¿El Pi es realmente apto para el espacio exterior?

Recientemente, ha habido un interés creciente en usar Raspberry Pis en CubeSats . La NASA está incluso en la tendencia . Pero, considerando que el espacio exterior es bastante duro con la electrónica (es decir, la radiación y los rayos cósmicos, los cambios bruscos de temperatura, el polvo espacial y los micrometeoritos), ¿es realmente viable el Pi como satélite espacial?

Según lo que recuerdo, los dispositivos electrónicos aptos para el espacio generalmente cuentan con una forma de recuperarse de un desastre, memoria ECC, sistemas redundantes, comunicaciones redundantes, alguna forma de endurecimiento por radiación y podrían manejar cambios de temperatura. Básicamente, tan confiable como puedan hacerlo.

Hasta donde yo sé, el Pi no tiene ninguno de esos. Sí, el Pi probablemente pueda manejar la parte de la temperatura, pero un cambio de bit incorrecto puede bloquear lo que se esté ejecutando en él y dejarlo inutilizable por la falta de recuperación. Probablemente puedan usar el watchdogservicio en ese caso. ¿Pero es suficiente?

Bastante seguro de que no todas las órbitas posibles están expuestas a una fuerte radiación.
Estoy bastante seguro de que, como todas las cosas, esto se reduce a la relación costo-beneficio. Para las aplicaciones en las que se usa Pi, ¿qué se gana con el uso de tecnología más resistente?
@ named2voyage De hecho, ese es exactamente el caso. Hay órbitas sin radiación fuerte, pero todos los satélites tienen que lidiar con los rayos cósmicos, lo que realmente puede causar algunos problemas a las naves espaciales.
La redundancia temporal y la detección y corrección de errores basada en software pueden compensar (al menos parcialmente) la menor compatibilidad de hardware para la resiliencia y la redundancia física.
Esto parece que podría dividirse en dos buenas preguntas separadas: una pregunta sobre cómo mejorar la detección y la recuperación del Pi de los trastornos (que se adapta mejor a RPi SE) y una pregunta sobre los posibles tipos, frecuencia y gravedad de esos trastornos relacionados con los vuelos espaciales: lanzamiento, despliegue y operación en un entorno espacial. (que sería más adecuado aquí en el espacio SE).
Bueno, el Pi tiene más tecnología que el primer satélite de la NASA, así que... ¿cuál es el problema?
Recuerdo haber hablado con una persona que estaba en la fabricación de chips una vez ... tenían un banco de pruebas para verificar cada IC terminado. Los que llegaron al final del banco de pruebas recibieron el sello 'Milspec' y se vendieron a los militares.
Un buen artículo sobre redundancia: geek.com/science/…

Respuestas (4)

La mayoría de los cubesats son proyectos de estudiantes que quieren tener solo por unos pocos meses como máximo. Dicho esto, es probable que Pi sea muy susceptible a las alteraciones de un solo evento, SEU y, por lo tanto, podría tener algunos problemas graves. Es de bajo costo y cabría dentro de la nave espacial, con un poco de protección podría estar bien, pero solo por unos meses para una construcción de poca importancia. En pocas palabras, podría funcionar para un proyecto de estudiante, ¡pero no quiero que sea la computadora de vuelo de nada importante!

Cabe señalar que se ha utilizado un teléfono celular como computadora de vuelo para un cubesat. Este satélite se conocía como PhoneSat. Estos son comparables al Pi en términos de SEU y peligro de radiación. De hecho, trabajaron durante un período de tiempo. No he encontrado una gran fuente, pero la vida útil fue de aproximadamente una semana para cada uno de los 5 PhoneSat lanzados. Los primeros 2 solo tenían baterías, los últimos 3 también tenían energía solar. Fueron colocados deliberadamente en órbitas que los mantendrían activos solo durante unas pocas semanas, pero no puedo encontrar ningún problema informado.

