מזה כמה עשורים מחקר החלל נותר התחום הבלעדי של סוכנויות בינלאומיות גדולות, כגון NASA ו- ESA. עם זאת, בשנים האחרונות השתנו פני הדברים באופן משמעותי. כיום במגזר זה מצויים כמה ארגונים מסחריים ומוסדות אקדמיים, ומצב זה הוביל לתופעה של “תחום חלל חדש”.
בין הנושאים הדינמיים המניעים את המצב הזה נמצאת נגישות לטכנולוגיה שהיא יותר בת השגה וההופעה של תכנונים לייחוס בקוד מקור פתוח. אלו סייעו בהקטנת המחסומים ההנדסיים ואפשרו לשחקנים קטנים יותר להציב ציוד שהם תכננו ויצרו במסלול סביב כדור הארץ. בנוסף, המשמעות הייתה שהמשאבים הטכנולוגיים והכספיים שנדרשים לכך פחותים כיום, בהרבה, לעומת אלו שנדרשו בעבר.
לחברת 4Links, שבסיסה בבקינגהאמשייר (אנגליה), יש תפקיד חיוני בפיתוח בתחום “החלל החדש”. החברה, שנוסדה בשנת 2000, מספקת את הידע ההנדסי ושירותי הייעוץ הדרושים לארגונים בינוניים וקטנים (SME) כדי להשלים את הפרוייקטים החלליים שלהם. החברה גם עובדת בשיתוף פעולה עם ארגונים גדולים כדוגמת Airbus ו- Clearspace.
לאחרונה התמקד הצוות של 4Links ביצירת פלטפורמה לתוכנה ולחומרה שתאפשר לפתח באופן מהיר יותר, קל יותר ויעיל יותר מבחינת עלות, מערכות המיועדות לחלל, שנקראות Loki, על שם האל Norse שנודע בשל היותו משבש ומחדש. הפלטפורמה מעודדת שימוש חוזר בתכנון מבלי שיהיה צורך להתחיל כל יוזמת פיתוח מההתחלה.
איור 1: פלטפורמת הפיתוח Loki של חברת 4Links (עם אזור יצירת ממשק של תת המערכת מוצג בצד ימין)
המטרה של פלטפורמת Loki היא לספק ללקוחות מתחום החלל פלטפורמת עיבוד שניתנת לקונפיגורציה באופן מלא, כזו אשר בה הם יוכלו לשלב את המחשבים המובנים שלהם. היא מתוכננת עבור לוויינים שמשתמשים בהם עם מתודולוגיית תשתית הרשת הפופולרית SpaveWire (אשר בהקמתה היה מעורב במידה רבה מאוד המייסד של 4Links, פול ווקר [Paul Walker]). בהתבסס על לוגיקה מתוכננת ומבנה מודולרי, Loki מקטינה את המאמץ ההנדסי המושקע ומובילה לזמני סיום מהירים ולהפחתת עלויות תקורה קשורות.
Loki מבוססת על לוח נושא בתבנית Eurocard עם מעגל mezzanine מחובר. מעגל mezzanine מחובר לכל ההיבטים של הפונקציונליות הקבועה, בהם נכללים עיבוד, זיכרון וניהול מערכת. במרכז מעגל mezzanine מוצבת יחידת FPGA דגם Kintex UltraScale של Xilinx. אפשר לבצע בו תכנות חוזר לפני השיגור ואפילו לעדכן אותו כשהוא כבר נמצא בטיסה. מעגל נושא קלט/פלט (I/O) מנהל את כל הממשקים. הוא פועל כשער חיבור ומכסה את התקשורת עם תת מערכות שונות של הלווין ואת אספקת המתח של מעגל mezzanine שבו נמצאת יחידת FPGA.
היכולת להציב מעגל mezzanine על מעגלים נושאים עם קונפיגורציות קלט/פלט שונות מאפשר לשנות את ההגדרות בקלות רבה יותר ככל שיידרש, כפי שיכתיבו דרישות הלקוח. יתרון חשוב אחר של Loki הוא שאת בדיקת הכשירות במעגל יש צורך לבצע פעם אחת בלבד, ולאחר מכן אפשר להשתמש בו בקונפיגורציות מרובות. כתוצאה מכך, כל שנדרש יכול להיות מוכן לשיגור תוך מסגרת זמן קצרה ביותר – אפילו אפשר להיות מוכנים תוך חודש אחד.
כפי שמסביר ספנסר סאונדרס (Spencer Saunders), מנהל הנדסה בחברת 4Links, “הגישה של נושא/ mezzanine הופכת את הפלטפורמה הזו למרתקת ביותר מבחינת הלקוחות שלנו. היא זריזה יותר בהרבה ומאפשרת ביצוע תכנות בקצב מואץ בשלב הפיתוח. יתרון נוסף מנקודת מבט של המשתמשים, הוא שהם יכולים לקבל מראש מעגל אחד שעבר בדיקת כשירות, ולאחר מכן להגדיר מחדש מעגלים אחרים. בדיקת כשירות זו מונעת את הצורך בקבלת אישור חוזר בעל עלות גבוהה עבור כל פרויקט חדש שהם מתחילים לפתח”.
