CC BY
89УДК 629.783.05
ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ СЕТЕВОЙ ТЕХНОЛОГИИ SPACEWIRE НА РОССИЙСКИХ СПУТНИКАХ
Д. В. Дымов, В. В. Двирный, Н. В. Еременко*, Г. В. Двирный
АО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева» Российская Федерация, 662972, г. Железногорск Красноярского края, ул. Ленина, 52
E-mail: [email protected]
Сетевая технология SpaceWire обеспечивает для бортовых систем космических аппаратов (КА) высокую скорость передачи информации, устойчивость к отказам и сбоям, низкое энергопотребление, малые задержки доставки сообщений, низкую цену реализации, реализацию в сверхбольших интегральных схемах (СБИС), поддержку систем реального времени. Приведен пример архитектуры сети SpaceWire на одном из зарубежных КА, затронут вопрос применения технологии SpaceWire в России, а также показан пример возможной архитектуры распределенной бортовой системы управления КА.
Ключевые слова: сетевая технология, SpaceWire, распределенная бортовая система управления, архитектура, ДЗЗ.
PROSPECTS FOR SPACEWIRE NETWORK IMPLEMENTATION IN RUSSIAN SPACECRAFT
D. V. Dymov, V. V. Dvirniy, N. V. Eremenko*, G. V. Dvirniy
JSC "Information satellite systems" named after academician M. F. Reshetnev" 52, Lenin Str., Jeleznogorsk, Krasnoyarsk region, 662972, Russian Federation E-mail: [email protected]
SpaceWire is a data-handling network which provides low-cost implementation, high performance for satellite onboard subsystems, it is fault tolerant, it requires low power consumption, provides small delays in data delivery, it has a design being implemented as a very-large-scale integration circuit (VLSI) and supports real-time systems. The paper illustrates SpaceWire network architecture of a foreign satellite, gives an idea how Russia can implement SpaceWire, and shows an option of a distributed satellite control subsystem architecture.
Keywords: data-handling network, SpaceWire, distributed satellite control subsystem, architecture, Earth observation.
Введение. Сетевые технологии, к которым мы уже привыкли в обычной жизни, нельзя просто «перенести» и применить без изменений в космическом приборостроении, ведь технические решения должны обеспечивать надежность, отказоустойчивость, низкое энергопотребление. Интерфейсы, разработанные для аэрокосмического применения, например, стандарт М1Ь^ТО-1553, впервые опубликованный в 1973 году [1], не обеспечивают создание сложноструктурированных сетей и отличаются невысокой скоростью. В результате под руководством Европейского космического агентства разработана сетевая технология SpaceWire [2], предназначенная для космического применения.
Важность и актуальность применения технологии SpaceWire. На сегодняшний день технология SpaceWire (SpW) отвечает всем требованиям для эксплуатации в составе бортовых космических систем, поэтому она быстро получила распространение в зарубежной космической практике [3]. SpaceWire - это сетевая технология, специально разработанная для космических аппаратов и совмещающая в себе простоту и низкую цену реализации наравне с высокой производительностью и гибкостью архитектуры [4].
SpW обеспечивает высокие скорости передачи информации, малые задержки доставки сообщений, определенную устойчивость к отказам и сбоям, низкое энергопотребление, электромагнитную совместимость, реализацию в СБИС, поддержку систем реального времени и системных функций комплексов бортового оборудования (КБО) [5].
Применения технологии SpaceWire международным космическим сообществом. SpW применяется на космических аппаратах ЕКА, Американского аэрокосмического агентства НАСА, Японского агентства аэрокосмических исследований (JAXA). Кроме того, Федеральное космическое агентство России (Роскосмос) одобрило применение технологии SpaceWire на своих КА.
Архитектура сети SpaceWire зарубежного КА ДЗЗ показана на рис. 1.
Применение технологии SpaceWire в России.
В России в рамках сотрудничества ЕКА и агентства Роскосмос с использованием технологии SpaceWire разработана и изготовлена целевая аппаратура для метеорологического КА «Метеор-М».
Технология SpaceWire будет применена на многоразовом пилотируемом транспортном корабле нового
Решетнеескцие чтения. 2015
поколения «Русь» с использованием систем, проектировавшихся для пилотируемого многоразового космического корабля «Клипер», работы по которому также проводились совместно с ЕКА [6].
Технологии SpaceWire в России развивает НТЦ «ЭЛВИС» совместно с Санкт-Петербургским государственным университетом аэрокосмического приборостроения (ГУАП).
АО «Информационные спутниковые системы» им. академика М. Ф. Решетнева» (АО «ИСС») совместно с ГУАП ведутся работы по разработке транспортного протокола СТП-ИСС для проектов АО «ИСС» с развитым сервисом, обеспечивающего надежную передачу данных, их гарантированную доставку и планирование, что отличает протокол СТП-ИСС от существующих, таких как RMAP, CCSDS PTP, STUP, JRDDP и STP [4]. Место протокола СТП-ИСС в модели OSI [4].
Отдельной, независимой от НТЦ «ЭЛВИС» ветвью разработчиков является Сибирский государственный аэрокосмический университет (СибГАУ).
В АО «ИСС» ведутся работы по проектированию бортовой системы управления (БСУ) для мини- и микроспутников с последующим внедрением их на большие КА с распределенной архитектурой управления с коммуникационной средой SpaceWire на базе технологии «система на кристалле», стойкой к условиям открытого космического пространства. Сеть SpaceWire способна заменить множество отдельных разнообразных сетей на борту КА, создав одну коммуникационную структуру [8].
На одном из перспективных аппаратов разработки АО «ИСС» установлена экспериментальная сеть SpaceWire, состоящая из коммутаторов и восьми бортовых приборов с перекрестными связями.
