JavaScript is currently disabled.Please enable it for a better experience of Jumi.

Många tusen små satelliter kommer att skickas ut i rymden under de närmaste åren. Det är initierade analyshus överens om. För att ta del av New Space-boomen lanserade Uppsalaföretaget ÅAC Microtec i januari skalbara delsystem som hanterar data och kraft i småsatelliter. Nu tas nästa steg. Den svenskutvecklade processorkärnan Leon ska in i datamodulerna. Uppdraget kommer från Rymdstyrelsen.

Artikeln är tidigare publicerad i magasinet Elektroniktidningen.
Prenumerera kostnadsfritt!

För ÅAC Microtec startade 2017 riktigt bra. Rymdstyrelsen gav klartecken för levererans av Sirius; en helt ny serie produkter som företaget utvecklat speciellt för den kommersiella rymdsektorn, ofta kallad New Space, på uppdrag av just Rymdstyrelsen.

Startskottet för Sirius gick för två år sedan. Parallellt skapade Rymdstyrelsen det som kan vara början till ett satellitprogram i Sverige – satelliten MATS (Mesospheric Airglow/Aerosol Tomography and Spectroscopy) som ska undersöka vågor i övre atmosfären och deras inverkan på klimatet.

MATS är en mikrosatellit, liten som en diskmaskin. Planen är att den ska skjutas upp till 600 till 700 kilometers höjd under 2019.

Emil Vinterhav

− Då fick vi även i uppgift att utveckla datahanterings- och kraftsystemet till MATS, säger Emil Vinterhav, teknikchef på ÅAC.

Med Sirius siktar ÅAC på den kraftigt växande småsatellitmarknaden. Här är kraven annorlunda än inom den traditionella rymdsektorn som domineras av stora institutionella organisationer, såsom amerikanska NASA, europeiska ESA, ryska Roscosmos och Jaxa i Japan, som alla har stora summor till forskning för att bygga en infrastruktur i rymden.

Småsatelliter har en annan kostnadsbild. De handlar ofta om kommersiella lösningar som kanske inte har samma krav på livslängd som de stora satelliterna. Flera små satelliter ligger dessutom i lägre banor från jorden sett, vilket är mindre påfrestande för systemet.

Massminnet är en Sirius TCM.

I sin första Siriusgeneration använder ÅAC öppenkods-kärnan Openrisc i de två modulerna för datahantering. Den ena är en omborddator (OBC), den andra ett kombinerat massminne och radiokommunikationsgränssnitt (TCM).

Ytterligare ett sätt att pressa priset är företagets strategi att välja komponenter till sina system.

Datahanteringssystem som består av två omborddatorer och ett massminne.

Traditionellt använder rymdindustrin komponenter som är specialutvecklade för att tåla strålning. De tillverkas i låga volymer och är dyra.

Samtidigt finns det mängder av komponenter med hög kvalitet som slentrianmässigt väljs bort.

− Vårt sätt att testa och välja komponenter skiljer sig från hur man traditionellt gör för rymdtillämpningar. Vi testar elektronikkomponenter och väljer ut de som i sin grunddesign klarar strålning. På så sätt kan vi använda massproducerade kretsar.

Samtidigt är tillit en viktig ingrediens för att vinna rymdindustrins förtroende brett.

Här kommer Leon in.

Mats Thideman

− Nu byter vi processor till en väl beprövad processorkonstruktion som industrin är väl bekant med och litar på. Med bytet får vi in ännu högre tillförlitlighet i systemet, men också igenkänningsfaktorn, säger Mats Thideman, vd och finanschef på ÅAC.

Ursprungligen konstruerades Leon av en svensk, Jiri Gaisler, på uppdrag av ESA (European space agency). Det är en sparcprocessor, som även togs fram i en strålningstålig version. Till en början var det den enda syntetiserbara 32-bitarsprocessor som kan köras på en FPGA med rimliga prestanda.

Genom åren har Leon blivit i det närmaste vad man kan kalla en defacto-standard inom rymd.

Sandi Habinc

− Ja, jag kan inte gå in på speciella projekt men de flesta i USA som arbetar inom rymd använder Leon, även NASA. I Europa använder så gott som alla den, säger Sandi Habinc, vd på Cobham Gaisler som successivt utvecklar nya generationer av Leon i Göteborg.

Hittills har dock Leon främst gjort fotavtryck i stora satelliter.

− Mindre satelliter är en ny marknad för oss. Våra rymdkvalificerade kretsar anses vara för dyra för den här marknaden. Kretsarna som vi tillverkar, liksom annat med Leonteknik som finns tillgängligt i Europa och USA, är high-end-processorer som inte riktat sig mot mindre satelliter.

