طراحي و ساخت كامپيوتر پرواز كاوشگر فضايي با معماري افزونه مبتني بر قطعات موجود در بازار

Design and Implementation of a Reliable Flight Computer for Sounding Rocket with Dual Redundancy Based on COTS Parts

كاوشگرها بستري مناسب براي تحقيقات هوافضايي هستند كه يك محموله آزمايشي را تا ارتفاع مشخصي به فضا برده، پارامترهاي مختلف را در طول مسير اندازه گيري نموده و سپس بازيابي مي‌كنند. يكي از بخش‌هاي مهم و حياتي كاوشگرها، كامپيوتر پرواز است كه ضمن كنترل و مديريت بخش‌هاي مختلف و اجراي سناريوي تعيين شده در طول پرواز، داده‌هاي ارزشمندي از بخش‌هاي مختلف از جمله محموله آزمايشي جمع آوري مي‌نمايد. با توجه به اهميت بالاي مأموريت كاوشگر و نقش بسيار حساس كامپيوتر پرواز در انجام موفق مأموريت محوله، قابليت اطمينان بالا يكي از الزامات تعيين شده در اين زير سيستم كاوشگر است. در همين راستا، طراحي و ساخت يك كامپيوتر پرواز با قابليت اطمينان بالا مد نظر قرار گرفت. الزامات فني، سيستمي و عملكردي از يك طرف و محدويت‌هاي تامين قطعات خاص منظوره فضايي از طرف ديگر، منجر به انتخاب يك معماري با افزونگي دوگانه مبتني بر قطعات موجود در بازار شد. واحد پردازشي، گذرگاه داده و عملگرهاي كنترلي داراي افزونگي دوگانه به صورت اصلي و فرعي هستند كه از طريق يك نظاره گر مديريت مي‌شوند. نظاره گر با تشخيص خطا در واحد اصلي، واحد فرعي را جايگزين آن نموده و سعي مي‌كند واحد معيوب را از طريق روال‌هاي تعيين شده به عنوان رزرو بازيابي نمايد. در صورت بازيابي واحد معيوب، سيستم همچنان مي‌تواند در قالب يك سامانه با افزونگي دوگانه به كار خود ادامه دهد وگرنه به يك سيستم ساده تبديل شده و در صورت خرابي، سيستم خراب مي‌شود. تحليل‌ها و بررسي‌هاي اوليه نشان مي‌دهد كه طراحي ارائه شده، الزامات سيستمي به لحاظ قابليت اطمينان را برآورده مي‌نمايد ضمن اينكه هزينه ساخت آن در مقايسه با قطعات خاص منظوره فضايي بسيار كمتر است.

Sounding rockets provide useful platform for aerospace research; carry out the research payload, measures a wide spread of parameters, and recover the payload. One of the main substantial parts of the sounding rocket is the flight computer which beside the controlling and management of all other subsystems and running the flight scenario, acquire useful data from these subsystems and experimental payload. Due to the importance of sounding rocket mission and the substantial rule of flight computer to the success of this mission, high reliability is one of the main requirements of the flight computer. Therefore, the design and implementation of a high reliable flight computer was considered in this research. Technical, systematical and operational requirements in one side and different problem in providing space grade components, guide these research to an dual redundant architecture based on COTS components. Processing unit, data bus and control actuators are dual redundant which are managed through a supervisor. Supervisor monitors the operation units and if detects any failure, replace it with the spare and try to repair it through reset and self-test mechanisms. If it success to recover the fail unit, the system continue its operation as a dual-redundant else where it become as a single system. Analysis and investigations show that the reliability requirement of the system are covered, while saving the cost, considerably.