Handelsübliche Einplatinencomputer (SBCs)

Angenommen, ein Nanosatellit wird mit mehreren handelsüblichen SBCs hergestellt, die zusammenarbeiten. Und wir entwerfen es so, dass es eine Ausgabe basierend auf dem Mehrheitswahlalgorithmus liefert. Mir sind Einzelereignisse und hochenergetische Partikel bekannt, die Schaltkreise von nicht strahlungsfesten Geräten zerstören können. Wie zuverlässig wäre ein solches Design im Vergleich zu einem Single-Flight-Grade-Board?

Mir gefällt, wohin Sie damit gehen, aber ich denke, die Frage ist zu weit gefasst, um sie genau zu beantworten. Die Zuverlässigkeit, die durch redundante Abstimmungshardware hinzugefügt wird, hängt von vielen Dingen ab - wenn ein Board eine Störung hat, wird es als tot angesehen oder kann es möglicherweise wiederhergestellt werden? Wie lange braucht es, um sich zu erholen? Führen alle Boards identischen Code aus und sind sie daher anfällig dafür, dass alle aufgrund desselben Fehlers ausfallen?
Mich interessiert nur, wie sich der Raum auf die kommerziellen Boards auswirkt. Mit anderen Worten, kann ein cleveres Softwaredesign das Problem umgehen?
YSDYAs, sonst weiß niemand, was sie sind.
Was meinst du mit YSDYA?
Sie sollten Ihre Akronyme definieren.
Die verfügbare elektrische Leistung in einem Nanosatelliten ist sehr begrenzt. Glauben Sie, dass die Leistung für drei oder mehr kommerzielle SBCs ausreicht? SBCs in Industriequalität sind möglicherweise besser für die Temperatur in einem Nanosatelliten geeignet.
Ich verstehe das. Aber Boards wie Pi Zero können etwa 200 mA aufnehmen. 600 mA sind also erschwinglich, denke ich bei 3,3 V. Natürlich werden diese Boards konform beschichtet und vor dem Fliegen wird das Board konditioniert. Aber die Frage ist, werden sie den Weltraum überleben? Vakuum ? wie viel Strahlung? Wie viel Leben können wir erwarten? Die Gründe, warum nicht geflogen werden sollte, sind mir bekannt. Ich möchte wissen, was getan werden kann, damit es fliegt. Und irgendwo im Kommentar heißt es, dass Boards 1% der Kosten kosten. Wahr für große Sats, nicht für Cubesats. Frage ist es möglich, dass sie fliegen, oder wenn es DEFINITIV unmöglich ist, warum ist es so?
Erster Rat: KEINE SD-KARTE. Oder allgemein jeder abnehmbare Speicher. Das Board sollte mit On-Board-Flash betrieben werden, vorzugsweise im selben Chip wie die CPU (Single-Chip-Computer). Handelsübliche SD-Karten (plus Kartenhalter) sind der Hauptfehlerpunkt; Ausreichend fortschrittliche SD-Karten in Industriequalität kosten mehr als Ihr SBC, und der Kartenhalter bleibt immer noch ein schlechter Fehlerpunkt.
@Prakhar: Der Start von 1U CubeSat liegt bei etwa 10.000 US- Dollar. Ein Industrie-SBC von anständiger Qualität kostet 100 US-Dollar . Sieht für mich nach 1% aus. Und wenn Sie stattdessen 3 RPi0s einsparen und laden und das BGA aufgrund der thermischen Belastung aller 3 von der Leiterplatte abreißt, wenn sich der CubeSat von der Nachtseite ins Tageslicht bewegt, haben Sie gerade 10.000 US- Dollar aufgrund von 95 US- Dollar Einsparungen verloren.

Antworten (2)

Für den einfachen Abstimmungsalgorithmus benötigen Sie 1 Board, um eine nicht verifizierte Kontrolle zu generieren (Standard), 2 Boards, um zu verifizieren, dass die Kontrolle korrekt ist (aber bieten Sie kein Backup an, wenn dies nicht der Fall ist; Sie können nicht sagen, welche der beiden nicht übereinstimmenden Stimmen richtig ist). und 3 Boards, um die erste Redundanzebene zu bieten.

Das 2-Board-Szenario verdoppelt die Ausfallwahrscheinlichkeit; im 3-Board-Szenario (beliebig) müssen 2 von 3 ausfallen. Also wenn p ist die Wahrscheinlichkeit, dass ein einzelnes Brett ausfällt n Platinen ausfallen, ist die Wahrscheinlichkeit eines Systemausfalls in Ordnung p n − 1 .

Da andere Fehlerarten - wie Softwarefehler, die wiederholt denselben Fehler auf allen Platinen verursachen, oder koronale Massenauswürfe, die alle Platinen braten - wahrscheinlicher sind, macht es nicht viel Sinn, weit über 3-4 Platinen hinauszugehen.

