Hlavní navigace

Senzory Martina Malého: Co najdete uvnitř kosmické sondy

 Autor: NASA
Martin Malý 17. 8. 2016

Je léto, doba cestování. Někdo jede na chalupu, někdo k moři a někdo pošle svoje senzory až kamsi do vesmíru. Tentokrát doslova.

Pátého července 2016 přiletěla k Jupiteru sonda Juno. Juno byla vypuštěna před pěti lety, v srpnu 2011. Celá mise této sondy je primárně zaměřena na studium magnetického pole, částic a struktury Jupitera. Žádný z těchto experimentů nevyžaduje fotoaparát, ale NASA dospěla k rozhodnutí, že když už posílají sondu za miliardu dolarů, tak by měla mít i fotoaparát, protože sice magnetometry a detektory částic skvěle poslouží vědě, ale pro veřejnost jsou zajímavější fotografie vzdálených světů.

Hlavní řídicí počítač sondy Juno je poháněn procesorem BAE RAD750 – jedná se o procesor, kompatibilní s procesorem PowerPC750, ovšem s vysokou odolností proti radiaci. Samotný procesor snese 2000 až 10000 gray absorbovaného záření a vystačí si s pěti watty elektrické energie. Jeho výkon odpovídá procesorům, použitým v počítačích Apple Power Mac G3. V sondě může být taktován až na 200 MHz. K dispozici má 256 MB Flash a 128 MB DRAM. Celý systém je uzavřen v 1 cm tlustém titanovém protiradiačním krytu. Během pobytu u Jupitera bude sonda vystavena záření přes sto tisíc gray. Uvnitř krytu bude ale pouhých 250 gray, což je hodnota, při níž může elektronika pracovat. Pro srovnání: pro člověka je smrtelná dávka 100 gray. Vysoká intenzita záření bude postupně sondu ničit, i přes stínění, takže se odhaduje, že její životnost je zhruba 37 obletů, což je něco málo přes rok.


Autor: NASA

Vizualizace NASA

V kosmických sondách je běžné, že hlavní počítač není jediným výpočetním mechanismem na palubě. Mnoho přístrojů a snímačů má vlastní výpočetní prostředky. Například JEDI (detektor částic) má tři 10MIPS procesory, implementované ve FPGA (RTAX2000 – obdoba RTX2000). Přístroj JADE (experimenty s jupiterskou polární září) je poháněn 32bitovým procesorem SPARC, taktovaným na 48 MHz. Vlastní procesor má i každý radiový systém. Díky tomu je snazší řízení spotřeby a zvýšená odolnost proti chybám. Mimochodem, Juno je nejvzdálenější sonda, kompletně poháněná energií ze solárních panelů. Její tři velké panely jí dodávají zhruba 490 wattů.

Už zmiňovaný fotoaparát (JunoCam) nemá kupodivu vlastní procesor. Obsahuje FPGA Actel a obrazy zpracovává hlavní počítač. Má to dva důvody. Prvním je, že nepatří mezi hlavní nástroje vědecké mise, a tak musí být co nejlevnější. Druhý důvod je ten, že fotoaparát je vystaven velmi silnému záření, takže pouze pořídí surový obrázek a co nejrychleji jej odešle do stíněného a chráněného hlavního počítače. Fotoaparát byl navržen podle vzoru aparátu z vozítka Mars Curiosity a software si půjčil ze sondy Mars Reconnaissance Orbiter. Díky tomu stál fotoaparát pouhé tři miliony dolarů. Ve srovnání s celkovými náklady opravdu jen drobné.

Pro zajímavost si připomeňme i jinou vesmírnou sondu, o které se mluvilo před pár lety: sonda Rosetta vypustila modul Philae, který přistál na kometě. Rosetta byla vypuštěna v roce 2004, v roce 2011 protnula dráhu Jupitera, program ji přepnul do „sleep mode“ kvůli šetření energií a v lednu 2014 se zase probudila a ohlásila z blízkosti komety. Centrální procesor Rosetty je Dynex MAS31750 na 25 MHz. Je to šestnáctibitový procesor se zvýšenou odolností proti radiaci, který implementuje standard MIL-STD-1750A. Byl použit v několika různých sondách.

