La exploración espacial ya no es una prerrogativa de las agencias espaciales nacionales, sino que se está comercializando cada vez más, con empresas estadounidenses e internacionales trabajando juntas en programas clave como Artemis de la NASA, estaciones espaciales comerciales y avances en el transporte espacial (principalmente hacia y desde LEO). Esta nueva forma de colaboración también plantea nuevos desafíos a la hora de configurar redes de datos y aviónica:
Seguridad y protección: Las personas y las valiosas cargas útiles deben estar protegidas durante los viajes, pero también durante su estancia en el espacio. Esto requiere soluciones confiables, calificables según estándares internacionales para garantizar la compatibilidad y la interoperabilidad. Sistemas preparados para el futuro: Los “activos orbitales”, como el Lunar Gateway, que operan en el espacio durante veinte o treinta años, no sólo deben ser fiables, sino también estar preparados para su ampliación o modificación, es decir, modulares y escalables. La capacidad de actualización del sistema debe garantizarse proporcionando suficiente ancho de banda en la red para agregar funcionalidades o integrar nuevos sistemas sin problemas.
TTTech Aerospace ha estado trabajando en soluciones de plataformas informáticas y redes integradas seguras y confiables durante más de 25 años, aprovechando su experiencia tecnológica en todas las industrias. Esto proporciona la base para una cartera de productos espaciales que puede satisfacer las necesidades de los programas espaciales actuales y futuros, afirma Bob Richards, vicepresidente espacial de TTTech North America:
TTTech es el innovador de Ethernet determinista y una fuerza impulsora detrás de los estándares Ethernet activados por tiempo SAE AS6802 que se utilizan para Artemis de la NASA y otros programas espaciales internacionales. También hemos trabajado en el estándar de ingeniería europeo ECSS-E-ST-50-16C Time-Triggered Ethernet para aplicaciones espaciales, que nos sitúa en el centro del desarrollo tecnológico. Nuestras soluciones se basan en estos estándares internacionales, incluidos los Estándares Internacionales de Interoperabilidad de Sistemas de Aviónica (IASIS) y, por lo tanto, son totalmente interoperables y compatibles en una amplia gama de programas y aplicaciones”.
¿Qué tienen en común Orion de la NASA, Lunar Gateway y Ariane 6?
Un sistema confiable se compone de muchos componentes y subsistemas de diferentes proveedores y subproveedores. Es por eso que los integradores de sistemas seleccionan redes construidas según estándares internacionales para garantizar la interoperabilidad y la integración perfecta dentro de la red de datos.
La nave espacial Orion de la NASA, el Lunar Gateway y el lanzador europeo Ariane 6 son tres programas activos que unen a agencias espaciales y empresas comerciales de diferentes países y que utilizan redes de datos de criticidad mixta. TTEthernet, una implementación comercial de Ethernet determinista es la base de estas redes de datos. Garantiza la transmisión garantizada en tiempo real de datos críticos y no críticos dentro de la red. Los beneficios son claros:
Las redes deterministas se construyen para garantizar la transmisión de datos, lo cual es especialmente importante para los datos críticos de comando y control, aumentando así la seguridad del sistema en general. Reducción de la complejidad del sistema, simplificación de la aviónica y el software: se pueden transferir datos de diferentes niveles de criticidad en la misma red y medio físico (por ejemplo, cable). Esto hace que sea más fácil y rápido crear sistemas electrónicos compactos, incluso incorporando requisitos de redundancia. Reducción de los costos del ciclo de vida: la reducción de la complejidad y la simplificación desempeñan un papel en la reducción de los costos, al igual que una integración y reconfiguración más sencilla del sistema y el software durante la vida útil del sistema. Escalabilidad y modularidad: TTEthernet incluye tres clases de tráfico diferentes: Ethernet estándar (según IEEE 802.3), tráfico de velocidad limitada (según ARINC 664 parte 7) y Ethernet activado por tiempo (según SAE AS6802 y ECSS-E). -ST-16C) con altas velocidades de transferencia de datos de hasta 1 Gbit/s. Esto permite la transferencia de más datos en general, ya sean datos de comando, control, carga útil o video, pero también permite agregar más aplicaciones o módulos en el futuro. Las redes de datos de criticidad mixta garantizan una conectividad confiable y segura y permiten una futura expansión de la red. añadiendo nuevos módulos, subsistemas o funcionalidades. (Imagen: TTTech)
Implementaciones exitosas de TTEthernet
Bob Richards explica la gama de soluciones de TTTech Aerospace y sus aplicaciones: “TTTech Aerospace ofrece productos, componentes y soluciones a nivel de caja para aviónica y redes de datos utilizadas en vuelos espaciales tripulados (por ejemplo, naves espaciales, módulos de estaciones espaciales y módulos de aterrizaje), espacio transporte (por ejemplo, vehículos de lanzamiento) e infraestructura orbital en LEO. Hemos sido seleccionados para una variedad de programas por la NASA, la ESA y sus socios comerciales y estamos orgullosos de ver que nuestras soluciones ya han completado con éxito sus primeras misiones espaciales”.
