Проектирование бортового комплекса управления для сверхмалых космических аппаратов на базе однокристальной ПЛИС

Космическое электронное приборостроение

УДК 629.78

Д. В. Малыгин

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д. Ф. Устинова Международный научно-образовательный центр БГТУ-ФЕСТО «Синергия» Лаборатория проектирования малых космических аппаратов «Астрономикон»,

Россия, Санкт-Петербург

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БОРТОВОГО КОМПЛЕКСА УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ СВЕРХМАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ НА БАЗЕ ОДНОКРИСТАЛЬНОЙ ПЛИС

Рассмотрена технология организации бортового комплекса управления сверхмалых космических аппаратов различного назначения с применением архитектуры однокристальной программируемой логической интегральной схемы.

Нулевые ознаменовались распространением таких классов космических аппаратов, как нано- и пикос-путники (сверхмалые космические аппараты - СМКА). Появление данного типа космических объектов обусловлено в первую очередь развитием научно-технического прогресса. Анализируя эволюцию космических систем, легко выявить, что благодаря развитию таких областей науки и техники, как мехатроника, нано и оптроника, кибернетика и МЕМС технологии происходит ежегодное увеличение количества СМКА. Построение таких систем могут вести небольшие группы исследователей и молодых ученых.

Важно отметить такой проект, как универсальная платформа «Синергия» блочно-модульного исполнения. СМКА, построенный на базе такой платформы, способен адаптироваться под любую полезную нагрузку клиента. Концепция, заложенная в платформу «Синергия» [1], четко указывает на то, что СМКА строится из универсальных, взаимозаменяемых отсеков (модулей) как служебных систем, так и полезной нагрузки [2].

Класс СМКА проектируется по схожей архитектуре с большими космическими аппаратами, однако важно понимать, что в данном случае применяются иные технологии: МЕМС-датчики, МЕМС-гироскопы, т. е. повсеместная миниатюризация на всех уровнях данной технической системы.

Однако, как и любое роботизированное устройство, автоматическая космическая станция должна иметь в составе служебных систем многофункциональную бортовую микроЭВМ. Разнообразие современной элементной базы позволяет спроектировать и промышленно выпустить такую подсистему [3].

Программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) - электронный компонент, используемый для создания цифровых интегральных схем. В отличие от обычных цифровых микросхем логика работы ПЛИС не определяется при изготовлении, а задается посредством программирования (проектирования) [4]. Для программирования используются программаторы и отладочные среды, позволяющие задать желаемую структуру цифрового устройства в виде принципиальной электрической схемы или программы на специальных языках описания аппаратуры: Уей^, УИБЬ, ДЫБЬ и др.

Отличительными особенностями являются:

- внутренние буфера с возможностью переключения в высокоомное состояние, позволяющие организовать системные двунаправленные шины;

- индивидуальный контроль высокоомного состояния и времени нарастания фронта выходного сигнала по каждому внешнему выводу;

- наличие общего сброса/установки всех триггеров ПЛИС;

- множество глобальных линий с низкими задержками распространения сигнала;

- наличие внутреннего распределенного ОЗУ, реализующегося посредством тех же ЬиТ-таблиц;

- наличие внутреннего блочного ОЗУ, один блок имеет емкость 4 или 18 кбит в зависимости от семейства;

- наличие встроенных блоков умножителей 18*18;

- наличие встроенных блоков Б8Р-48;

- наличие встроенных блоков процессоров PowerPC-405;

- наличие высокоскоростных последовательных приемопередатчиков - МвТ со скоростью передачи данных 11 Гбит/с.

Инфраструктура реализуемой системы на базе ПЛИС

Функции реализуемой инфраструктуры (см. рисунок):

- дешифровка содержания РК;

- хранение и инициализация ВП;

- выдача команд управления на ИУ;

(Решетневскце чтения

- выдача КРЛ квитанций ОС;

- опрос датчиков и запись ТМ в ЗУ;

- хранение и сжатие данных ТМ и ЦИ;

- выдача в КРЛ ТМ и ЦИ по запросу;

- анализ исправности подсистем СМКА;

- парирование нештатных ситуаций;

- решение навигационных задач. Подсистемы реализуемой инфраструктуры:

- CPU и сопроцессор - конечные автоматы, в дальнейшем нейросети;

- интерфейсные контроллеры - готовые IP-блоки;

- таймеры и генераторы - аппаратные части ПЛИС;

- оперативная память - аппаратная часть ПЛИС.

Библиографические ссылки

1. Малыгин Д. В. Универсальная платформа «Синергия» блочно-модульного исполнения // Решетневские чтения : материалы XV Междунар. науч. конф. / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2011. С. 377-378.

2. Малыгин Д. В. Универсальная платформа сверхмалого космического аппарата // Материалы V Всерос. форума студентов, аспирантов и молодых ученых. С. 38-40.

3. Quigley M, Berger E. // A. Y. Ng. STAIR: Hardware and Software Architecture // AAAI 2007 Robotics Workshop. Vancouver. August, 2007.

4. Towards a personal robotics development platform: Rationale and design of an intrinsically safe personal robot / K. Wyobek, E. Berger, H. V. Loos, K. Salisbury // Proc. of the IEEE Intl. Conf. on Robotics and Automation (ICRA). 2008.

D. V. Malygin

Nano satellite design laboratory «Astronomikon», Russia, Saint Petersburg

DESIGN BOARD CONTROL SYSTEM OF EXTRASMALL SATELLITE BASED ON SINGLE-CHIP FPGA

The paper considers a description of design technology onboard control complex extrasmall satellites for different applying with the use of single-chip FPGA architecture.

© MajrnraH fl. B., 2012

УДК 629.78.051.017.1

Р. А. Матюшев, В. Е. Патраев

ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», Россия, Железногорск

МЕТОДЫ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОРАДИОИЗДЕЛИЙ, ПРИМЕНЯЕМЫХ В БОРТОВОЙ АППАРАТУРЕ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ ДЛИТЕЛЬНОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЗАРУБЕЖНЫХ СТРАН

Проведен анализ зарубежной документации в части состава проводимых отбраковочных и квалификационных испытаний ЭРИ ИП.

Существенное технологическое отставание в отечественном производстве электрорадиоизделий (ЭРИ) вынуждает отечественные предприятия, занимающиеся изготовлением современных и перспективных отечественных космических аппаратов со сроком активного существования (САС) космического аппарата (КА) 15 и более лет, использовать ЭРИ иностранного производства (ИП) [1].

В настоящее время доля ЭРИ ИП в аппаратуре преобладает и зависит от типа и назначения КА. Например, в КА коммерческого назначения она достигает 80 %.

В связи с этим анализ основных этапов производства ЭРИ ИП является важным фактором для обеспечения надежности отечественной бортовой аппаратуры (БА). Под обеспечением надежности БА понимается совокупность координируемых действий, яв-

ляющихся частью системы управления надежностью и ориентируемых на достижение, поддержание и подтверждение требуемых уровней надежности.

Рассмотрим структуру иностранной документации и структуры, осуществляющие создание и контроль соблюдения документации (см. рисунок).

Исходя из рассмотрения структуры можно сделать вывод, что наиболее информативными являются общие спецификации, которые определяют уровни качества, объем и условия методов испытаний (из серии МГЬ^ТБ-).

Общая спецификация [2] на монолитные интегральные микросхемы М1Е-РКР-38535 определяет следующие классы (уровни качества): М, N р, V, Т.

Класс N ЭРИ ИП загерметизированные в пластик. Отвечает всем требованиям общей спецификации (предъявляющей специальные требования к ЭРИ ИП, загерметизированным в пластмассу).