Kan du ha en rymdfarkost baserad på en Arduino? Så klart du kan! ArduSat var två kickstarter-finansierade kubesats som så småningom lanserades från den internationella rymdstationen i november 2013. När du tänker på det överträffar en Arduino lätt till exempel den över fyrtio år gamla Apollo Guidance Computer

Alla dina krav bör vara genomförbara, om det bara är ett flyby-uppdrag.

Förresten, bilder av Apollo landningsplatser är redan tagna, till exempel av Clementine-sonden.

Du kan, men det kommer att drabbas av ett antal problem. Dessa problem kan förmodligen övervinnas med ett kortsiktigt uppdrag. Problemen inkluderar:

1. Strålning - Nedbrytning av elektronikens långsiktiga effekt.
2. Enstaka händelsestörningar - Detta är förmodligen den största faran, en kosmisk strålsträng med hög energi kan orsaka lite vänd, eventuellt ändra koden som körs på ett uppdragskritiskt sätt.
3. Temperatur- Om temperaturen inte hanteras noggrant kan det se några betydande skador.
4. Vakuum- Förmodligen inte mycket av ett problem, men kan orsaka utgasning som kan ha en långsiktig effekt.5- Vibration- Delar kan vibreras av under lanseringen.
ol >

Dessa kan förmodligen oftast övervinnas genom att ge extra skydd till rymdfarkosten. Men det finns inget särskilt som skulle kunna förhindra att en Arduino används för att kontrollera ett rymdfarkost, särskilt ett mycket kortvarigt uppdrag. Det har demonstrerats i LEO, men strålningseffekterna kommer att bli allvarligare för ett uppdrag till månen. Slutsatsen, det kan göras, men jag skulle inte rekommendera det.

Jag instämmer i Hohmannfans svar. Detta svar behandlar den bredare frågan om datorer i satelliter.

Vem behöver en dator? Jag tror inte att det finns något med uppdraget som du har beskrivit i frågan som faktiskt kräver någon "digital dator" alls. Det kan tyckas som om bildhantering och navigering är mycket krävande i datormässiga termer, men det beror till stor del på att vi är vana vid idén om en värld möjliggjort av högnivåprogramvara.

Jag tycker att det är en bra utgångspunkt när det gäller systemteknisk utbildning att faktiskt gå igenom de involverade processerna och fråga sig " vad är den mest grundläggande implementeringen som är möjlig? ", särskilt i termer av " vilka beslut måste absolut tas ombord, snarare än med markkommando? ". Uppdragstagare på 60-80-talet kom ofta ner på sidan "ingen dator behövs". Det är bara eftersom vikten, prestandan och kostnaden för sådana saker har sjunkit att vi tar det för givet.

Digital Alla de logiska beslut som behöver fattas på en satellit i princip kunde göras av diskreta logiska grindar. Det är en teknisk bedömning av när "digital finite state machine" som skapats så har blivit så komplicerad att den bättre skulle ersättas av en CPU / adressbuss / databussarkitektur.

Som en åt sidan är det inte uppenbart att det finns någon tydlig skiljelinje mellan diskret elektronik och en "dator" i modern mening. Den här artikeln om Pioneer 10 antyder de mellanliggande möjligheterna.

Mycket av beräkningen för uppdraget utfördes på jorden och överfördes till sonden, där den var kan lagra i minnet upp till fem kommandon av de 222 möjliga inmatningarna av markstyrenheter. Rymdfarkosten innehöll två kommandodekodrar och en kommandodistributionsenhet, en mycket begränsad form av processor, för att styra operationer på rymdfarkosten.

Analog Vidare analyseras beslut som rör progressiva kvantiteter - sensorutgångar och styrslingor i första hand i styrtekniska termer. Hur de implementeras är återigen ett designval och den gamla världen var full av analoga datorelement.

Miljökompatibilitet Det finns lanseringsmiljön och sedan naturlig strålning en gång i omloppsbana. Det senare inkluderar ESD-skador (se här) samt strålningsdos och förskjutningsskador. En intressant anekdot är att de progressivt högre datorerna med fysiskt mindre grindar och byttider är mer utsatta för dessa effekter än deras äldre kusiner. När det gäller ESD hjälper avskärmning inte när det finns perifera bitar av kretsen på rymdfarkostskinnet. Designarna måste ta det noga.

Förresten, tack @uhoh för länken, det var intressant.

Det borde vara möjligt. ESA har testat radhårdheten hos vissa kusinprocessorer till den som används i Arduino och de visade sig ganska bra, åtminstone för ett relativt kort uppdrag. Några aktuella saker använder faktiskt gamla 8051-arkitekturchips.

Det skulle finnas tillräckligt med processorkraft för att navigera, kanske till och med tillräckligt för att strömma ut inspelade falska bilder.

Redigera: En powerpoint som sammanfattar ESA-resultaten finns här.

Tungt jonresultat för ATMega128

ATMega128-AU16 har ett acceptabelt beteende för en ISS LEO-miljö.

SEL en gång i 481 år

SEU en gång i 690 år

AT90CAN128-AU16 är inte acceptabelt för rymdtillämpning.

Chipet som används i många Arduinos är ATMega328, vilket är kusin till ATMega128.

