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Scalable On-Board Computing for Space Avionics

Kurzbeschreibung

Ziel des Scalable on-board Computing for Space Avionics (ScOSA) Projekts ist es einen verteilten, heterogenen und zuverlässlichen On-Board Computer (OBC) zu entwickeln. Dieser OBC soll mehr Rechenleistung als herkömmliche OBCs bereitstellen und die Möglichkeit bieten, den gesamten OBC wenn nötig zu rekonfigurieren.

Projektbeschreibung

Zukünftige Raumfahrtmissionen erwarten enorme Herausforderungen. Darunter ist die steigende Nachfrage nach immer mehr Rechenleistung an Bord des Raumfahrzeugs. Hier stellen speziell die Erdbeobachtung und die Robotik eine treibende Kraft dar. Immer höher auflösende Sensoren und komplexe Algorithmen zur autonomen Navigation verlangen mehr und mehr Rechenleistung. Zukünftige OBCs müssen diese Rechenleistung bereitstellen, um die Daten prozessieren und das System kontrollieren zu können. Zusätzlich muss der OBC strenge Zuverlässigkeitsanforderungen erfüllen. Momentan stehen derartige OBCs nicht zur Verfügung, weshalb eine Weiterentwicklung der bestehenden Technologie nötig ist.

An diesem Punkt setzt das ScOSA Projekt an. Im Zuge dieses Projekts werden DLR interne Hardware sowie Software Entwicklungen kombiniert um einen skalierbaren und hoch performanten OBC zu entwickeln. Der OBC besteht aus verschiedenen Rechenknoten, welche mittels eines SpaceWire Netzwerks miteinander verbunden sind. Rechenknoten können entweder verlässliche und damit Raumfahrt qualifizierte Knoten (RCN) sein oder hoch performante COTS (Commercial Of The Shelf) Knoten (HPN). Das Gesamtsystem kann, basierend auf spezifischen Missionsanforderungen, skaliert werden. ScOSA bricht mit dem üblichen Zuverlässigkeitsansatz, der strikten eins-zu-eins Redundanz von Komponenten in Subsystemen und folgt einem flexibleren Ansatz. Im Falle eines Fehlers im System können Aufgaben von einem Rechenknoten zu einem anderen automatisch migriert werden. Diese Rekonfiguration des Systems ermöglichtet es, bestehende Rechenkapazitäten in verschiedenen Missionsphasen wieder zu benutzen. Ein Beispiel hierfür ist ein Lander, welcher hohe Rechenanforderungen im Landeanflug zur Navigation aufweist. Nach der Landung liegt diese Rechenleistung bei bestehenden Konzepten brach, wobei der ScOSA OBC diese wieder für andere Aufgaben, wie zum Beispiel wissenschaftliche Experimente, nutzbar macht.  

Abb.: ScOSA-Knoten

Aufgaben der DLR Simulations- und Softwaretechnik

Die Aufgaben der DLR Simulations- und Softwaretechnik konzentrieren sich auf die Software Entwicklung und deren Integration auf dem ScOSA OBC. Im Detail beinhalten die Arbeitspakete:

• Entwicklung und Umsetzung der ScOSA Software-Architektur
• Portierung und Integration des Linux- und RTEMS-Betriebssystems auf die Hardware-Knoten und die Entwicklung der benötigten Treiber
• Weiterentwicklung der Rekonfiguration, bezogen auf mehreren Schichten im Software-Stack, von der Applikation über die Middleware bis zur Netzwerkschicht
• Entwicklung eines FDIR-Konzeptes mit der Zielsetzung die Ausfallszeit zu minimieren und die Zuverlässigkeit als auch die Fehlertoleranz zu maximieren
• Integration der Applikationen für die finale Demonstration

Projektpartner

• DLR Institut für Raumfahrtsysteme
• DLR Institut für Optische Informationssysteme
• DLR Raumflugbetrieb und Astronautentraining
• DLR Institut für Robotik und Mechatronik

Laufzeit

01.01.2016 – 31.12.2018