Pequeña nota, podría ser mejor usar un Arduino que un Pi para vuelos espaciales, ya que el Arduino es algo mejor para la electrónica integrada. Pi funciona muy bien si tiene acceso a un puerto de video, pero el espacio está muy lejos, las probabilidades de obtener un cable HDMI son bastante escasas ;-) Pero podría haber otras ventajas para Pi. Al menos tenlo en cuenta a la hora de tomar la decisión.

Ojalá mi presupuesto estudiantil pudiera permitirse ese tipo de proyecto estudiantil. Sin embargo, podría obtener financiación pronto.
Es mucho más fácil ahora que nunca. Probablemente podría construir un cubesat decente por alrededor de $ 2000 y uno bastante bueno por alrededor de $ 10,000, suponiendo que no haya costos de mano de obra. ULA anunció que lanzará cubesats de forma gratuita.
Una de las principales razones para no optar por Pi es su consumo de energía, >500mA @5V. Cualquier cosa que ahorre en el tablero pequeño, debe gastarlo en una fuente de energía adicional para que siga funcionando, tanto en términos de presupuesto masivo como de costos (células solares).
Me parece bien. No soy un experto, pero vale la pena considerar al menos...
Además, no estoy seguro de cuán cierto es esto para Pis y CubeSats, pero PhonSats no solo usa un teléfono cuadrado con pantalla táctil rectangular negro que todos conocemos y amamos. Es un teléfono bastante modificado que supongo que incluye un blindaje básico.
Está bien, pero sospecho que también se agregaría un blindaje básico a cualquier satélite que use un Pi.
Los Arduinos también tienen la ventaja de ser fabricados utilizando un proceso más grande/más barato que el Pi, por lo tanto, sus transistores son más grandes/más gruesos, lo que mejora su resistencia en el espacio.
No se puede comparar Pi y Ardurino. Ardurino es un microcontrolador, el mejor con flash de 512kB y RAM de 96kB. Pi (primer modelo) es una computadora con 512 MB de RAM, hasta 32 GB de flash (tarjeta SD) y un sistema operativo completo. La versión 3 tiene 1 GB de RAM y un núcleo cuádruple de 64 bits a 1,2 GHz... Mi Pi vio el monitor y el teclado solo una vez: para configurarlo para la red. Desde entonces, nos estamos comunicando a través de la consola (texto sin formato). Arduino puede tener más E/S y entradas analógicas, pero también es fácil agregarlas a un pi. También veo algunas ventajas del arduino sobre el pi con respecto a la radiación.
"Pequeña nota, probablemente sea mejor usar un Arduino que un Pi para vuelos espaciales", desarrollo software para naves espaciales profesionalmente y esta objetividad es falsa. Hay MUCHAS veces que necesita mucha más potencia de la que puede proporcionar un Arduino.
El tipo de blindaje que cabe en un cubesat es básicamente inútil, ya que es demasiado delgado para reducir la radiación de manera significativa.
@DavidGrinberg ¿El PhoneSat de la NASA realmente intentó usar el GPS desde el teléfono? cita a la NASA afirmando que "[el] diseño de PhoneSat hace un uso extensivo de componentes comerciales listos para usar, incluido un teléfono inteligente de nivel de consumidor sin modificar".
@MichaelKjörling Por no modificados quieren decir que no cambiaron la electrónica real. Pero, por ejemplo, quitaron la pantalla táctil porque ¿para qué necesitarías una pantalla táctil en un satélite en el espacio?

Según lo que recuerdo, los dispositivos electrónicos aptos para el espacio generalmente cuentan con una forma de recuperarse de un desastre, memoria ECC, sistemas redundantes, comunicaciones redundantes, alguna forma de endurecimiento por radiación y podrían manejar cambios de temperatura. Básicamente, tan confiable como puedan hacerlo.

