Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка бортового комплекса управления на базе технологии система на кристалле для цифровой платформы сверхмалого космического аппарата

Номер контракта: 14.574.21.0041

Руководитель: Антамошкин Александр Николаевич

Должность руководителя: профеесор кафедры системного анализа

Докладчик: Ханов Владислав Ханифович, доцент

Организация: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева"
Организация докладчика: федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М.Ф. Решетнева"

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
сверхмалые космические аппараты, бортовой комплекс управления, сложные функциональные блоки, система на кристалле, программируемые логические интегральные схемы

Цель проекта:
Проект решает проблему разработки новых научно-технических решений в области создания перспективной электронной компонентной базы для современной аппаратуры космического приборостроения. Конечной целью проекта является проектирование, изготовление и проведение функциональных испытаний экспериментального образца бортового комплекса управления, реализованного на базе технологии «система на кристалле» для сверхмалых космических аппаратов.

Основные планируемые результаты проекта:
В результате выполнения проекта разработаны технические решения для создания БКУ-СнК, разработан и изготовлен экспериментальный образец БКУ-СнК для СМКА класса CubeSat, проведены его функциональные испытания.
Большинство разработанных технических решений таких, как применение технологии система на кристалле, использование СнК-процессора LEON3, сетевой способ взаимодействия подсистем на основе технологии SpaceWire, модульно-стековая (пакетная) конструкция с использованием межплатных разъемных соединителей, метод инъектирования сбоев для тестирования сбоеустойчивости СнК-процессоров и ряд других используемых в проекте, являются новыми для отечественного электронного приборостроения и соответствуют мировому уровню.
Реализация проекта позволит создавать для СМКА бортовые комплексы управления, имеющие при минимальных массогабаритных показателях и низком энергопотреблении соответствующие мировому уровню для данного класса космических аппаратов технические характеристики такие, как реализуемый функционал, объем вычислительных ресурсов, скорость взаимодействия подсистем, надежность.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Экспериментальный образец БКУ-СнК использует в качестве основной электронной компонентной базы две ПЛИС типа FPGA: одна является цифровой, другая аналого-цифровой. В каждой FPGA располагается соответствующая часть БКУ. Взаимодействие между ними осуществляется с помощью сети SpaceWire. В аналого-цифровой FPGA расположены контроллер аналоговой подсистемы сбора данных и контроллер системы электропитания, а также двухпортовый маршрутизатор сети SpaceWire, обеспечивающий связь аналого-цифровой FPGA c цифровой FPGA и с командно-измерительной системой СМКА. Цифровая FPGA вмещает СнК-процессор LEON3, а также несколько сложно-функциональных блоков (СФ-блоков), обеспечивающих основной функционал БКУ-СнК, например, 5-портовый маршрутизатор для организации взаимодействия подсистем СМКА по сети SpaceWire.
В разработке использованы только открытые свободно распространяемые СФ-блоки, или СФ-блоки собственной разработки, например, контроллер RMAP, маршрутизатор SpaceWire, начальный загрузчик и ряд других. Все СФ-блоки разработаны на языке описания аппаратуры VHDL. После разработки, отладки и автономного тестирования разработанных СФ-блоков, была создана полная VHDL-модель БКУ-СнК. Для функциональной верификации модели было разработано тестовое программное обеспечение, состоящее из более 100 тестов. Для подтверждения результатов разработки разработана эскизная конструкторская документация и изготовлен экспериментальный образец БКУ-СнК. Для его функциональных испытаний использовано ранее разработанное тестовое программное обеспечение. Функциональные испытания подтвердили соответствии технических характеристик БКУ-СнК его модели и достижение требований ТЗ на ПНИ.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Создание малых и сверхмалых космических аппаратов является одним из приоритетных направлений развития отечественной космической промышленности. Данным направлением в настоящее время занимаются не только государственные компании, но и частные. В 2014 г. российские частные компании запустили первые отечественные частные малые космические аппараты. Высокий интерес к созданию малых и сверхмалых космических аппаратов проявляют российские вузы. Таким образом, в России складывается слой потребителей результатов проекта. Учитывая высокие технические характеристики при относительно невысокой стоимости перспективы практического внедрения результатов ПНИ можно оценивать как хорошие.
Используемые технические решения, отвечающие современному уровню разработки бортовых систем, апробированные в ходе экспериментальных исследований, окажут влияние на развитие электронного космического приборостроения аппаратуры для космических аппаратов тяжелых и средних классов. Это будет достигнуто путем представления результатов ПНИ на научно-технических конференциях и семинарах, а также с помощью прямых контактов с представителями предприятий космической промышленности.

Текущие результаты проекта:
В 2015 г. получены следующие результаты:
- разработан новый метод инъекции аппаратных ошибок во внутреннюю память СнК-процессоров, основанный на использовании встроенного в СнК-процессор СФ-блока инъектора сбоев, который обеспечивает задержку инъектирования на два порядка меньше по сравнению с аналогами.
- разработана отказоустойчивая версия сложно-функционального блока (СФ-блока) кодека SpaceWireLight, основанная на защите входных и
выходных FIFO-буферов контрольной суммой, при этом избыточность кодека увеличилась всего на 3 %;
разработана тестовое программное обеспечение бортового БКУ-СнК, состоящая более чем из 100
программных тестов, которое обеспечивает как функциональную верификацию компьютерной модели БКУ-СнК,
так и экспериментального образца БКУ-СнК;
разработана компьютерная модель БКУ-СнК для программируемой логической интегральной схемы типа
FPGA, использующая сетевой принцип взаимодействия с подсистемами СМКА; проведена ее функциональная
верификация;
- разработана эскизная конструкторская документация экспериментального образца БКУ-СнК;
- изготовлен экспериментальный образец БКУ-СнК габаритными размерами 95х95 мм;
проведены функциональные испытания экспериментального образца БКУ-СнК, подтвердившие достижение
всех требуемых характеристик Технического задания на ПНИ.

Результаты проекта опубликованы в 4 работах в изданиях индексируемых в базе данных Scopus.
По результатам исследований получено 1 авторское свидетельство на программу для ЭВМ,
зарегистрирована 1 заявка на полезную модель.
Проект представлен на 1 мероприятии по популяризации результатов ПНИ.
В конце декабря состоится защита кандидатской диссертации, основанной на результатах ПНИ.