Big Science guida gli aggiornamenti di Wallops per le missioni suborbitali della NASA

Big Science guida gli aggiornamenti di Wallops per le missioni suborbitali della NASA
Big Science guida gli aggiornamenti di Wallops per le missioni suborbitali della NASA

Grandi quantità di dati raccolti dai sensibili strumenti scientifici di oggi rappresentano una sfida di gestione dei dati per i sistemi avionici e di calcolo delle missioni suborbitali di piccoli razzi e palloncini.

Grandi quantità di dati raccolti dai sensibili strumenti scientifici di oggi rappresentano una sfida di gestione dei dati per i sistemi informatici di missione di piccoli razzi e palloni aerostatici.

“In generale, i carichi scientifici stanno diventando sempre più grandi e complessi”, ha affermato l’astrofisico Alan Kogut, del Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, nel Maryland. “Si spinge sempre oltre il limite di ciò che è possibile fare e recuperare rapidamente i dati è chiaramente una priorità per la comunità scientifica dei palloncini.”

Le piattaforme scientifiche suborbitali offrono opportunità di test a basso costo e in tempi rapidi per studiare la Terra, il nostro sistema solare e l’universo. Gli ingegneri della Wallops Flight Facility della NASA in Virginia stanno sviluppando nuovi sistemi di maggiore capacità per elaborare, archiviare e trasmettere tali dati utilizzando il programma interno di ricerca e sviluppo IRAD.

Uno sforzo di raccolta dati, ha detto Kogut, richiede nuovi tipi di sensori per catturare deboli schemi all’interno del fondo cosmico a microonde: la luce più antica del cosmo, che è stata prodotta 380.000 anni dopo il big bang, quando l’universo si era raffreddato abbastanza da formare il primi atomi.

Catturare la polarizzazione – l’orientamento di questa luce rispetto al suo percorso di viaggio – dovrebbe mostrare modelli dello stato quantistico originale dell’universo, ha spiegato. Se osservati, questi modelli potrebbero indicare la strada a una teoria quantistica della gravità: qualcosa che va oltre la teoria generale della relatività di Einstein.

“L’osservazione di questa polarizzazione richiede molti dati”, ha detto Kogut. “I risultati sono limitati dal rumore in ogni singolo rilevatore, quindi gli scienziati stanno cercando di far volare fino a 10.000 rilevatori su un pallone per ridurre al minimo tale rumore”.

Mentre un pallone aerostatico che fluttua ad alta quota sopra le nuvole è il luogo ideale per le missioni per osservare lo spazio senza disturbi provenienti dall’atmosfera terrestre, è anche un buon posto per essere colpiti dai raggi cosmici che la nostra atmosfera filtra, ha spiegato. Queste particelle ad alta energia si diffondono attraverso le strutture solide del carico utile del pallone, producendo segnali indesiderati – rumore – nei rilevatori.

Più veloce, più leggero, meno costoso

Il CASBa, Comprehensive Avionic System for Balloons, mira a sostituire un sistema originariamente sviluppato negli anni ’80, ha affermato Sarah Wright, responsabile della tecnologia suborbitale presso la NASA Wallops. CASBa catturerà, elaborerà e trasmetterà gigabyte anziché la capacità in megabyte del sistema attuale. Costruirlo attorno ai nuclei dei computer forniti in commercio mantiene bassi anche i costi della missione riducendo al tempo stesso la massa, ha aggiunto Wright.

“Questa è l’essenza della scienza dei razzi e dei palloncini”, ha detto. “Se fosse relativamente economico e disponibile in commercio, gli scienziati potrebbero investire più risorse nello sviluppo del pacchetto scientifico”.

CASBa fornirà una varietà di opzioni e configurazioni per le diverse esigenze di missione, ha affermato, e lavorerà con il software operativo principale del sistema di volo sviluppato presso la NASA Goddard.

Una volta testata su un volo in mongolfiera quest’estate, una versione del razzo sonda sarà testata nel 2025. Ulteriori progetti IRAD mirano a sviluppare un’elettronica di commutazione di potenza più efficiente e capacità di trasmissione a velocità dati più elevata che, nel loro insieme, completano la capacità di calcolo e di download revisione.

L’ingegnere Ted Daisey guida il progetto IRAD per integrare un computer disponibile in commercio delle dimensioni di una carta di credito nel modulo di controllo.

“Lo stiamo costruendo attorno a un Raspberry Pi Compute Module 4, che è un prodotto industriale destinato ai sistemi embedded”, ha affermato Daisey, “quindi sarà molto conveniente per i progetti suborbitali che svolgiamo qui a Wallops.”

L’ingegnere Scott Hesh sta sviluppando l’unità di commutazione di potenza per integrare il computer Raspberry Pi CM4. Lo ha descritto come uno switch modulare che distribuisce l’alimentazione del sistema tra un massimo di otto diversi sistemi hardware. Utilizza “fusibili” software programmabili per proteggere i componenti dal surriscaldamento e fusibili hardware per proteggere l’unità di commutazione di potenza.

“Il pacchetto avionico occupa un po’ meno spazio e meno massa di un attuale sistema missilistico sonda”, ha detto. “Ma è un punto di svolta quando si tratta di implementare l’avionica e la comunicazione. Ogni modulo misura circa 8 x 6 pollici, ovvero molto più piccolo rispetto ai nostri attuali sistemi a palloncino”.

“Tutto questo 21st Century è stato progettato sulla base della nostra filosofia Wallops di soluzioni veloci, agili ed economiche per le nostre piattaforme suborbitali”, ha aggiunto Hesh.

Di Karl B. Hille

Il Goddard Space Flight Center della NASA, Greenbelt, Maryland.

 
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