שיקולים הנדסיים
מאחר שפלטפורמת Loki מיועדת לשימוש בלוויינים ובמתקני חומרה אחרים שנעים במסלול סביב כדור הארץ, יש לשמור על המשקל הכולל של החומרה קטן ככל האפשר. בנוסף, יש להכיר באופי של רוב הפרויקטים מסוג “החלל החדש” שהם בעלי תלות גבוהה בעלות, שמשמעותו היא שלא ניתן להשתמש ברכיבי MIL–SPEC בהתאמה אישית בתכנון. במקום זאת יש להשתמש בחלופות מסחריות מהמדף בעלות גמישות גבוהה. ובנוסף על זאת, החלקים חייבים להיות עמידים בפני נזקים. כל הרכיבים הנבחרים חייבים לפעול במשך תקופות ממושכות, על אף היותם חשופים לטמפרטורות קיצוניות, להלמים מכניים ולרעידות.
הדרכים שבהן המעגל הנושא יתחבר בממשק אל כל אחת ממערכות המשנה העמידו כמה אתגרי תכנון נוספים בפני צוות הפיתוח של 4Link שעליהם הם היו צריכים להתגבר. נוסף לעמידה בכל הדרישות שתוארו קודם, אמור להיות מעט מאוד מקום עבור המחברים ההכרחיים. היה צורך להגדיר קונפיגורציה עם צפיפות פינים גבוהה.
מציאת פתרון יעיל עבור חיבורים פנימיים
לפתרונות מקובלים של מחברים, בדומה לתבנית Micro-D, יש ממדים גדולים מדי ליישום מסוג זה. כתוצאה מהשימוש בהם, המעגל המודפס יתפוס מקום רב ערך. כמו כן מחברים כאלו הם כבדים יותר בגלל הבית המתכתי שלהם, ומסיבה זו, היה צריך למצוא אפשרות אחרת.
חברת Harwin ו- 4links החלו בדיונים לגבי Loki לפני קצת יותר משנה. אחרי בדיקות מעמיקות שנערכו על דגימות, הוחלט שמחברי Gecko–SL יהיו בחירה מצוינת עבור המעגל הנושא של קלט/פלט ועבור כל יכולות הממשק של מערכות המשנה שלו.
איור 2: מחברי Gecko–SL קלי המשקל והקומפקטיים של Harwin כבר הוכחו כפופולריים ביותר במגוון של מיזמים בתחום החלל
למחברי Gecko–SL במרווח מגעים של 1.25 תוצרת Harwin יש יתרון ברור על פני ההגדרה של רכיבי Micro-D הרגילים, בכך שהם קלים וקומפקטיים באופן משמעותי. בדומה לכל החלקים של משפחת Gecko, הם מציעים אמינות גבוהה ביותר הנדרשת במערכות קריטיות לביצוע המשימה – בהיותם קשיחים במידה מספקת כדי לעמוד בתנאי הפעולה הדורשניים ביותר. מנגנון נעילת הברגים מאפשר אחיזה גם כאשר הם נתונים לכוחות פיתול חזקים ביותר. תכנון מגעי הבריליום – נחושת בארבעה פיני אצבע מבטיח שהחיבורים הפנימיים יישמרו בכל תנאי של הלמים קשים (50G/ 100G) ושל רעידות קשות (20G). מחברי Gecko–SL עומדים בטווח טמפרטורות של –65º עד +150º צלזיוס. בנוסף, יש להם תכונות מרשימות של פליטת חומרי גז.
מחברי Gecko–SL קיימים במגוון רחב של אפשרויות במספרי הפינים. הדבר היה חשוב גם עבור פלטפורמת Loki, בהעניקם לצוות הטכני של 4Links גמישות גדולה בשילובי החיבורים שהיו יכולים להתאים בהצלחה בתוך השטח הקיים על המעגל הנושא. כתוצאה מכך, נותר שטח קטן מאוד שבו לא מוצבים מגעי פין.
“מחברי Gecko–SL של Harwin מציעים את צפיפות מגעי הפינים הגבוהה שנדרשת לנו, באופן טוב יותר בהרבה מאשר יכולנו להשיג בפתרונות מתחרים, עם הצורך להקצות שטח מעגל מזערי בלבד,” קובע סאונדרס מחברת 4Links. “כמו כן, אנו הערכנו מאוד את המגוון הגדול של מספרי פינים שהתאפשרו דרך כל הגרסאות השונות הקיימות. פירושו של דבר שלא היינו צריכים לקבוע הגדרות רבות מדי מפני שאפשר היה להקצות מחברים עם מספר הפינים הדרוש לכל פונקציה, מבלי שיישארו פינים ללא שימוש ומבלי שיבוזבז שטח ללא צורך. האיכות של המוצרים שקיבלנו מחברת Harwin והגיבוי הטכני שהיה מצורף אליה היו רבי חשיבות ביציאה לשוק של פלטפורמת Loki.”
פלטפורמת Loki כבר יוצרת את הבסיס למערכות מחשוב שמותקנות על סיפונן של כמה משימות לוויינים במסלול נמוך סביב כדור הארץ (LEO) אשר משמשים לניטור מזג אוויר, לתצפיות על כדור הארץ ולסילוק פסולת חלל. יעדים שונים אחרים יצאו לדרכם בקרוב.
