I hjärtat av ESA:s Hera-uppdrag till de dubbla Didymos-asteroiderna kommer att vara en inbyggd dator avsedd att vara felsäker.

Designad för att fungera upp till 490 miljoner km bort från jorden och motstå fyra år av hård strålningsexponering, Heras dator måste fungera smidigt utan att låsa sig eller krascha – på grund av misslyckande i uppdraget, samtidigt som man tänjer på gränserna för autonomi ombord.

Utvecklingen av Hera-uppdraget för planetariskt försvar pågår över hela Europa, att slutföra en byggfärdig design som ska presenteras för Europas rymdministrar vid Space19+ ministerråd i november. Heras inbyggda dator övervakas av QinetiQ Space i Belgien, även tillverkarna av Proba-familjen av tekniktestande minisatelliter.

Peter Holsters från QinetiQ Space förklarar:"En populär liknelse är att om en satellits plattform är som en buss – med vetenskapsgenererande nyttolaster som passagerare på sina säten – så är omborddatorn bussens förare. Det är hjärnan i bussen. hela uppdraget, samordna och driva de olika system och nyttolaster ombord."

Bortom jordens omloppsbana

Utmaningen är att just den här omborddatorn kommer att fungera mycket längre bort än ett typiskt uppdrag i jordens omloppsbana. För att fånga upp Didymos-paret av jordnära asteroider kommer den skrivbordsstora rymdfarkosten att ge sig ut långt ut i rymden, något bortom Mars omloppsbana.

"Att åka så långt bort betyder till att börja med att arbeta i en annan strålningsmiljö, vilket kräver mycket noggrant komponentval såväl som specifika programvarustrategier, tillägger Peter.

Utöver skyddet av jordens magnetfält, rymden är full av laddade partiklar från det bredare kosmos, samt solstormar från vår egen sol. Dessa partiklar är tillräckligt energiska för att passera genom ytskärmning för att "vända" enskilda minnesbitar - potentiellt korrumpera datorminne - eller göra permanent skada som kallas "låsningar", "motsvarande små kortslutningar.

"Våra datorer använder flashminne - samma som i din egen bärbara dator eller smartphone - men vi utför rigorösa strålningstester för att säkerställa att batcharna vi använder uppfyller de nödvändiga prestandastandarderna, tillägger Peter.

"Nästa nivå för att hantera problemet är på mjukvarusidan, med snabb feldetektering och kontroll i minneshanteringen, inklusive förmågan att identifiera och komma runt "dåliga blocker" i minnet."

Att våga sig långt från solen innebär också att omborddatorn – liksom rymdfarkosten som helhet – kommer att behöva klara sig med mindre kraft än i sin hemplanetens omloppsbana, när tillgängligt solsken krymper.

Att tänja på gränserna för autonomi

När det gäller alla djupa rymduppdrag, stöd från markkontroll kommer också att begränsas. Det stora avståndet innebär att realtidskontroll inte kommer att vara genomförbar. Heras dator kommer att kunna fatta många av sina egna beslut. Dessutom, i den komplexa dubbelasteroidmiljön i Didymos, växling till säkert läge under kritiska närhetsoperationer måste undvikas.

"I jordens omloppsbana är det ingen stor sak att ett uppdrags dator går in i felsäkert läge - själva satelliten går ingenstans, det finns tid att konfigurera om det, " säger Peter. "Men i rymden, med stora asteroider som virvlar runt, all återställning från fel måste göras självständigt, och så snabbt som möjligt.

"Det innebär maximal redundans och snabba omkopplingstider från det felaktiga elementet till dess backup. Vi har faktiskt god erfarenhet av sådan het redundans från ett annat företagsprojekt:att utveckla en säkerhetskritisk dockningsmekanism enligt International Birthing and Docking Mechanism Standard, som används för att skapa förbindelsen mellan bemannade och obemannade rymdfarkoster i ena änden och den internationella rymdstationen eller i framtiden Lunar Gateway-stationen, på den andra.

"Vårt riktmärke för Hera är att omkonfigurering från alla datorfel bör vara extremt snabb, en fråga om 10 till 20 sekunder.

"En annan designstrategi är att medvetet inte ha all funktionalitet i den centrala omborddatorn. På Hera kommer bildbehandlingen – som potentiellt kan användas för autonom rymdfarkostsnavigering – att utföras av en dedikerad enhet, utvecklas av GMV i Rumänien."

Det är ett liknande tillvägagångssätt som att ha ett separat grafikkort för att få din hemdator att köra videospel bättre – för att undvika att datorn täpps igen med beräkningsintensiva men icke-kärnuppgifter.

Från Proba-folden

Heras dator kommer att köras på en kraftfull dual-core LEON-3-processor – en del av en familj av ESA-utvecklade mikroprocessorer för rymd. Dess övergripande design är utvecklad från ADPMS—Advanced Data and Power Management System—dator som flögs på Proba-2, Proba-V och de kommande Proba-3 minisatelliterna. Den här datorn har visat mer än 15 års drift i omloppsbana med mycket hög tillförlitlighet.

"Vi har nått den tekniska modellfasen av vår uppgraderade ADPMS-design, som kommer att tjäna Altius ozonövervakningsuppdrag såväl som Hera.

"Denna testning – med stöd av ESA:s General Support Technology Programme – äger rum under vårt ProbaNEXT-projekt, som utvecklar vår nästa generations Proba-plattform för en mängd olika användningsområden och användare.

"För närvarande, vi kvalificerar redundansen och den snabba omkopplingstiden i designen. Denna testning tillåter oss att visa all relevant funktion som Hera behöver, så när beslutet är fattat att flyga uppdraget kommer vi att vara redo."