neue Speichertechnologien, System-on-chip etc.
  • Portierung der COL Protokollsoftware
  • Fliegt als Demonstrator im Orbit auf Columbus

  • Erste Strahlungstests und entsprechende Modifikation eines COTS PC104 Moduls mit PowerPC Kern
  • Adaptierung von Flugsoftware auf Linux, Implementation für PC104 Modul
  • Erfolgreicher Einsatz als Demonstrator und Datenlogger auf US Shuttle Mission STS-122

SPAICE lässt sich für verschiedene Anwendungen einsetzen. Als Single-Lane Rechner kann er z.B. die nächste Generation von Experimenten auf der Raumstation mit mittleren Sicherheitsanforderungen steuern. In dieser Aufgabe soll SPAICE einmal den SPLC (Standard Payload Computer) ersetzen, der zurzeit in nahezu allen europäischen Experimentnutzlasten verbaut ist. In einer Duplex-Konfiguration ist der Rechner als Steuerrechner von Träger-Oberstufen einsetzbar, in triplex- und vierfach-Konfiguration, z.B. mit byzantinischem Algorithmus, ist SPAICE für den Einsatz in höchstsicherheitskritischen Anwendungen (bemannte Missionen) vorgesehen. Dies umfasst Aufgaben wie z.B. die Steuerung von zukünftigen Transportsystemen.

„Die ersten Testergebnisse der beiden Rechnerfamilien stimmen uns sehr positiv. Nun geht es um die nächsten Schritte“, erklärt der SPAICE Projektleiter Sven Rakers. „Das heißt Entwicklung der fehlertoleranten Konfiguration und der dazu notwendigen Technologien, wie High-Speed Datenverbindungen, neue Schnittstellenmodule oder Massenspeicher.“

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