Пример топологии бортовой сети КА показан на рис. 2.
Рис. 1. Архитектура сети SpaceWire на европейском КА ДЗЗ
Рис. 2. Пример топологии бортовой сети [4] 104
Применение технологии Space Wire в Российской аэрокосмической отрасли обеспечивается наличием серийно выпускаемой отечественной электронной компонентной базы (ЭКБ), в том числе - радиационно стойкой. Серийные СБИС интерфейсных контроллеров, сетевых коммутаторов SpaceWire, микропроцессоров со встроенными каналами SpaceWire выпускает ОАО «ЭЛВИС», целый ряд других ведущих отечественных разработчиков ЭКБ также ведут проектирование своих изделий с каналами SpaceWire [5]. В настоящий момент разрабатываются специализированные микросхемы на платформах ASIC (ОАО «НИИМЭ» и «Микрон») и базовых матричных кристаллов (БМК) (НПК «Технологический центр» МИ-ЭТ и ОАО «Ангстрем»).
Заключение. Технология SpaceWire несомненно является перспективной для применения на современных и перспективных космических аппаратах различного назначения, она обеспечивает отказоустойчивость, высокую производительность, гибкость архитектуры. В России уже предприняты первые серьезные шаги в применении этой новой технологии, и в скором будущем появится летное подтверждение успешного применения этой технологии на борту космических аппаратов российского производства.
Библиографические ссылки
1. Bracknell D. R. Introduction to the MIL-STD-1553B Serial Multiplex Data Bus, Royal Aircraft Establishment, Farnbourogh, 1988. 32 p.
2. Сайт Европейского космического агентства, страница SpaceWire [Электронный ресурс] // URL: http://spacewire.esa.int/content/Home/HomeIntro.php (дата обращения: 28.08.2015).
3. Ханов В. Х. Сетевые технологии для бортовых систем космического аппарата: опыт разработки // Доклады ТУСУРа. 2014. № 2 (32). C. 287-293.
4. Шейнин Ю., Лавровская И., Оленев В., Коробков И., Дымов Д., Кочура С. Транспортный протокол СТП-ИСС для бортовых космических сетей // Материалы междунар. конф. SpaceWire. 2014. C. 1-6. (на англ.)
5. Перспективная технология Spacewire для космических применений / В. Ю. Гришин, П. М. Еремеев, А. В. Лобанов и др. // Актуальные проблемы создания космических систем дистанционного зондирования Земли : сб. тезисов докладов второй Междунар. науч.-технич. конф. / Корпорация ВНИИЭМ. М., 2014. C. 28-30.
6. Презентация Роскосмоса. Материалы международной конференции SpaceWire 2007. Систем. требования: Adobe Acrobat. // URL: http://spacewire.esa. int/WG/SpaceWire/SpW-SnP-WG-Mtg8-Proceedings/
Presentations %20PDF/ROSCOSMOS.pdf (дата обращения: 28.08.2015).
7. Сайт ООО «Спутникс» [Электронный ресурс] // URL: http://www.sputnix.ru/ru/technologies/spacewire (дата обращения: 28.08.2015).
8. Тюнягин Д. В. Распределенная система управления легких космических аппаратов, построенная на базе технологий «Система на кристалле» и SpaceWire // Вестник СибГАУ. 2009. № 2(23). С. 182-187. систем. требования: Adobe Acrobat. URL: http://cyberleninka.ru/ article/n/raspredelennaya-sistema-upravleniya-legkih-kosmicheskih-apparatov-postroennaya-na-baze-tehnologiy-sistema-na-kristalle-i-sp-acewire (дата обращения: 27.08.2015).
References
1. Bracknell D. R. Introduction to the MIL-STD-1553B Serial Multiplex Data Bus, Royal Aircraft Establishment, Farnbourogh, 1988, 32 p.
2. European Space Agency official site. Space Wire page. Available at: http://spacewire.esa.int/content/ Home/Homelntro.php (accessed: 28.08.2015).
3. Khanov V. Kh. Network technologies for on-board systems spacecraft: development experience. Doklady TUSURa, June 2014, no. 2 (32), p. 287-293. (In Russ.)
4. Sheynin Y., Lavrovskaya I., Olenev V., Korobkov I., Dymov D., Kochura S. STP-ISS transport protocol for spacecraft on-board networks. International SpaceWire Conference 2014, 22-26 Sept. 2014, Athens, vol., no., p. 1-6. doi: 10.1109/SpaceWire.2014.6936226. (In Engl.)
5. Grishin V. Yu., Eremeev P. M., Lobanov A. V. et al. [Advanced SpaceWire technology for space aapplications]. Tezisy dokladov Vtoroy mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii «Aktual'nye problemy sozdaniya kosmicheskikh sistem distantsionnogo zondirovaniya Zemli». «Korporatsiya «VNIIEM», 2014. p. 28-30. (In Russ.)
6. Roscosmos presentation. Proceedings of the International SpaceWire Conference 2007, 17-19 September 2007, Dundee. Available at: http://spacewire.esa.int/WG/SpaceWire/SpW-SnP-WG-Mtg8-Proceedings/Presentations%20PDF/ROSCOSMOS.pdf (accessed: 28.08.2015)
7. Sputnix official site. (In Russ.) Available at: http://www.sputnix.ru/ru/technologies/spacewire (accessed: 28.08.2015).
8. Tyunyagin D.V. [Distributed control system constructed on the basis of technologies «system on crystal» and spacewire] VestnikSibGAU, 2009, no. 2(23). p. 182-187. (In Russ.)
© Дымов Д. В., Двирный В. В., Еременко Н. В., Двирный Г. В., 2015
