Computadora a bordo, o quién comanda a una nave espacial.

En las diversas naves que orbitan a la tierra, o que efectúan misiones de exploración o investigación mas allá, los científicos han requerido que dichas naves efectúen maniobras de estabilización, orientación de antenas, encendido de instrumentación y ejecución de muchas órdenes de diversa índole, y en muchos de los casos de manera autónoma, como en los satélites. El componente que se encarga de todo lo anterior es la computadora a bordo (OBC – On Board Computer).

La tecnología que se requiere en el espacio ha mantenido básicamente los mismos argumentos condicionantes, debido a las temperaturas, radiación y distancias que influyen directamente en las misiones, así como la energía requerida, la espectativa de duración e incluso la masa y volumen de la nave. El diseño de la computadora también debe considerar estos factores.

En un recuento de los chips utilizados a lo largo del tiempo por diversas naves espaciales, es notorio el crecimiento en las capacidades de los mismos. La unidad central de procesamiento, mejor conocida por CPU (Central Process Unit) integró en una sola placa a los diversos chips que se utilizaron en las primeras misiones, con lo que el concepto de computadora se fue precisando.

Con la finalidad de reducir tiempos y costos, la CPU (y también otros componentes) se fue derivando paulatinamente de opciones existentes en el mercado, a las que se le adicionaron las adecuaciones de seguridad requeridas en el espacio, en un concepto conocido como COTS (Comercial Off The Shelf).

Eventualmente, los mismos fabricantes han diseñado versiones de sus procesadores comerciales con características que les permiten ser opciones para misiones espaciales. Entre ellas, las mas importantes son: Un sistema operativo en tiempo real (RTOS – Real Time Operating System), bajo consumo de energía, operación en un amplio rango de temperaturas, vigilante del temporizador e interfaces tanto para circuitos integrados como para propósitos generales.

Considero al RTOS como una evolución de ensamblador, ya que es el conjunto breve de instrucciones bajo las cuales opera, con latencias mínimas de interrupción y de conmutación; normalmente se programa mediante lenguaje “C”, aunque también hay versiones para lenguaje ADA. La CPU con RTOS no significa que únicamente se utilice para misiones espaciales. Por ejemplo, los teléfonos celulares los utilizan. Me parece que los dos mas utilizados en microsatélites son el TRON (y sus variantes) y el VxWorks.

El consumo es crucial. Toda nave espacial debe tener una forma de recolectar y almacenar energía. Aún cuando la misión pueda recibir energía a partir del Sol, si se encuentra orbitando la Tierra u otro cuerpo celeste (salvo el propio Sol), periódicamente tendrá períodos sin energía solar, explicables como eclipses, en los cuales la energía almacenada (comunmente en baterías) será utilizada. Por lo tanto, un bajo consumo propicia una larga vida en la operación de las baterías y menor demanda en la capacidad de producción de energía. Para microsatélites, el rango máximo de potencial electrico entre los procesadores mas comunes oscila entre 2 y 7 volts. En todo caso, el consumo únicamente de la CPU se estima conveniente en un watt por hora.

En cuanto a la temperatura, el rango que más se cita comprende desde -40º hasta los 85ºC, aunque algunos procesadores operan desde -55º y hasta los 125º. La necesidad deriva de los períodos de eclipse, en los que las fluctuaciones de temperatura llegan a ser muy drásticas en cuestión de minutos.

El vigilante del temporizador (propiamente conocido como Watchdog Timer) permite a la computadora reiniciarse cuando sus procesos no ocurren normalmente durante un período de tiempo. Coloquialmente, cuando “se cuelga” o “se pasma”.

Las opciones de interfaces deseables son para circuitos inter-integrados (I2C – Inter-Integrated Circuit) y para propósitos generales (General Purposes), que pueden ser ampliados fácilmente a seriales, paralelos, e incluso USB y firewire.

El estándar ECSS-E-ST-50-12C, mejor conocido como Space Wire, emitido por European Cooperation for Space Standardization, y que ha sido adoptado como base para el desarrollo de componentes como el Space Cube 2 de la Agencia Espacial Japonesa, será un nuevo factor para las características de las CPUs, ya que define la lectura y escritura de memorias, registros, correos, etc, en un nodo remoto de una red bajo esta norma, permitiendo la descarga de software correctivo de manera remota, por ejemplo.

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