La NASA améliore les Wallops pour les grandes missions suborbitales scientifiques

Les grandes quantités de données collectées par les instruments scientifiques sensibles d’aujourd’hui présentent un défi de gestion des données pour les systèmes informatiques de mission de petites fusées et de ballons.

“De manière générale, les charges utiles scientifiques deviennent plus volumineuses et plus complexes”, a déclaré l’astrophysicien Alan Kogut, du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland. “Vous repoussez toujours les limites de ce qui peut être fait, et récupérer rapidement leurs données est clairement une priorité élevée pour la communauté scientifique des ballons.”

Les plates-formes scientifiques suborbitales offrent des opportunités de tests rapides et peu coûteuses pour étudier la Terre, notre système solaire et l’univers. Les ingénieurs de l’installation de vol Wallops de la NASA en Virginie développent de nouveaux systèmes de plus grande capacité pour traiter, stocker et transmettre ces données à l’aide du programme interne de recherche et de développement de l’IRAD.

Un effort de collecte de données élevées, a déclaré Kogut, nécessite de nouveaux types de capteurs pour capturer de faibles modèles dans le fond cosmique des micro-ondes : la lumière la plus ancienne du cosmos, qui a été produite 380 000 ans après le big bang, lorsque l’univers s’est suffisamment refroidi pour former le premiers atomes.

Capturer la polarisation – l’orientation de cette lumière par rapport à son trajet – devrait montrer des modèles issus de l’état quantique original de l’univers, a-t-il expliqué. Si elles sont observées, ces modèles pourraient ouvrir la voie à une théorie quantique de la gravité : quelque chose qui va au-delà de la théorie générale de la relativité d’Einstein.

“Observer cette polarisation nécessite beaucoup de données”, a déclaré Kogut. “Les résultats sont limités par le bruit dans chaque détecteur individuel, c’est pourquoi les scientifiques envisagent de faire voler jusqu’à 10 000 détecteurs sur un ballon pour minimiser ce bruit.”

Si un ballon à haute altitude flottant au-dessus des nuages ​​est un endroit idéal pour des missions dans l’espace sans perturbations de l’atmosphère terrestre, c’est également un bon endroit pour être frappé par les rayons cosmiques filtrés par notre atmosphère, a-t-il expliqué. Ces particules à haute énergie éclaboussent les structures solides de la charge utile du ballon, produisant des signaux indésirables – du bruit – dans les détecteurs.

Plus rapide, plus léger, moins cher

Le CASBa, Comprehensive Avionic System for Balloons, vise à remplacer un système initialement développé dans les années 1980, a déclaré Sarah Wright, responsable de la technologie suborbitale chez NASA Wallops. CASBa capturera, traitera et transmettra des gigaoctets plutôt que la capacité en mégaoctets du système actuel. Le construire autour de cœurs informatiques fournis dans le commerce permet également de réduire les coûts de mission tout en réduisant la masse, a ajouté Wright.

“C’est l’essence même de la science des fusées-sondes et des ballons-sondes”, a-t-elle déclaré. “Si c’est relativement peu coûteux et disponible dans le commerce, les scientifiques pourraient consacrer davantage de ressources au développement du package scientifique.”

CASBa fournira une variété d’options et de configurations pour différents besoins de mission, a-t-elle déclaré et travaillera avec le logiciel d’exploitation de base du système de vol développé à la NASA Goddard.

Une fois éprouvée lors d’un vol en ballon cet été, une version fusée-sonde sera testée en 2025. D’autres projets de l’IRAD visent à développer une électronique de commutation de puissance plus efficace et des capacités de transmission à débit de données plus élevé qui, ensemble, complètent la capacité de calcul et de téléchargement. révision.

L’ingénieur Ted Daisey dirige les efforts de l’IRAD visant à intégrer un ordinateur disponible dans le commerce de la taille d’une carte de crédit dans son module de contrôle.

“Nous construisons cela autour d’un Raspberry Pi Compute Module 4, qui est un produit industriel destiné aux systèmes embarqués”, a déclaré Daisey, “cela sera donc très rentable pour les projets suborbitaux que nous réalisons ici à Wallops.”

L’ingénieur Scott Hesh développe l’unité de commutation de puissance pour compléter l’ordinateur Raspberry Pi CM4. Il l’a décrit comme un commutateur modulaire qui distribue l’alimentation du système entre huit systèmes matériels différents. Il utilise des « fusibles » logiciels programmables pour protéger les composants contre la surchauffe ainsi que des fusibles matériels pour protéger l’unité de commutation d’alimentation.

“Le package avionique prend un peu moins de place et moins de masse qu’un système de fusée-sonde actuel”, a-t-il déclaré. « Mais cela change la donne en matière de mise en œuvre de l’avionique et de la communication. Chaque module mesure environ 8 pouces sur 6 pouces, ce qui est beaucoup plus petit que nos systèmes de ballons actuels.

« Tout ce 21^St Le système avionique du siècle a été conçu sur la base de notre philosophie Wallops de solutions rapides, agiles et rentables pour nos plates-formes suborbitales », a ajouté Hesh.