Sirus på G

Sirius ingår idag i fyra projekt. Det närmaste är In Orbit Demonstration, där den flyger för att verifiera att det fungerar i verklig strålningsmiljö. Satelliten ska sändas upp under andra kvartalet 2017, om allt går enligt plan. Nästa flygstart är med den svenska mikrosatellitplattformen InnoSat MATS. Planen är att den ska flyga under 2019. Därefter ska Sirius användas med nanosatelliten NAPA, som är ett försvarsprojekt, samt MaMMoTH som är en modul som ska kunna ta höghastighetstelemetri från ESA:s bärraket Ariane 5. ÅAC har även licensavtal med amerikansk York Space Systems, som ska använda Sirius i standardsatelliter.

Istället är det Leon i form av fullt konfigurerbara mjuka ip-kärnor implementerade i en lite enklare FPGA som banat väg för nya rymdtillämpningar.

Leon3 är en sådan arkitektur. Cobham Gaisler säljer den som egna processorer, men också ip. Varianten Leon3FT tillhandahåller feltolerans.

− Men slutlig feltolerans är en kombination av processorarkitektur och andra aspekter som kommer av kislet. Använder du Leon3FT i en FPGA som tål låga stråldoser hjälper det inte. I en annan implementation kan samma ip-kärna användas runt Jupiter, säger Sandi Habinc.

Leon3FT är processorkärnan som nu ska byta plats med Openrisc i FPGA:n, som är flashbaserad. Konfigurationsminnet är därmed immunt mot SEU (Single Event Upset), ett problem i rymden som uppstår på grund av den mer intensiva partikelstrålningen. Enligt ÅAC har den även visat sig tåla en tillräckligt stor total stråldos för att kunna användas i rymdtillämpningar.

Vad är en småsatellit?

Satelliter byggda av exempelvis ESA och NASA med höga krav, lång livslängd och svåra banor ingår inte i konceptet småsatellit. Småsatelliter ligger i en annan prisklass. De är också mindre och används i mindre utsatta miljöer vilket betyder att de kan vara mindre tillförlitliga, åtminstone på enhetsnivå.
Satellitföretaget OneWeb är ett kul exempel inom detta gebit. Företaget strategi är att bygga lätta kommunikationssatelliter med få komponenter som är enkla att tillverka och billiga att skjuta upp i rymden. Planen är att ha 648 operativa satelliter i rymden, men att skjuta upp runt 900 stycken. Då gör det inte så mycket om en fallerar, utan systemets tillförlitlighet bygger på redundans med många enheter.

Men ip-kärnan och FPGA:n är inte allt. För att ytterligare säkerställa process- och dataintegritet adderar ÅAC feldetektering och felkorriering (EDAC) samt TMR (Triple Modular Redundancy) som innebär att majoritersval avgör logiska funktioner i FPGA:n.

Uppdraget att stoppa in Leon i Sirius kommer från Rymdstyrelsen, som finansierar utvecklingsarbetet med två miljoner kronor.

Under de cirka nio månader som projektet väntas pågå ska den interna databussen Wishbone bytas mot AMBA. Likaså ska ett antal nya ip:n in. Det betyder även att nya drivrutiner ska skrivas mot operativsystemet RTEMS som används i de två datamodulerna.

Kick-off för projektet har precis hållits. Därmed drar ett intensivt arbete igång under cirka nio månader. Efter årsskiftet väntas den andra generationen av Sirius datahanteringsmoduler vara redo att tas i drift.

− Då kan vi gå mot lite större småsatelliter och högre bana. Modulerna blir mer tillförlitliga och de kan användas där tillgänglighet är mer kritiskt, säger Emil Vinterhav.

En typisk sådan tillämpning är kommunikationssatelliter i låg jordbana där man vill vara säker på att satelliterna kan garantera kontinuerligt fungerande kommunikationslänkar.

 

MER LÄSNING:
 
magasinet

230 elektronik­konsulter

Registrera ditt företag nu!
 
SENASTE KOMMENTARER
Kommentarer via Disqus

Vi gör Elektroniktidningen

Anne-Charlotte Sparrvik
Anne-Charlotte
Sparrvik
+46(0)734-171099 ac@etn.se
(sälj och marknads­föring)
Per Henricsson

Per
Henricsson
+46(0)734-171303 per@etn.se
(redaktion)

Anna Wennberg

Anna
Wennberg
+46(0)734-171311 anna@etn.se
(redaktion)

Jan Tångring

Jan
Tångring
+46(0)734-171309 jan@etn.se
(redaktion)