Grandes cantidades de datos recopilados por los sensibles instrumentos científicos actuales presentan un desafío en el manejo de datos para los sistemas informáticos de misiones de pequeños cohetes y globos.
“En general, las cargas útiles científicas son cada vez más grandes y más complejas”, dijo el astrofísico Alan Kogut, del Centro de Vuelos Espaciales Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. “Siempre se está superando el límite de lo que se puede hacer, y recuperar sus datos rápidamente es claramente una alta prioridad para la comunidad científica de los globos”.
Las plataformas científicas suborbitales brindan oportunidades de prueba de bajo costo y rapidez para estudiar la Tierra, nuestro sistema solar y el universo. Los ingenieros de las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA en Virginia están desarrollando nuevos sistemas de mayor capacidad para procesar, almacenar y transmitir esos datos utilizando el Programa Interno de Investigación y Desarrollo IRAD.
El CASBa, Sistema Integral de Aviónica para Globos, que se está desarrollando en las instalaciones de vuelo Wallops de la NASA en Wallops Island, Virginia, ocupará alrededor de 6 por 8 por 6 pulgadas (aproximadamente el tamaño de una jarra de leche de un galón) de espacio de carga útil y, al mismo tiempo, ofrecerá un mayor rendimiento que el sistema existente. CASBa en esta representación digital incluye un módulo informático, una unidad de conmutación de energía, un sistema GPS de doble antena y un módem.
Crédito: Instalación de vuelo Wallops de la NASA
Un esfuerzo de gran cantidad de datos, dijo Kogut, requiere nuevos tipos de sensores para capturar patrones débiles dentro del fondo cósmico de microondas: la luz más antigua del cosmos, que se produjo 380.000 años después del big bang, cuando el universo se había enfriado lo suficiente como para formar el primeros átomos.
Captar la polarización (la orientación de esta luz en relación con su trayectoria de viaje) debería mostrar patrones del estado cuántico original del universo, explicó. Si se ven, estos patrones podrían señalar el camino hacia una teoría cuántica de la gravedad: algo más allá de la teoría general de la relatividad de Einstein.
“Observar esta polarización requiere muchos datos”, dijo Kogut. “Los resultados están limitados por el ruido en cualquier detector individual, por lo que los científicos están buscando volar hasta 10.000 detectores en un globo para minimizar ese ruido”.
Si bien un globo a gran altitud flotando muy por encima de las nubes es un lugar ideal para misiones que viajan al espacio sin perturbaciones de la atmósfera terrestre, también es un buen lugar para ser alcanzado por los rayos cósmicos que nuestra atmósfera filtra, explicó. Estas partículas de alta energía salpican las estructuras sólidas de la carga útil del globo, produciendo señales no deseadas (ruido) en los detectores.
Más rápido, más ligero y menos costoso
El CASBa, Sistema Integral de Aviónica para Globos, pretende sustituir un sistema desarrollado originalmente en los años 1980, afirmó Sarah Wright, líder de tecnología suborbital en NASA Wallops. CASBa capturará, procesará y transmitirá gigabytes en lugar de la capacidad de megabytes del sistema actual. Construirlo alrededor de núcleos de computadora suministrados comercialmente también mantiene bajos los costos de la misión y al mismo tiempo reduce la masa, agregó Wright.
El actual sistema de aviónica (izquierda) para operar las plataformas científicas de globos de la NASA mide 48 por 30 por 22 pulgadas, aproximadamente el tamaño de un carrito de compras.
Instalación de vuelo Wallops de la NASA
“Esa es la esencia de la ciencia de los cohetes y globos sonoros”, afirmó. “Si es relativamente barato y está disponible en el mercado, los científicos podrían dedicar más recursos al desarrollo del paquete científico”.
CASBa proporcionará una variedad de opciones y configuraciones para diferentes necesidades de la misión, dijo, y trabajará con el software operativo central del sistema de vuelo desarrollado en NASA Goddard.
Una vez probada en un vuelo en globo este verano, se probará una versión de cohete sonoro en 2025. Otros proyectos IRAD buscan desarrollar sistemas electrónicos de conmutación de energía más eficientes y capacidades de transmisión de datos de mayor velocidad que, en conjunto, completen la capacidad de computación y descarga. revisión.
El ingeniero Ted Daisey lidera el esfuerzo de IRAD para integrar una computadora disponible comercialmente del tamaño de una tarjeta de crédito en su módulo de control.
“Estamos construyendo esto alrededor de un Raspberry Pi Compute Module 4, que es un producto industrial destinado a sistemas integrados”, dijo Daisey, “por lo que será muy rentable para los proyectos suborbitales que hacemos aquí en Wallops”.
El ingeniero Scott Hesh está desarrollando la unidad de conmutación de energía para complementar la computadora Raspberry Pi CM4. Lo describió como un interruptor modular que distribuye la fuente de alimentación del sistema entre hasta ocho sistemas de hardware diferentes. Utiliza “fusibles” de software programables para proteger los componentes contra el sobrecalentamiento, así como fusibles de hardware para proteger la unidad de conmutación de energía.
“El paquete de aviónica ocupa un poco menos de espacio y menos masa que un sistema de cohetes de sondeo actual”, dijo. “Pero es un punto de inflexión cuando se trata de implementar aviónica y comunicación. Cada módulo mide aproximadamente 8 por 6 pulgadas, que es mucho más pequeño en comparación con nuestros sistemas de globos actuales”.
“Todo este 21calle El sistema de aviónica del siglo XIX fue diseñado basándose en nuestra filosofía Wallops de soluciones rápidas, ágiles y rentables para nuestras plataformas suborbitales”, añadió Hesh.
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