NASA Orion: El primer vuelo de una red de datos basada en TTEthernet fue en 2014, en el primer vuelo de prueba de Orion, el segundo en 2022, cuando Orion completó su primera misión sin tripulación alrededor de la Luna. TTTech Aerospace proporciona productos de sistema final y conmutador TTEthernet para Orion y la red troncal de aviónica del módulo de servicio europeo. La aviónica consta de una amplia variedad de componentes electrónicos estándar y complejos ensamblados en varios sistemas independientes, cada uno de los cuales es responsable de realizar funciones específicas críticas para la seguridad. Todos estos subsistemas de aviónica independientes están conectados a la red determinista TTEthernet de alto rendimiento.
Ariane 6: En julio de 2024, la nueva generación de vehículos de lanzamiento europeos completó con éxito su primer vuelo. TTTech Aerospace proporcionó componentes COTS resistentes a la radiación para las redes de aviónica que se consideran una de las innovaciones de este programa. Los principales criterios de selección para estos productos fueron la reducción de costos de software, mayores anchos de banda y modularidad. Los vehículos de lanzamiento sólo necesitan alrededor de 100 Mbit/s para controlar el tráfico, la telemetría y las transmisiones de vídeo, pero TTEthernet ofrece velocidades de hasta 1 Gbit/s por puerto y, por lo tanto, permite la expansión de la red y la introducción de nuevas funciones en el futuro sin aumentar la complejidad de la red. La modularidad también jugó un papel clave, ya que no había necesidad de diferentes configuraciones de red para Ariane 62 y Ariane 64, y en el futuro la red podría ampliarse para nuevos casos de uso como vuelos espaciales tripulados o con subsistemas adicionales sin afectar la confiabilidad de la red troncal digital y el sistema de aviónica.
TTTech Aerospace ha participado en el programa Ariane 6 desde las fases iniciales, como parte de una actividad de investigación financiada por la Agencia Espacial Europea (ESA), centrada en hacer que la comunicación y la transmisión de datos en el lanzador sean seguras y eficientes: “Estamos orgullosos de Garantizar una comunicación de datos a prueba de fallos en el vehículo de lanzamiento con nuestros productos que están integrados en más de 50 unidades de aviónica. Estos sensores y sistemas de control electrónico intercambian datos con la computadora de control a través de la red de datos del Ariane 6 para operar funciones críticas para la seguridad, como la informática, la distribución de energía o la actuación del vector de empuje. También contribuimos al Ariane 6 con el desarrollo y la calificación del firmware, así como con el soporte de integración”, afirma Christian Fidi, director general de TTTech Aerospace.
Integración de un subsistema basado en TTEthernet en la red de aviónica del Ariane 6: un ejemplo práctico para ampliar la red y agregar nuevas funcionalidades es la colaboración de TTTech Aerospace y Réaltra Space Systems Engineering. Juntos están desarrollando una solución para integrar la transmisión de datos determinista directamente en el sistema de cámara a bordo. Las cámaras a bordo ya se utilizaron en el primer vuelo del Ariane 6, pero en futuras misiones se integrarán en la red de datos del lanzador. En el centro de esta unidad habrá un tablero de conmutación compacto y liviano capaz de interactuar directamente con la red, evitando la necesidad de una unidad de aviónica adicional (puente de datos). También será adecuado para su uso en otras aplicaciones de transporte espacial.
