Регистрация / Вход
Прислать материал

Исследование и разработка технологических решений в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем космического применения ( интегрированный борт )

Аннотация скачать
Постер скачать
Презентация скачать
Ключевые слова:
вычислительная система, аппаратура космического назначения, сложно-функциональные блоки.

Цель проекта:
1. Задачами ПНИ являются анализ архитектуры существующих бортовых вычислительных комплексов космических аппаратов, разработка концепции, архитектуры, сложно-функциональных блоков и программных средств для создания высокоинтегрированных вычислительных систем космического применения. 2. Целью проекта является разработка архитектурных, системных и технологических основ в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем, реализуемых на отечественной элементной базе, для применения в космических аппаратах с длительным сроком активного существования, а также разработка программно-технических решений в области специального программного обеспечения для проектирования сложно-функциональных блоков отечественных специализированных микросхем для бортовых вычислительных комплексов космических аппаратов.

Основные планируемые результаты проекта:
Основные планируемые результаты:
1. Архитектурные, конструктивные и технологические основы для разработки высокоинтегрированных вычислительных систем, применяемых в космических аппаратах с длительным сроком активного существования в составе:
- архитектурные и системные решения по построению бортового вычислительного комплекса космического аппарата (далее - БВК КА);
- системные решения по определению необходимого и достаточного состава специализированных микросхем для создания БВК КА;
- конструктивно-технологические решения для реализации специализированных микросхем БВК КА;
- схемотехнические решения по определению состава СФ-блоков для создания специализированных микросхем БВК КА;
- программно-технические решения в области разработки СФ-блоков специализированных микросхем БВК КА;
- макет бортового вычислительного комплекса космического аппарата (БВК КА).
- экспериментальный образец программного обеспечения для создания СФ-блоков специализированных микросхем БВК КА;
- предложения и рекомендации по использованию результатов проведённой ПНИ в реальном секторе экономики;
- проект перечня нормативных документов по процедуре разработки СФ-блоков и специализированных микросхем с использованием СФ-блоков;
- проект технического задания на проведение ОКР по теме «Разработка специализированных микросхем типа «система на кристалле» для реализации типовых архитектурных решений БВК КА».
2. Основные характеристики планируемых результатов:
БВК КА должен иметь срок активного существования не менее 10-15 лет со следующими характеристиками стойкости к факторам космического пространства:
1) накопленная доза - 100 крад;
2) уровень бессбойной работы по катастрофическим отказам -40 МэВ-см2/мг.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
1. В ходе выполнения ПНИ должен быть изготовлен макет БВК, разработана программа и методики экспериментальных исследований макета БВК, проведены экспериментальные исследования макета БВК.
2. Оценка элементов новизны.
Исследования направлены на разработку нового поколения бортовой аппаратуры вычислительных комплексов космических аппаратов (КА) на основе стандарта построения бортовой аппаратуры – SpaceWire. Отечественных аналогов разрабатываемой высокоинтегрированной вычислительной системы для применения в космических аппаратах с длительным сроком активного существования нет.
3. Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющих мировой уровень.
Исследования выполняются на основе стандарта построения бортовой аппаратуры – SpaceWire, который создается в рамках международной кооперации и внедряется в космические аппараты Роскосмоса. Вместе с Федеральным Космическим Агентством в разработке данного стандарта участвуют национальные агентства ESA, NASA, JAXA и многие промышленные компании всего мира. Стандарт SpaceWire (ECSS-E-50-12A “SpaceWire – Links, nodes, routers and networks”) разработан в 2003 г. под эгидой Европейского центра космических исследований и технологий (ESTEC) ESA, как системообразующая технология комплексирования бортового оборудования. Разработка соответствует мировому уровню, направлена на решение проблемы импортозамещения в части наиболее распространённых типов микросхем FPGA.
4. Архитектура БВК строится с применением специализированных микросхем на основе базовых кристаллов с технологическими нормами 0,18 мкм с применением современного стандарта построения бортовой аппаратуры SpaceWire.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
1. Областью применения высокоинтегрированных вычислительных систем является создание аппаратуры управления ракетно-космическими комплексами нового поколения.
2. Специализированные микросхемы типа «система на кристалле» для реализации типовых архитектурных решений БВК и базового состава СФ-блоков позволят создать отечественные конкурентоспособные БВК для применения в космических аппаратах с длительным сроком активного существования.
3. Результаты ПНИ направлены на решение проблемы импортозамещения в части наиболее распространённых типов микросхем FPGA; планируется использование библиотеки СФ-блоков, а также программных средств их проектирования при создании специализированных микросхем для аппаратуры космического назначения на предприятиях, осуществляющих выпуск аппаратуры космических аппаратов, таких как: АО «НИИ «Субмикрон» ОАО «Корпорация «Комета», ФГУП «МОКБ «Марс», АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М.Ф. Решетнева», ОАО «РКС».
4. Результаты ПНИ обеспечат повышение конкурентных позиций отечественных производителей. Рынок сбыта – высоконадёжные, сбое- и
отказоустойчивые бортовые вычислительные системы, работающие в масштабе жесткого реального времени в составе всех производимых и разрабатываемых космических аппаратов как в РФ, так и за рубежом. Также БВК может быть применён в составе ракет-носителей космических аппаратов. Унификация БВК на основе технологии SpaceWire позволяет использовать его в рамках международной кооперации. Спрос рынка на рассматриваемый БВК обусловлен общемировой тенденцией построения единой бортовой вычислительной среды на основе сетевой технологии SpaceWire. Высокая степень унификации БВК позволяет использовать его в большинстве заграничных КА, но из-за сильного протекционизма резидентов выход на этот рынок сильно затруднён. Сегменты рынка, где востребованы БВК: пилотируемый космос, автоматические космические аппараты, ракеты-носители.

Текущие результаты проекта:
В настоящее время выполняются работы 3-го этапа ПНИ "Теоретические исследования (2 очередь)".
По состоянию на ноябрь 2015 года:
- осуществлен выбор направления исследований в области создания высокоинтегрированных вычислительных систем космического применения;
- выполнен аналитический обзор научных и информационных источников, затрагивающих научно-техническую задачу, исследуемую в рамках ПНИ;
- проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96, подготовлен отчет о патентных исследованиях.
- определён состав специализированных м/сх и базовый состав библиотеки СФ-блоков с требованиями к ним, в том числе требования общие, к разработке подсхем, асинхронных схем, комбинационных схем, к применению триггеров,к согласованию синхронных и асинхронных сигналов, к тестированию.
- разработаны конструктивно-технологические решения для реализации специализированных м/сх БВК КА:
- рассмотрены особенности БМК, преимущества БК, обоснован выбор технологии изготовления, проведён анализ и осуществлён выбор корпусов для реализации м/сх;
- проработаны схемотехнические решения по созданию СФ-блоков для создания специализированных м/сх БВК КА, в том числе: СФ-блока двухпортового ОЗУ; СФ-блока ПЗУ; интерфейсных СФ-блоков (интерфейса магистрального последовательного и интерфейса SpiceWire EcSS-E_ST-50-12C);
- разработаны программно-технические решения в области разработки СФ-блоков специализированных м/сх БВК КА в виде ЭО ПО.
- разработана эскизная техническая документация в соответствии с требованиями ТЗ, а именно: разработаны электрические принципиальные схемы: СФ-блока двухпортового ОЗУ; интерфейса SpiceWire EcSS-E_ST-50-12C;
- разработаны экспериментальные образцы специализированных микросхем БВК КА на базовых кристаллах серии 5521.
- разработана оснастка для комплектования стенда для измерения ЭО СБИС.