Перспективные бортовые компьютеры отечественных космических аппаратов

В современном мире для человека не являются чуждыми и непонятными такие слова, как «космос», «спутник», «космический аппарат». Начиная с середины XX века между мировыми державами проходит гонка за освоение космического пространства и открытие новых возможностей использования этого холодного безвоздушного неба над нами. И наша страна достигла немалых успехов в этом деле.

Масштабное производство автоматических космических аппаратов и спутников Земли и их компонент развернуто на площадях предприятий госкорпорации Роскосмос. Высокая потребность в таких масштабах объясняется условиями эксплуатации изделий. Космический аппарат после того, как он оказался на орбите Земли, не «починишь», не заменишь отказавшую деталь, и космос – среда достаточно «враждебная». В связи с чем к сложному оборудованию спутников предъявляются повышенные требования надежности. Ведь современные космические аппараты функционируют на орбите Земли 10, 15, а то и более лет.

Аппаратура спутника должна успешно функционировать в условиях вибрации и перегрузок во время выведения его на орбиту, в условиях влажности и температуры эксплуатации (а в космосе температурный диапазон широк: от -50°С до +50°С). Не нужно также забывать об условиях полного вакуума космического пространства.

Немаловажным фактором является радиационная стойкость: стабильность параметров приборов по мере медленного набора суммарной дозы облучения и стойкость к воздействию тяжелых заряженных частиц.

Современный космический аппарат имеет негерметичный корпус, т.е. вся «начинка» спутника подвешена на раме и находится в открытом космосе. Уход от герметичного корпуса спутника, когда он представлял собой бочку, наполненную газом, который утекал во время пробоя корпуса, был большим шагом в развитии российского спутникостроения. Предлагается рассмотреть развитие такой аппаратуры космических аппаратов, как бортовой цифровой вычислительный комплекс, или по-другому бортовой компьютер.

Бортовой компьютер предназначен для управления вычислительными процессами между модулями, обработки телеметрической информации (информации о состоянии) аппарата и координации работы модулей космического аппарата.

В бортовых компьютерах многих российских аппаратов, к примеру в системе ГЛОНАСС, в настоящее время используются бортовые компьютеры, имеющие основные характеристики, приведенные в таблице 1.

Таблица 1.

Основные характеристики бортовых компьютеров системы ГЛОНАСС

Создание перспективных платформ космических аппаратов требует либо модернизации имеющейся аппаратуры, либо создания абсолютно нового оборудования, отвечающего всем требованиям надежности к аппаратуре «для космоса».

В настоящее время имеются модификации бортовых компьютеров на базе процессоров с архитектурой LEON4 Spark V8 фирмы Atmel (USA) и архитектурой PowerPC фирмы IBM (USA), разрешенных к поставке в Россию. Сравнительная таблица вышеуказанных процессоров представлена ниже (таблица 2).

Таблица 2.

Модификации бортовых компьютеров на базе процессоров с архитектурой LEON4 Spark V8

По итогам сравнительного анализа видно, что оба комплекса вполне конкурентоспособны и устраивают разработчиков космической техники по показателям стойкости к внешним воздействиям (имеют соответствующие документы качества). Помимо того, что для защиты микросхем и печатных плат применены различные схемотехнические решения, бортовые компьютеры обеспечивают сбоеустойчивость за счёт модульного резервирования внутренних логических узлов. Т.е. помимо основных комплектов, имеются резервные, выполняющие абсолютно те же функции. Механизм реконфигурации заложен в логике работы прибора и выполняется автоматически.

Хотелось бы акцентировать внимание на требовании к технике, про которое не было сказано в начале статьи. Нужно понимать, что чем больше вес спутника, тем мощнее должны быть средства его выведения на орбиту Земли, а именно ракета-носитель и разгонный блок. Соответственно, с весом растет и стоимость запуска ракеты. В этой связи наряду с требованиями надежности, сбоеустойчивости к приборам предъявляются требования к минимизации массогабаритных характеристик.

Как известно, интегральные микросхемы для военного и космического применения в России не выпускает ни одно предприятие. Но в постоянно меняющихся условиях на политической арене возникла острая потребность развивать отечественную микроэлектронику. В настоящее время предприятиями РФ ведутся опытно-конструкторские работы по разработке радиационностойких малогабаритных программируемых логических интегральных схем, схем высокой степени интеграции и одновременно имеющих малые размеры.

Будем надеяться, что не за горами тот день, когда Россия не будет зависеть от импортных поставок компонент и в то же время будет оставаться лидером в космической отрасли промышленности.