El uso de procesadores de computadora resistentes a la radiación es el enfoque tradicional. Esto da como resultado un sistema de aviónica que es bastante masivo y voluminoso, muy costoso y muy, muy lento (según los estándares modernos). Su uso no es obligatorio, incluso para sistemas clasificados por humanos. SpaceX, por ejemplo, no utiliza procesadores resistentes a la radiación en su vehículo Dragon. Lo que se exige, para los sistemas clasificados por humanos, es poder demostrar que el sistema de aviónica es tolerante a la radiación.

Los CubeSats suelen ser proyectos escolares de bajo costo que no están destinados a durar mucho tiempo. Un procesador reforzado con radiación de $ 250 000 es aproximadamente el doble del presupuesto de un proyecto típico de CubeSat, incluido el lanzamiento. Interconectar un par de Pis de $ 35 para redundancia estaría bien dentro del presupuesto y sería un gran proyecto estudiantil.

Descartar CubeSats como "proyectos escolares de bajo costo" es ridículo. Hay una serie de empresas que planean implementaciones masivas.
@ventsyv - No estaba siendo desdeñoso. Dicho esto, "proyectos escolares de bajo costo" es exactamente lo que fueron los CubeSats durante los primeros 13 años de la historia de los CubeSats. Otras organizaciones han buscado CubeSats por la misma razón por la que atraen a colegios y universidades, su bajo costo. El costo de lanzamiento de un CubeSat es bastante pequeño en comparación con el de un microsatélite (10 a 100 kg).
@ventsyv: ¡Los que contienen Pis (y relevantes para la pregunta) casi seguro que lo son! Un despliegue comercial 'masivo' justificaría una placa diseñada específicamente y tendría el presupuesto para una.

En órbita baja, el campo magnético de la Tierra es un escudo eficaz contra la radiación solar. Barre la radiación y la atrapa en áreas conocidas como los cinturones de van Allen. Evitamos poner naves espaciales o personas allí... Una parte del cinturón se sumerge en altitudes de órbita bajas y, a veces, causa problemas. Esa es la mayor parte del flujo de radiación del que debe preocuparse y puede protegerse contra él como precaución adicional. No se imagine el plomo. Se utiliza plástico. El plomo no funciona para este tipo de radiación (o más bien, la empeora).

Los rayos cósmicos son más problemáticos. Son una porción mucho más pequeña de la radiación en el espacio. Esto incluye toda la radiación que no proviene de nuestro Sol. El campo magnético de la Tierra no ofrece protección contra la mayor parte. Las 50 millas de nuestra atmósfera nos protegen de aproximadamente el 90% de ella. En las naves espaciales no existe protección práctica contra él. Los dispositivos electrónicos están diseñados para aceptar o corregir el comportamiento errático que pueden causar los rayos cósmicos. Pero incluso un dispositivo como el Raspberry Pi, construido sin mucha tolerancia a fallas, puede funcionar durante algunos días o semanas antes de que se active un bit crítico que provoque que la CPU se bloquee. Supongo que el controlador de la misión tiene la capacidad de restablecer el dispositivo de forma remota. Otra solución simple sería tener un circuito de vigilancia separado que simplemente reinicie la placa una vez por hora a menos que reciba una señal para evitar el reinicio.

Resumen del informe final - SR2S cordis.europa.eu/project/id/313224/reporting

Silicon Valley se ha estado moviendo hacia la industria espacial y está aportando una nueva filosofía al campo.

El énfasis se pone en el tiempo de desarrollo rápido, no en la confiabilidad. Se considera que el costo de reemplazar un satélite de cubo relativamente barato vale la pena por la capacidad de crear prototipos, probar y pasar rápidamente a la siguiente iteración del producto.

La mentalidad es mucho "Construirlo, volarlo, probarlo, repetir"

La mayoría de las empresas que trabajan en este espacio esperan que sus satélites duren solo un par de años y planean compensarlo en números.

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