Ce panorama de la Station spatiale internationale a été composé en rassemblant des images prises par la caméra visible de Raven. Ces images ont été traitées par une plateforme informatique hybride, Espace Cube 2.0. Crédit :NASA
Un système informatique hybride développé au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, est la technologie habilitante derrière une expérience ambitieuse testant une capacité de navigation relative et d'amarrage autonome connue sous le nom de Raven.
Développé par la Division des projets d'entretien des satellites, ou SSPD, le module de la taille d'un bagage à main a été lancé le 19 février à bord du vaisseau spatial Dragon de SpaceX, ainsi que d'autres expériences déployées à l'extérieur de la Station spatiale internationale sur une palette d'expériences. Raven teste et mûrit visiblement, capteurs infrarouges et lidar et algorithmes de vision industrielle ; le module rapprochera la NASA de la capacité révolutionnaire de pilote automatique qui peut être appliquée à de nombreuses missions de la NASA pour les décennies à venir.
Depuis l'époque pré-Apollon de la NASA, l'agence a amarré avec succès des vaisseaux spatiaux alors qu'ils traversent l'espace à toute vitesse. Cependant, toutes les opérations impliquaient des humains qui ont orchestré les mouvements depuis le sol. L'objectif de Raven est de développer et de faire évoluer des technologies qui, à terme, soulageront la dépendance humaine et donneront aux engins spatiaux la capacité de se rattraper et de s'amarrer de manière autonome en temps réel.
"Le module Raven est équipé d'une technologie qui jette les bases d'un système de navigation relatif, ", a déclaré Christopher Scolese, directeur de Goddard. "Ce que certains n'apprécient peut-être pas pleinement, c'est le fait que les capteurs de Raven ne pourraient pas faire leur travail sans une autre technologie très efficace appelée SpaceCube. Le processeur SpaceCube est la technologie en coulisses qui rend cette importante démonstration possible."
SpaceCube est un reconfigurable, plate-forme informatique de vol très rapide que les technologues Goddard ont démontrée pour la première fois lors d'une expérience de navigation relative sur la Hubble Servicing Mission-4 en 2009. Au cours de l'expérience Raven, les "capteurs" du module servent d'yeux. SpaceCube agit comme le cerveau, analyser les données et dire aux composants quoi faire, " a déclaré Ben Reed, directeur adjoint de la division SSPD. Les « yeux » et le « cerveau » créent ensemble la capacité du pilote automatique.
Depuis son développement initial, SpaceCube est devenu une famille d'ordinateurs de vol qui se distinguent tous par leur vitesse de calcul, qui est 10 à 100 fois plus rapide que le processeur de vol spatial couramment utilisé, le RAD750. Bien que le RAD750 soit immunisé contre les effets néfastes des rayonnements, il est lent et de nombreuses générations en retard sur la vitesse de calcul des processeurs commerciaux.
Cette image montre la palette d'expérimentation du ministère de la Défense, STP-H5, accroché au bout du bras robotique du Canada lors de son installation à l'extérieur de la Station spatiale internationale. Crédit :NASA
Les processeurs SpaceCube réalisent leurs prouesses en matière de traitement de données parce que les technologues Goddard ont marié des circuits intégrés tolérants aux radiations, qui sont programmés pour exécuter simultanément des tâches de calcul spécifiques, avec des algorithmes qui détectent et corrigent les perturbations radio-induites dans les données collectées. Par conséquent, ces systèmes hybrides sont presque aussi fiables que le RAD750, pourtant des ordres de grandeur plus rapides, capable d'exécuter des calculs complexes autrefois limités aux systèmes au sol.
Au cours de son séjour de deux ans dans la station spatiale, Raven détectera les vaisseaux spatiaux entrants et sortants de la station spatiale en visite, alimenter les données qu'il "voit" à SpaceCube 2.0, un dans la famille des produits SpaceCube. SpaceCube exécute ensuite un ensemble d'algorithmes de pose, ou un ensemble d'instructions, pour évaluer la distance relative entre Raven et le vaisseau spatial qu'il suit.
Puis, sur la base de ces calculs, SpaceCube 2.0 envoie de manière autonome des commandes qui font pivoter le module Raven sur son cardan ou son système de pointage pour maintenir les capteurs entraînés sur le véhicule, tout en continuant à le suivre. Pendant que tout cela se passe, Les opérateurs de la NASA au sol surveillent les technologies de Raven, en portant une attention particulière à la façon dont ils fonctionnent en tant que système et en faisant les ajustements nécessaires pour augmenter les capacités de suivi de Raven.
"Le suivi des vaisseaux spatiaux avec ce système n'est possible que parce que nous avons SpaceCube, " a déclaré David Petrick, responsable de la technologie avionique SSPD et ingénieur en chef de SpaceCube, qui a remporté des prix prestigieux pour son travail sur le processeur. "Ce type d'opération nécessite un calcul rapide."
Les technologies fondamentales de Raven seront appliquées aux futures missions. Par exemple, Restaurer-L, qui utilisera également SpaceCube 2.0, au rendez-vous, saisir, ravitailler et déplacer Landsat 7 lors de son lancement en 2020.
Espace Cube 2.0, cependant, n'est pas le seul processeur actuellement à l'œuvre sur la palette d'expérimentation externe de la station spatiale parrainée par le programme de technologie spatiale du ministère de la Défense.
SpaceCube 1.0 est utilisé comme interface de communication entre les services de données de la station spatiale et plusieurs expériences sur la palette. En outre, une version miniaturisée de SpaceCube 2.0 - le SpaceCube Mini - exploite deux expériences de la NASA et du département américain de la Défense. La NASA teste également deux autres ordinateurs miniatures, développé avec l'Université de Floride. Ces modèles sont pour la plupart équipés de pièces commerciales.