Du behöver inte så mycket processorkraft eller RAM för att utforska rymden. Arduino är mycket kraftfullare än de processorer som historiskt har använts på rymdfarkoster. Den grundläggande Arduino är 16 MHz och 256 kB flashminne. Du kan lägga till RAM eller flash i betydande mängder. Datorerna som används i Apollo-rymdprogrammet kommer inte i närheten av detta.

Galileo s -processorer är 8 MHz, medan Spirit och Möjlighet är 20 MHz-processorer. Koden på dessa sonder var mycket optimerad och speciellt utvecklad för det ändamålet som var till hands, vilket utnyttjade de tillgängliga datorerna mycket effektivt.

Det är helt genomförbart.

Andra har täckt hårdvaruproblemen, men jag vill nämna programvaruproblemen. Att få tillräckligt med marginal (CPU och minne) är svårt för processorer i arduino-klass. Rymdfarkoster jag har arbetat har krävt allt mellan 50% och 90% marginal vilket innebär att du bara får använda mellan 50% och 10% av processorn. Marginalen är för saker som schemaläggning och minnesskrubbning. Den andra faktorn är att det bara är svårare (och därför dyrare) att skriva pålitlig programvara med mindre resurser. Det finns en fin linje mellan för enkel (kan inte göra all kontroll du verkligen borde göra) och för komplex (omöjligt att testa) och arduino gynnar förmodligen mer av det förra.

Ur ett beräkningsmässigt perspektiv är det möjligt att packa alla algoritmer där. Det finns emellertid problem med strålningsskydd när du pekar, men integrerade kretsar påverkas också av temperaturen, så korrekt värmeisolering måste också övervägas, eftersom dessa inte definitivt är klassificerade för att fungera i "hårda" miljöer.

Min uppfattning: Du kan använda ett Arduino-kort, men du skulle behöva renovera det så att det inte är RoHS-kompatibelt, dvs. använda Sn-Pb-löd, använda konforma beläggningar och potta det. Som det ser ut har rymdelektronik ändå ett undantag från RoHS-överensstämmelse.

Arduino-korten du köper från hyllan är RoHS-kompatibla och använder hi-Sn / lo-Ag-säljare. Ett problem med det i en rymdmiljö är den höga känsligheten för tillväxt av tennhår från lödfogarna, vilket kan orsaka kortslutning genom att överbrygga till intilliggande spår. Tennmorrhår har ställts som en fråga här tidigare.

Tyvärr är tillväxten och orsakerna till dessa morrhår inte väl förstådda, och uppdragsvaraktigheten är inte en faktor - de kan förekomma när som helst.

Så din COTS Arduino kan gå på fritz när som helst.

Jag tycker att detta projekt är extremt svårt. För att få detaljerade högkvalitativa bilder av Apollo landningsplatser behöver du en mycket låg bana runt månen. Avståndet mellan rymdfarkosten och landningsplatsen måste vara tillräckligt liten för en detaljerad bild. Men de mycket låga månbanorna är inte stabila på grund av månens maskoner. För att undvika en krasch skulle det lilla rymdfarkosten behöva ett sofistikerat framdrivningssystem och mycket bränsle för omloppskontroll. Navigationen måste vara extremt exakt för att få en bana över en landningsplats. Det finns ingen mån-GPS tillgänglig för navigering. Att hitta landningsplatserna kräver komplex och mycket snabb bildbehandling för att upptäcka resterna av en landning inom en serie bilder. Jag tvivlar på att en arduino har tillräckligt med bearbetningskraft för att göra denna bildbehandling i realtid.

Det här har jag också tittat på. Här är min idé:

Använd ATMEGA328 (eller ATMEGA16A om det är tillräckligt hållbart) med trippel redundans och använd endast hålkomponenter på protoboard. Som nämnts någon annanstans här, använd blyad lödning. Röstkretsen för varje digital utgång kan byggas med fyra logiska grindar. En felräknare och övervakningskrets för att återställa en felaktig CPU kan också byggas från diskreta logikchips. 4000-serier är vad jag tittar på just nu. Lägg till optoisolatorer där de är vettiga. Koppartape på toppen och botten av varje chip kan hjälpa lite.

Formell beläggning av hela brädet när du är klar. Lägg till tunn RF-skärm av stål över de mest känsliga komponenterna. Använd potatis epoxi under avskärmningen. Det finns ny forskning (tyvärr har jag ingen länk) som antyder att rost kan hjälpa till att avböja vissa oönskade partiklar, så om denna inre avskärmning är rostig kan det hjälpa. Skärmen ska anslutas till gemensam mark med något slags skydd mot plötsliga spikar.

Lägg det hela i en fräsch / gjuten aluminiumprojektlåda med minst walls "tjocka väggar. Anslutningar på utsidan bör använda GX-flygkontakter. Håll stål och aluminium i kontakt med koppar eller mässing. Exakt hur beror det på hur du skapade hålet och hur mycket utrymme som finns runt det. Fyll hela lådan med lottmaterial. Slip ner lådans passande ytor och locket för god kontakt, skruva ner det och täta sömmen med ledande tejp.

Det kan vara lite tyngre än du skulle vilja, men alla dessa metoder ger tillsammans en chans att överleva.

Edit:

• Om något verkligen är uppdragskritiskt, använd mekaniska reläer istället för MOSFET.
• Undvik elektrolytkondensatorer som pesten. Undvik också polyester- och nylonfilmkondensatorer. Monolitiska keramiska kondensatorer är "tillräckligt bra" men försöker i allmänhet använda så få kondensatorer som s möjligt.