Danke für die Antwort. Ich verstehe. Ich habe irgendwo gelesen, dass sie das Rechenmodul von Raspberry Pi in einem Nanosatelliten gestartet haben. Fragt sich nur, wie gut das ist.
@Prakhar: Aufgrund meiner beruflichen Erfahrungen mit RPi glaube ich nicht, dass es gut ist. Wir haben mit einer Firma zusammengearbeitet, die eine RPi-basierte Maschinenüberwachungslösung für den Einsatz in der Bergbauindustrie entwickelt hat, und es war ein schrecklicher Misserfolg. Diese Geräte sind für Heim-/Bürobedingungen gedacht. Keine Sorge, mehr als 500 mA Stromverbrauch, was für diese Art von Anwendung hoffnungslos übertrieben ist. Das Dreifache? äh. Einfach schrecklich.
Ich verstehe, ich schätze, es ist ein Muss für einen Nanosatelliten, bei mindestens einer Platine in Industriequalität zu bleiben. Ich hätte nie gedacht, dass rpi so unzuverlässig ist, möchten Sie den genauen Grund für das Versagen in Ihrer Anwendung wissen?
@Prakhar: Wenn man bedenkt, dass das Board wahrscheinlich weniger als 1% der Kosten ausmachen wird, macht es keinen Sinn, daran zu sparen. In meinem Fall - elektromagnetisches Rauschen, Vibration (Stecker sind nicht dafür gemacht), Staub, Feuchtigkeit (wieder Stecker - hauptsächlich SD!) und Economy-Class-Elektronik (definitiv keine Industriestandard-Fehlerrate). Die Herausforderungen für einen Cubesat werden etwas anders sein, aber definitiv vorhanden sein. (Strahlung, unzuverlässige Stromversorgung, Temperaturschwankungen, große Beschleunigungen beim Start). Vergessen Sie nicht, dass die Multimedia-Funktionen in diesen Anwendungen völlig nutzlos sind und nur Fehlerpunkte und Stromverbrauch hinzufügen.
Das Hauptproblem bei RPis für Weltraumanwendungen besteht darin, dass sie keinen fehlerkorrigierenden Codespeicher haben. Bei meinem vorherigen Arbeitgeber half ich beim Aufbau eines RPi-basierten Systems, das wir in die Flammen schickten. Einer unserer Kunden befasste sich mit Ölbohrlöchern. Einer ihrer Kunden hatte einen Blowout, und wir sagten, geben Sie uns die Chance, zu sehen, was darin vor sich geht. Wir hatten nur Tage Zeit, um ein Gerät zu bauen, das buchstäblich in die Flammen geschickt werden würde, um die Bedingungen innerhalb des Ausbruchs zu messen. Unser Gerät zeichnete erfasste Daten auf einem USB-Stick auf. Es kam ölig aus den Flammen heraus, aber die Daten waren noch da.

Ich vermute, die Antwort hängt von der Mission ab und davon, wie kritisch die Prozessoren oder ihre kollektive Reaktion auf die Mission sind. Auf jeden Fall glaube ich, dass wir keine Flugdaten haben, um eine solide Antwort zu geben.

Ich habe davon gehört, dass Raspberry Pi im Weltraum geflogen oder vorgeschlagen wird. Ich habe noch nie davon gehört, dass sie als Cluster genutzt werden.

Ein zuverlässigerer SBC für den Flug könnte der BeagleBone Black sein. Es hat auch analoge Optionen und Echtzeitunterstützung, die das RPi anscheinend nicht hat, und ist erheblich robuster. (Andererseits wird das RPi von vielen als eine bessere Streaming-Multimedia-Maschine angesehen.) Wie in anderen Beiträgen erwähnt, könnte jedoch der Stromverbrauch ein Problem sein. Es wird in Raketen- und kleinen UAV-Designs verwendet, bei denen die Stromversorgungsdauer relativ kurz ist. Man kann sich vorstellen, mehrere BeagleBone-Maschinen zusammenzufassen, um die Zuverlässigkeit zu verbessern. Aber bisher habe ich noch nichts von solch einem konkreten Einsatz gehört.

Es gibt ein Projekt aus dem Jahr 2013, um einen "zuverlässigen Multiprozessor" (DM) zu entwickeln, der mehrere kommerzielle Standardplatinen (COTS) enthält. In diesem Fall handelt es sich bei den Platinen um mehrere Gumstix-SBCs. Dies war ein gemeinsames Projekt von Honeywell und der Morehead State University (MSU) in Kentucky. (Es scheint ziemlich viel CubeSat-Aktivität in Morehead State zu geben; wenn Sie nachverfolgen, wo die Urheber des CubeSat-Konzepts sind, werden Sie wissen, warum.) Das DM-Projekt wurde auf der SmallSat-Konferenz 2013 vorgestellt. Es gibt einige Prototyp-Hardware; Ich weiß nicht, ob es schon geflogen ist.

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