Lunar Gateway: el nuevo centro espacial internacional: Los Estándares Internacionales de Interoperabilidad de Sistemas de Aviónica (IASIS) para aplicaciones de aviónica en el espacio profundo son la base de la tecnología de red Ethernet activada por tiempo para este programa, lo que garantiza que todos los productos y componentes de las agencias comerciales y espaciales asociadas involucradas. se puede integrar fácilmente en una red de datos común.
“TTTech Aerospace ha estado trabajando estrechamente con los principales Estados Unidos y Europa en el sistema de comunicación determinista crítico para sus módulos para Lunar Gateway de la NASA. Se basa en TTEthernet y, por lo tanto, en estándares internacionales abiertos que garantizan una interoperabilidad perfecta entre los módulos, las naves espaciales visitantes, así como los módulos de aterrizaje y otros vehículos”, explica Bob Richards.
La red troncal de aviónica en Lunar Gateway proporcionará comunicación de datos confiable de alta velocidad con doble tolerancia a fallas incorporada para aumentar el nivel de seguridad y lograr un sistema operativo en caso de falla. TTTech Aerospace trabaja con su socio Beyond Gravity Austria en los productos COTS y sistemas a nivel de caja para Habitation and Logistics Outpost (HALO) de Northrop Grumman y Power and Propulsion Element (PPE) de Maxar Technologies. Thales Alenia Space también utilizará el mismo tipo de sistema en la contribución europea al Gateway, el Lunar I-Hab y Lunar View.
Sin embargo, estos programas no son los únicos en los que participa TTTech Aerospace, afirma Christian Fidi: “Estamos trabajando con varias empresas internacionales en nuevos programas espaciales, incluidos vehículos lunares y módulos de aterrizaje. Vemos que existe un claro interés en las redes deterministas y de criticidad mixta, no sólo porque han demostrado su valor y pueden producirse en plazos de entrega casi tan cortos como los COTS, sino también por sus beneficios. La seguridad, la confiabilidad y la modularidad son factores clave en cada programa espacial y también son el núcleo de la oferta de TTTech Aerospace”.
Red troncal digital de criticidad mixta
Tradicionalmente, las naves espaciales han utilizado buses de datos estrictamente separados para fines de control, para sus cargas útiles y, a menudo, también para datos de telemetría. Ahora que incluso las cargas útiles son principalmente digitales, los ingenieros pueden construir naves espaciales con una única columna vertebral digital para manejar todo tipo de datos, lo que reduce la complejidad y el costo. Esto se debe a varios factores. En primer lugar, la electrónica robusta se ha vuelto más compacta y más potente. En segundo lugar, Ethernet, que se utiliza ampliamente en la Tierra, puede utilizarse a velocidades de 1 Gbit/s o más a medida que se dispone de transceptores tolerantes a la radiación. En tercer lugar, la incorporación del determinismo y la gestión de redundancia que, por ejemplo, TTEthernet proporciona de forma segura, evita la interferencia entre cualquiera de los datos. Por último, a medida que la reutilización de los sistemas de aviónica y, en particular, del cada vez más caro software de vuelo se convierte en un factor diferenciador, también lo hace una columna vertebral digital que permite actualizaciones y ampliaciones con esfuerzos de recalificación limitados. Por supuesto, las naves espaciales complejas, como los vehículos de lanzamiento de múltiples etapas y los hábitats espaciales, son los que más se benefician, pero la adopción de redes troncales digitales basadas en Ethernet en la mayoría de las aplicaciones espaciales es inevitable, al igual que lo son un mayor rendimiento informático y velocidades de datos cada vez mayores.
TTTech ha estado involucrado en esfuerzos de estandarización para redes y buses de datos deterministas durante más de dos décadas. Su conocimiento y experiencia en redes deterministas permiten a TTTech Aerospace brindar a los clientes las mejores soluciones para su proyecto, desde la fase de diseño, pasando por las pruebas, la configuración y la implementación, hasta el vuelo. TTTech Aerospace ofrece una cartera que cubre cada paso del proceso y sus expertos en ingeniería de sistemas y software dedicados en su sede en Europa y en sus oficinas de América del Norte apoyan a los clientes a lo largo de sus programas.
