Ist der Pi wirklich weltraumtauglich?

Die meisten CubeSats sind Studentenprojekte, die sie höchstens für ein paar Monate haben wollen. Abgesehen davon wäre der Pi wahrscheinlich sehr anfällig für Single Event Upsets, SEUs, und könnte daher einige ernsthafte Probleme haben. Es ist kostengünstig und würde in das Raumschiff passen, mit ein wenig Abschirmung könnte es in Ordnung sein, aber nur für ein paar Monate für einen Build von geringer Bedeutung. Unterm Strich könnte es für ein Studentenprojekt funktionieren, aber ich möchte nicht, dass es der Flugcomputer von irgendetwas Wichtigem ist!

Es ist erwähnenswert, dass ein Mobiltelefon als Flugcomputer für einen Cubesat verwendet wurde. Dieser Sat war als PhoneSat bekannt. Diese sind in Bezug auf SEU und Strahlungsgefahr mit dem Pi vergleichbar. Sie haben tatsächlich für einige Zeit gearbeitet. Ich habe keine große Quelle gefunden, aber die Lebensdauer betrug ungefähr eine Woche für jeden der 5 gestarteten PhoneSat. Die ersten 2 hatten nur Batterien, die letzten 3 hatten auch Solarstrom. Sie wurden absichtlich in Umlaufbahnen platziert, die sie nur für ein paar Wochen am Laufen halten würden, aber ich kann keine gemeldeten Probleme finden.

Kleine Anmerkung, es könnte besser sein, einen Arduino als einen Pi für die Raumfahrt zu verwenden, da der Arduino etwas besser für integrierte Elektronik ist. Pi funktioniert hervorragend, wenn Sie Zugriff auf einen Videoanschluss haben, aber der Platz ist weit weg, die Chancen, ein HDMI-Kabel auf diesem Weg zu bekommen, sind ziemlich gering;-) Aber es könnte andere Vorteile für den Pi geben. Denken Sie zumindest bei der Entscheidung daran.

Soweit ich mich erinnere, bietet weltraumtaugliche Elektronik normalerweise eine Möglichkeit, sich von einer Katastrophe zu erholen, ECC-Speicher, redundante Systeme, redundante Kommunikation, eine Form der Strahlungshärtung und kann Temperaturschwankungen bewältigen. Im Grunde so zuverlässig, wie sie es machen können.

Die Verwendung von strahlungsfesten Computerprozessoren ist der traditionelle Ansatz. Dies führt zu einem Avioniksystem, das ziemlich massiv und sperrig, sehr teuer und (nach modernen Standards) sehr, sehr langsam ist. Ihre Verwendung ist nicht vorgeschrieben, selbst für von Menschen bewertete Systeme. SpaceX verwendet beispielsweise keine strahlungsfesten Prozessoren in seinem Dragon-Fahrzeug. Was für von Menschen bewertete Systeme vorgeschrieben ist, ist der Nachweis, dass das Avioniksystem strahlungstolerant ist.

CubeSats sind in der Regel kostengünstige Schulprojekte, die nicht lange halten sollen. Ein strahlungsgehärteter Prozessor im Wert von 250.000 US-Dollar ist etwa das Doppelte des Budgets für ein typisches CubeSat-Projektbudget, einschließlich Start. Das Zusammenschalten von ein paar 35 -Dollar- Pis für Redundanz wäre gut im Budget und wäre ein großartiges Studentenprojekt.

Im niedrigen Orbit ist das Magnetfeld der Erde ein wirksamer Schutzschild gegen Sonnenstrahlung. Es fegt die Strahlung auf und fängt sie in Bereichen ein, die als Van-Allen-Gürtel bekannt sind. Wir vermeiden es, Raumfahrzeuge oder Menschen dorthin zu bringen ... Ein Teil des Gürtels taucht in niedrige Umlaufbahnhöhen ein und verursacht manchmal Probleme. Das ist der größte Teil des Strahlungsflusses, um den Sie sich kümmern müssen, und Sie können ihn als zusätzliche Vorsichtsmaßnahme abschirmen. Stellen Sie sich kein Blei vor. Kunststoff wird verwendet. Blei funktioniert bei dieser Art von Strahlung nicht (oder besser gesagt, es macht es sogar noch schlimmer).

Kosmische Strahlung ist problematischer. Sie machen einen viel kleineren Teil der Strahlung im Weltraum aus. Dazu gehört auch die gesamte Strahlung, die nicht von unserer Sonne kommt. Das Magnetfeld der Erde bietet gegen die meisten davon keinen Schutz. Die 50 Meilen unserer Atmosphäre schirmen uns von ungefähr 90% davon ab. In Raumfahrzeugen gibt es keine praktische Abschirmung dagegen. Elektronische Geräte sind so konzipiert, dass sie das unberechenbare Verhalten, das kosmische Strahlen verursachen können, akzeptieren oder korrigieren. Aber selbst ein Gerät wie der Raspberry Pi, das ohne viel Fehlertoleranz gebaut wurde, kann einige Tage oder Wochen laufen, bevor ein kritisches Bit umgedreht wird, das dazu führt, dass die CPU blockiert. Ich gehe davon aus, dass der Mission Controller die Möglichkeit hat, das Gerät aus der Ferne zurückzusetzen. Eine andere einfache Lösung wäre, eine separate Watchdog-Schaltung zu haben, die die Platine einfach einmal pro Stunde zurücksetzt, es sei denn, sie erhält ein Signal, um ein Zurücksetzen zu verhindern.

Das Silicon Valley ist in die Raumfahrtindustrie vorgedrungen und bringt eine neue Philosophie in den Bereich.

Der Schwerpunkt liegt auf schneller Entwicklungszeit, nicht auf Zuverlässigkeit. Die Kosten für den Ersatz eines relativ billigen Cube-Sats sind es wert, schnell Prototypen zu erstellen, zu testen und mit der nächsten Iteration des Produkts fortzufahren.

Die Mentalität ist sehr stark „Build it, fly it, test it, repeat“

Die meisten Unternehmen, die in diesem Bereich tätig sind, erwarten, dass ihre Satelliten nur ein paar Jahre halten, und planen, dies zahlenmäßig auszugleichen.