Análisis de un computador embarcado para sistemas espaciales basado en arquitectura colaborativa
- Autores: Alberto Martín-Ortega
- Directores de la Tesis: Sergio López Buedo (dir. tes.), Marta Portela García (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Número de páginas: 144
- Tribunal Calificador de la Tesis: Mario Garcia Valderas (presid.), Francisco Javier Gómez Arribas (secret.), Ignacio Arruego Rodríguez (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Informática y de Telecomunicación por la Universidad Autónoma de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
- Resumen
La industria aeroespacial está en plena ebullición. La última década ha supuesto un cambio en la filosofía de acercamiento al espacio. Donde antes sólo existía inversión pública salvo en muy contadas ocasiones, ahora se abre un mundo nuevo de posibilidades para el capital privado. Para ello, han confluido una serie de factores en el tiempo, que han facilitado esta nueva era. Por un lado, los avances tecnológicos y sociales han abierto un nicho para el denominado “new space”. Empresas privadas de todo el mundo emergen en la escena aeroespacial, creando sistemas más baratos y de tiempos de desarrollo más cortos, movidas por un fin comercial más allá del puramente político. Este tipo de desarrollos abre la puerta a nuevas técnicas y tecnologías que permitan mejorar las capacidades y prestaciones de sistemas de procesado, sin mermar la fiabilidad de los mismos. Por otro lado, la creación de una plataforma estándar de pequeños satélites llamada CubeSat, ha facilitado el acceso frecuente y asequible al espacio con oportunidades de lanzamiento disponibles en la mayoría de los vehículos de lanzamiento. El número de lanzamientos por año se ha visto incrementado de forma exponencial. En 2005 se lanzaron un total de 9 CubeSats en todo el mundo. Esta cifra creció hasta los 63 en 2009. En el último año, 2018, se contabilizaron 1027 CubeSats.
Con esta realidad como punto de partida, las misiones espaciales se enfrentan a un implacable aumento de los requisitos en referencia a los computadores de vuelo. Se necesitan capacidades de computación más altas, mientras que el consumo de energía, la masa y el área deben reducirse. Desafortunadamente, los requisitos evolucionan más rápido que la capacidad de los fabricantes para desarrollar mejores procesadores calificados para espacio, por lo que se necesitan técnicas que permitan a los diseñadores usar componentes COTS, sin dejar de cumplir con las exigencias de fiabilidad marcadas por el entorno espacial.
Este trabajo de tesis doctoral presenta el endurecimiento colaborativo como una técnica poderosa y eficiente para garantizar la confiabilidad de las tareas críticas de un satélite. Además, los estrictos requisitos de fiabilidad de las misiones espaciales exigen una validación completa en tierra de cualquier diseño que use componentes COTS antes de su puesta en órbita. En este trabajo se presenta así mismo una metodología para la evaluación temprana de la sensibilidad a SEU, basada en la inyección de fallos a través de un sistema de emulación autónomo. La emulación se realiza a nivel de sistema, no a nivel de unidad, para validar las técnicas de endurecimiento colaborativo implementadas en la arquitectura distribuida. Por último, se presenta un completo análisis de los datos obtenidos en vuelo durante los 3 años de misión del computador. Se describen los procesos y las herramientas utilizadas para analizar dichos datos y se expone claramente los errores funcionales encontrados a nivel de unidad, como resultado de la radiación ionizante.
Los resultados experimentales tanto de la validación en tierra como del análisis de los 3 años de misión muestran que, si bien las unidades individuales son vulnerables a los efectos de la radiación, la fiabilidad del sistema en su conjunto no se ve comprometida.