Philae má samozřejmě taky vlastní procesor, lépe řečeno dva. Jsou to šestnáctibitové zásobníkové procesory typu Harris RTX2010, taktované na 8 MHz. Architektura RTX2000 je z roku 1988 a je to vylepšený procesor Novix N4000, což je dvouzásobníkový procesor, určený pro běh jazyka FORTH, navržený samotným autorem Forthu Chuckem Moorem. Jeho architektura je rovněž otevřená, a kdybyste si chtěli takový procesor implementovat ve svém FPGA, tak můžete.

Procesory jsou v sondě dva ne proto, aby zvýšily výkon, ale jsou zapojené ve dvou redundantních systémech, z nichž jeden funguje jako primární a druhý jako kontrolní, připravený v případě nějakých problémů převzít řízení. Redundance znamená dvojnásobnou zátěž pro napájení, a i proto byl vybrán takový procesor, který má velmi nízký odběr a přitom dostatečný výkon. V modulu jsou navíc i různé vědecké přístroje, které rovněž používají RTX2010 (takže jich je na palubě celkem 10). Kromě nich modul obsahuje i ADSP-21020, pár jednočipů 80C3× a několik FPGA.

WT100

Je trochu zvláštní pocit vědět, že si tento článek čtete na počítači, který má mnohem vyšší výkon než počítače řídicí kosmické sondy. Ale je to logické: taková sonda mnoho let letí, před vypuštěním se mnoho let připravuje a už v té době musí používat procesory, které jsou ověřené dlouholetým používáním, takže logicky nemůže jít o nejvýkonnější výkřiky procesorové techniky. Navíc ani ten vysoký výkon není nezbytný, mnohem důležitější je spolehlivost a nízká spotřeba. Čímž se vlastně vracíme obloukem zpátky na zem, k našim malým senzorům…

(Informace o procesorech jsou převzaty z webu CPUshack s laskavým souhlasem autora).

Našli jste v článku chybu?
Podnikatel.cz: Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

Poslanci chtějí sebrat majetek Bakalovi

Lupa.cz: Další Češi si nechali vložit do těla čip

Další Češi si nechali vložit do těla čip

Vitalia.cz: Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Tohle jsou nejlepší česká piva podle odborníků

Vitalia.cz: dTest odhalil ten nejlepší kečup

dTest odhalil ten nejlepší kečup

DigiZone.cz: Skylink Samsung EVO-S příští týden

Skylink Samsung EVO-S příští týden

DigiZone.cz: Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Rapl: seriál, který vás smíří s ČT

Podnikatel.cz: EET pro e-shopy? Postavené na hlavu

EET pro e-shopy? Postavené na hlavu

Podnikatel.cz: Babišovy firmy a registr smluv. Co odhalil?

Babišovy firmy a registr smluv. Co odhalil?

Vitalia.cz: Tahák, jak vyzrát nad zápachem z úst

Tahák, jak vyzrát nad zápachem z úst

DigiZone.cz: Digi2GO: výborný základ, ale...

Digi2GO: výborný základ, ale...

Lupa.cz: Jak se prodává firma za miliardu?

Jak se prodává firma za miliardu?

Podnikatel.cz: Takhle se prodávají mražené potraviny

Takhle se prodávají mražené potraviny

120na80.cz: Na různou rýmu různá homeopatie

Na různou rýmu různá homeopatie

DigiZone.cz: Pure má tři nové přijímače DAB

Pure má tři nové přijímače DAB

120na80.cz: Hrbatá prsa aneb mýty o implantátech

Hrbatá prsa aneb mýty o implantátech

Vitalia.cz: Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Voda z Vltavy před a po úpravě na pitnou

Vitalia.cz: Jaký je rozdíl mezi brambůrky a chipsy?

Jaký je rozdíl mezi brambůrky a chipsy?

Podnikatel.cz: Kalousek chce odklad EET. Předvolební tah?

Kalousek chce odklad EET. Předvolební tah?

DigiZone.cz: DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

DVB-T2 ověřeno: seznam TV zveřejněn

Vitalia.cz: Inspekce našla nelegální sklad v SAPĚ. Zase

Inspekce našla nelegální sklad v SAPĚ. Zase