Computadora de Vuelo de Naves Espaciales

Carlos Duarte Muñoz

Fecha: 2016-01-01


Las naves espaciales actuales requieren incrementar su poder de cómputo para realizar el procesamiento de las grandes cantidades de datos que registran y producen sus instrumentos y cargas útiles. En muchos casos, también tienen que calcular parámetros en tiempo real en condiciones rápidamente cambiantes para llevar a cabo el control de la nave durante situaciones críticas. Sin este poder de cómputo, las naves espaciales serían incapaces de realizar maniobras complejas de atraque o descensos suaves en otros cuerpos del sistema solar de forma autónoma. Además de cumplir con los requisitos de alto rendimiento, los sistemas informáticos a bordo también deben interactuar con los sistemas de comunicaciones y con los instrumentos a muy altas tasas de transferencia de datos, así como ejecutar algoritmos de compresión para reducir al mínimo el espacio ocupado por los datos generados por los instrumentos.

 

 

Es por esto que las naves espaciales actuales requieren de computadoras de vuelo que realicen las principales tareas administrativas de la nave espacial. Sin embargo, para realizar sus funciones en el ambiente espacial, las computadoras de vuelo deben tener características especiales que no requieren generalmente los sistemas en tierra. Entre estas características están: ser tolerantes a fallas y resistentes a la radiación, entre otras, las cuales describimos a continuación:
 
Tolerancia a fallas
 
La computadora de vuelo debe ser tolerante a fallas, es decir debe continuar operando satisfactoriamente ante la ocurrencia de fallas. Estas pueden ser de muchas clases, entre las que se encuentran las de hardware, las de software, así como las del operador. La principal manera de contrarrestar a las fallas es a través de un esquema de redundancia, es decir al contar con sistemas alternos que sustituyan a los sistemas que fallan. Sin embargo, como las aplicaciones espaciales imponen muchas restricciones en cuanto a peso, volumen, consumo de energía, la función de tolerancia a fallas debe realizarse sin penalizar mucho el peso, el volumen o los requerimientos de procesamiento y de consumo de energía.
 
Memoria con código de corrección de errores
 
Un ejemplo de un sistema de tolerancia a fallas es la memoria con código de corrección de errores. Los sistemas de cómputo de las naves espaciales están sujetos al embate de rayos cósmicos con mucho mayor severidad que los sistemas terrestres, debido a la protección de la atmósfera de la tierra. Uno de los efectos de los rayos cósmicos es producir errores en los sistemas de memoria al cambiar el estado de los bits almacenados. Para contrarrestar esto, las computadoras de vuelo espaciales pueden disponer de memorias con código de corrección de errores (ECC por sus siglas en inglés Error Correcting Code), las cuales, a través de introducir información redundante pueden detectar si existe un error en la memoria y corregirlo.            Temporizador guardián (WDT)
 
Para contrarrestar las posibles fallas de software, todas las computadoras de vuelo espaciales cuentan con un dispositivo llamado temporizador guardián o WDT por sus siglas en inglés (Watch Dog Timer). La principal función del WDT es reiniciar a la computadora de vuelo ante la ocurrencia de una posible falla o problema de software. El WDT es un temporizador programable externo a la computadora de vuelo que es reiniciado periódicamente por los programas en ejecución, de manera que mientras el WDT no llegue a su cuenta final es señal de que el software está trabajando correctamente. Si el WDT llega a su cuenta final, se supone que el software está fuera de control, por lo que el WDT reinicia a la computadora de vuelo para que regrese a su rutina normal.
 
Resistencia a la radiación
 
Las computadoras de vuelo que salen de la protección del campo magnético de la tierra están sujetas a radiaciones de partículas cargadas con altas energías que pueden dañar sus sistemas electrónicos. Es por esto que en muchos casos se requiere que los sistemas electrónicos sean resistentes a la radiación. Los sistemas resistentes a la radiación están hechos con componentes que requieren más energía para funcionar y por ello pueden ser inmunes al impacto de las radiaciones. Esto los hace naturalmente más costosos, más lentos y con mayores requerimientos de energía que los sistemas comunes, sin embargo es el precio que se debe pagar para garantizar la operación exitosa de los sistemas en ambientes de alta radiación.
 
Computadoras comerciales
 
Existe una gran variedad de oferta comercial de computadoras de vuelo para muchas aplicaciones. En general las computadoras de vuelo utilizan tecnologías probadas, por lo que no es raro que utilicen componentes y sistemas operativos desarrollados hace más de 10 años. Para el caso de satélites CubeSat, la oferta de computadoras de vuelo es muy amplia y se pueden encontrar computadoras de vuelo de muy diversas características en cuanto a rapidez, tamaño de la memoria y tipo de sistema operativo, entre otras.
 
Tendencias futuras
 

AAl incrementarse la complejidad de las misiones espaciales, las computadoras de vuelo de las naves espaciales también tenderán a ser más complejas. Además, en vez de que exista una sola computadora centralizada, las computadoras estarán presentes en muchos de los subsistemas de las naves espaciales. En el futuro, seguramente aumentará la capacidad de procesamiento y almacenamiento de datos y disminuirá su tamaño y peso. Sin embargo, una de las tendencias más relevantes será el aumento en su confiabilidad. Las computadoras de vuelo de las naves espaciales del futuro serán cada vez más confiables y resistentes a las condiciones hostiles del ambiente espacial, todo esto con menos peso y menor consumo de energía que las computadoras actuales.

 

 

 



Etiquetas: naves,espaciales,campomagnético,computadora,vuelo,navesespaciales

Revista Hacia El Espacio de divulgación de la ciencia y tecnología espacial de la Agencia Espacial Mexicana.




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