- La nave espacial Orion utiliza ocho procesadores que ejecutan las mismas instrucciones simultáneamente
- Un diseño a prueba de fallas evita que las computadoras defectuosas envíen comandos incorrectos
- Corrige automáticamente errores de un solo bit en accesos a memoria redundantes triples
La misión Artemis II de la NASA se basa en un sistema informático construido para seguir funcionando en condiciones extremas y fallas de hardware.
A diferencia del programa Apollo, donde las computadoras a bordo manejaban funciones limitadas, la nave espacial Orion manejaba el soporte vital, la navegación y las comunicaciones a través de un software de vuelo integrado.
La cápsula Orion lleva uno de los sistemas informáticos más tolerantes a fallos jamás construidos para vuelos espaciales y opera a 400.000 kilómetros de la Tierra, donde no es posible realizar reparaciones.
El artículo continúa a continuación.
Control completo del sistema de Orión desde los límites de Apolo.
Los astronautas del Apolo dependían de una computadora de 1MHz con sólo 4 kilobytes de memoria, pero las naves espaciales actuales requieren mucho más dadas las distancias involucradas.
La nave espacial Orion utiliza dos ordenadores de gestión de vehículos, cada uno con dos módulos de control de vuelo.
Cada módulo consta de un par de procesadores que verifican constantemente la salida de cada uno, lo que da como resultado que 8 procesadores ejecuten simultáneamente las mismas instrucciones.
Si un procesador produce un resultado incorrecto, el diseño emparejado detecta inmediatamente la falta de coincidencia e impide que se utilice la salida.
“Seguimos diseñando para cubrir fallas de hardware”, dijo Nate Uitenbroek, líder de integración y verificación de software para el programa Orion de la NASA.
“Además de cables físicamente redundantes, tenemos aviones de red lógicamente redundantes. Disponemos de ordenadores de vuelo redundantes”.
En lugar de depender de la votación por mayoría, el sistema selecciona resultados de los módulos disponibles en función de un orden de prioridad definido.
El sistema está diseñado para soportar fallos rápidos durante el vuelo. Uitenbroek dice: “Podemos perder tres FCM en 22 segundos y aun así navegar con seguridad hasta el último FCM… una computadora defectuosa fallará silenciosamente en lugar de enviar la respuesta incorrecta”.
Los módulos fallidos se restablecen y resincronizan, lo que les permite volver a unirse al sistema durante la misión.
Orion utiliza una red Ethernet activada por tiempo que distribuye una referencia de tiempo compartida por todo el sistema, de modo que si un módulo no cumple con su fecha límite de ejecución, se desconecta, reinicia y resincroniza automáticamente antes de volver a funcionar.
El sistema informático cuenta con una memoria triplemente redundante capaz de corregir errores de un solo bit durante cada operación de lectura.
Las interfaces de red utilizan carriles de comunicación duales que se comparan con la detección continua de anomalías, mientras que la red general se replica en tres planos independientes.
Orion lleva un sistema de software de vuelo de respaldo independiente que opera en varios hardware y software, ejecutándose continuamente en segundo plano.
“Una falla de software de modo común en el software de vuelo principal es intencionalmente diferente para garantizar que no se aplique incorrectamente a la copia de seguridad”, dijo Uttenbroeck.
La nave espacial también incluye procedimientos para escenarios de pérdida total de energía, lo que permite que los sistemas se reinicien, estabilicen y restablezcan las comunicaciones.
El sistema está sobrediseñado según cualquier estándar comercial, pero el espacio profundo no ofrece segundas oportunidades.
No se ha probado que los 8 procesadores funcionen según lo diseñado en condiciones de radiación reales y el software de respaldo nunca se ha enfrentado a una emergencia real.
Aun así, para una misión en la que la ferretería más cercana está a 400.000 kilómetros de distancia, esta arquitectura tiene un sentido brutal.
Vía Comunicaciones de la ACM
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