Testning av nya satelliter och rymdteknik har aldrig gjorts lätt precis, men det kan det definitivt vara lättare. Slingshot 1, ett 12U Cubesat-uppdrag som just lanserats av Virgin Orbit, är ett försök att göra det lika enkelt att bygga och testa en ny satellit som att koppla in ett nytt tangentbord till din dator.
Att säga att det är en “USB för rymden” är reduktivt… men det är inte fel. Aerospace Corporation-teamet som designade det nya systemet gör jämförelsen själva och noterar att militären har gjort flera försök att skapa just det med Space Plug-and-Play Architecture (SPA), som utvecklades till Modular Open Network ARCHItecture (MONARCH) och Common Payload Interface Standard (CoPaIS). Men tillvägagångssätten har inte utvecklats på det sätt som, säg, Cubesat-standarden – som förresten Aerospace också var pionjär.
Målet med Slingshot 1 är att skapa en standard satellitbuss som är lika anpassningsbar och enkel att använda som USB eller ATX, med hjälp av öppna standarder, men som också uppfyller alla nödvändiga krav på säkerhet, ström, etc.:
[Slingshot] erbjuder mer flexibilitet och flexibilitet i satellitutveckling genom användning av plug-and-play modulära gränssnitt. Dessa gränssnitt använder system med öppen källkod för att undvika proprietära inlåsningar som kan stoppa utvecklingen, samt standardiserade nyttolastgränssnitt som inte kräver en anpassad satellitbuss. Dessa gränssnitt specificerar kraft-, kommando-, kontroll-, telemetri- och uppdragsdata som kan krävas för nyttolaster. Utan en uppsättning gemensamma standarder hanteras dessa satellitbussnyttolastkrav av olika satellitbusstillverkare. Slingshot eliminerar denna osäkerhet genom att minska antalet krav och komplexiteten i gränssnittet och skapa en öppen nyttolastgränssnittsstandard som kallas Handle.
Hur kommer det att undvika en vanlig fallgrop som blivande standardiserare hamnar i, förevigad av XKCD: nu finns det N+1-standarder?
Tja, om man bortser från det ganska bedrövliga tillståndet för standarder i satellitvärlden, om man kan kalla det så, bestämde teamet sig för att basera allt på Ethernet, som redan ligger till grund för en enorm mängd nätverk i världen.
“Att basera Handle-standarden på Ethernet bygger på det enorma ekosystemet av hårdvaru- och mjukvaruverktyg som utvecklats för detta mycket vanliga gränssnitt, och tar i huvudsak den vanligaste markbundna systemstandarden och migrerar den för satellitanvändning”, säger Dan Mabry, senior ingenjörsspecialist inom Aerospace. “Vi skräddarsydda nätverket för låg effekt, men stöder fortfarande gigabit-per-sekund-kommunikation mellan enheter utan att kräva anpassad mjukvaruutveckling för att anpassa nätverket för varje ny applikation.”
Och som han sa när Aerospace Slingshot skrev för sina egna syften förra året: “När en nyttolast slås på kommer den omedelbart att kännas igen och fungera, och all sändningsdata kommer att nå nedlänken till rymdfarkosten utan någon installation eller justering av ombord programvara. Eftersom detta är ett nätverk ombord, är data för denna nyttolast också synlig för alla andra nyttolaster. Nyttolaster kan enkelt samarbeta i realtid och distribuerade smarta sensorer och processorer är anslutna till den underliggande arkitekturen.”
Kombinera det med en strömnav som intelligent kan tillgodose olika behov och ett modulärt fodral som får allt att se ut som baksidan av en välorganiserad speldator, och du har ett plug and play-recept som verkligen gör det enkelt för den som vill- vara designer.
Den sammansatta installationen av Slingshot 1 utan dess yttre hölje.
Som Slingshot Program Manager Hannah Weiher sa: “Det fungerar för att minska gränssnittets komplexitet och stöder olika satellitbussar och nyttolaster med minimal till noll anpassning som krävs för gränssnittet. Handle var nyckeln till den strömlinjeformade processen för integrering av nyttolasten på Slingshot 1, där vi hade ett brett utbud av nyttolaster med olika krav, och gjorde det möjligt för oss att integrera volymen av nyttolaster vi gjorde i en satellit lika stor som en skokartong.”
Naturligtvis räcker det inte att bara skicka ett barebones-gränssnitt – tänk dig att skicka ett datorfodral utan något i. För att se om det fungerar behöver du saker bifogade, och lyckligtvis finns det många experiment och möjligheter som Aerospace har sparat sedan skapandet av Slingshot 2019.
- Handtag – Plug-and-play gränssnittsmodul för elektrisk nyttolast
- Bender – Inbyggt Ethernet och nätverksrouting
- t.Spoon – Ett modulärt mekaniskt gränssnitt
- t.Spoon Camera – Plug-and-play-kameramodul
- t.Spoon-processor – Zynq Ultrascale+ inbäddad bearbetning
- Starshield – Inbyggd upptäckt av skadlig programvara
- CoralReef – Coral Tensor Processing Unit
- Starfish – Säker ARM Cortex-M33 inbäddad bearbetning
- SDR – S-band Software-Defined Radio (SDR) nedlänk
- Keyspace – Kryptografiska tjänster för SmallSats
- Lasercom – nästa generations nedströms rymd-/marklaserlänk
- ROESA – Använder IoT-protokoll för att ansluta nyttolaster
- Vertigo – omkonfigurerbart attitydkontrollsystem
- Blinker – GPS-transponder för rymdtrafikhantering
- Hyper – SmallSat väteperoxidmotor
- ExoRomper – Testbädd för artificiell intelligens och maskininlärning
Vissa av dem är mer eller mindre uppenbara, som de olika komponenterna i t.Spoon som utgör de grundläggande mekaniska elementen som binder samman det hela. Och naturligtvis behöver du en trevlig mjukvarudefinierad radio-nedlänk. Men en tensorprocessor och maskininlärningsbänk på en satellit? Internet of Things-protokoll? Kryptografiska tjänster?
En CG-vy av Slingshot som expanderar för att visa dess komponenter.
När jag pratade med teamet under ett besök på Aerospace labs för ett tag sedan, pratade de om hur mycket av det som finns på Slingshot är oöverträffat på något sätt, men det handlar mer om att anpassa gemensamma uppgifter till extremt formaliserade och begränsade sammanhang. satellithårdvara och mjukvara.
Låt oss säga att du har tre eller fyra nyttolaster som delar CPU och lagring. Hur ser du till att deras kommunikation förblir säker? Precis som du skulle göra på jorden, men anpassad till ljushanteringen, begränsad kraft, ovanliga gränssnitt hos en rymdfarkost. Visst, säker bearbetning och kommunikation i rymden har gjorts tidigare – men det är inte så att det finns en plug and play-version där du bara kan klicka på en kryssruta och plötsligt är din nyttolast helt krypterad.
Liknande är ExoRomper, som har en externt monterad kamera kopplad till TPU:n. Det finns redan en del AI i rymden, men aldrig en inställning där du kan säga, javisst, du kan lägga till molnigenkänning till din satellit, det kommer att ta 2 watt, 20 kubikcentimeter och 275 gram. Särskilt den här är inställd för att övervaka själva satelliten och titta på ljusförhållandena – något som allvarligt påverkar termisk belastning och energihantering. Varför skulle inte din satellit ha en egen satellit för att övervaka hot spots på solceller?
Data kommer att flöda från Slingshot när det testar dess många komponenter och experiment under de kommande månaderna. Detta kan vara början på en ny modulär era för små satelliter.
