W październiku 2015 roku rozpoczęły się prace nad przygotowaniem oprogramowania komputera pokładowego polskiego satelity PW-Sat2. Od tego momentu Maciek bierze w nich udział i łączy świat „nudnych biznesowych .NET-owych aplikacji webowych” ze światem elektroniki, C++ i Kosmosu. W ramach swojego wykładu opowiedział o technologii, a także o różnicach i podobieństwach w obu światach oraz wyzwaniach — tych przyziemnych i tych pozaziemskich.

1. pw-sat.pl www.future-processing.com
.NETowiec w
Kosmosie2017.12.01 | Maciej Nowak

2. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k2
https://www.youtube.com/watch?v=oSsqaUjLTrg

3. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k3
PW-Sat2
 Drugi polski satelita studencki
 CubeSat 2U
 Studenci PolitechnikiWarszawskiej
• Mechanika
• Elektronika
• Eksperymenty
 Future Processing
• Oprogramowanie komputera pokładowego

4. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k4
PW-Sat2
 Podstawowa misja:
• przetestowanie żagla deorbitacyjnego
 Cele drugorzędne
• Test mechanizmu otwierania paneli słonecznych
• Pomiar przyjętego promieniowania
• Test czujnika Słońca
• Zrobienie zdjęcia
 Start: kwiecień 2018

5. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k5
CubeSat
 Nanosatelity wynoszone na orbitę przy okazji innych misji
 Powszechnie dostępne elementy elektroniczne
 Wykorzystywane do przeprowadzania eksperymentów
 Koncepcyjnie przypominają „duże” satelity ale są tańsze

6. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k6
Bus + Payload
Żagiel deorbitacyjny
Kamery
Payload
Bus
Układ zasilania (EPS)
Komunikacja (COMM)
Kontrola orientacji (ADCS)
Komputer pokładowy (OBC)
Czujnik słońca
Panele słoneczne

7. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k7
Bus + Payload
Payload
Bus

8. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k8
Bus + Payload
Żagiel deorbitacyjny
Kamery
Payload
Bus
Panele słoneczne
Układ zasilania (EPS)
Komunikacja (COMM)
Kontrola orientacji (ADCS)
Komputer pokładowy (OBC)
Czujnik słońca

9. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k9
Zadania OBC
 Przetrwać
 Wykonywanie planu misji
 Obsługa telekomend
 Zbieranie telemetrii
 Housekeeping
 Wykonywanie eksperymentów

10. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k10
Hardware
Laptop
 4 rdzenie, 64-bit, 2.8GHz
 16GB RAM
 512GB SSD + 1TB HDD
 Komunikacja: USB,TCP
OBC
 ARM Cortex-M3, 48MHz
 Brak FPU
 1MB SRAM
 1MB pamięci programu
 16MB pamięci trwałej
 Komunikacja: I2C, SPI, UART

11. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k11
Toolchain
 C++14
 GCC arm-none-eabi 5.4
 CMake + make
 GoogleTest
 RapidCheck
 QEMU (unit testy)
 Testy integracyjne – Python 2.7
 Jenkins

12. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k12
Toolchain
OBC EM Pamięci DeviceMock

13. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k13
RTOS
 Nie ma „klasycznego” systemu operacyjnego
 Stosuje się RTOS (Real-Time Operating System), np. FreeRTOS
• Łączony z docelowym programem jak biblioteka (5 plików)
• Wielowątkowość z wywłaszczeniem
• Podstawowe mechanizmy synchronizacyjne (kolejka, semafor)
 Konieczna jest ręczna kontrola ilości pamięci zużywanej przez wątki

14. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k14
Pętla misji
SystemState state;
while(1)
{
for(auto& u: _updates)
u.Update(state);
for(auto& a: _actions)
if(a.CanExecute(state))
a.Execute(state);
Sleep(10s);
}
Update
• Bieżący czas
• Status anten
• Warunek otworzenia żagla
Action
• Otwieranie anten
• Otwieranie żagla
• Okresowy restart

15. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k15
Komunikacja
Mój dom
 30Mb/s
 Dostęp cały czas
 Wysokopoziomowe protokoły
(TCP, HTTP, REST)
PW-Sat2
 Uplink 1200 bps
 Downlink 9600 bps
 5 minut dziennie
 Telekomendy
 Nieskorelowane odpowiedzi

16. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k16
Komunikacja

17. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k17
Beacon
 Wysyłany co 60 sekund stan satelity (telemetria)
 180 wartości
 1831 bitów = 228,875 bajtów

18. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k18
Garść
statystyk
 5 osób
 2 lata
 381 pull requestów
 1 960 commity
 1 322 unit testy
 170 testów integracyjnych
 Ponad 70k linii kodu

19. Dzięki!
Clean room, Centrum Badań Kosmicznych

20. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k20
BIS: CUTE-1.7
+ APD II
 Nanosatelita, 20cm x 15cm x 10cm, 3kg
 Wystrzelony w 2008
 Zbudowany przezTokyo Institute ofTechnology
 Oparty na PDA zWindows CE.NET
 Komunikacja z podzespołami przez USB

21. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k21
BIS:Konfigurac
ja
 W 1991 satelita ERS-1 nie utrzymywał orientacji na orbicie
 Powód: odwrotnie zamontowany magnetorquer (fancy magnes)
 Rozwiązanie: korekcja (mnożenie przez -1) w oprogramowaniu
 Wniosek: trzeba być przygotowanym na proste poprawki

22. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k22
BIS:Dane
wejściowe
 Satelita Hipparcos (1989 – 1993)
 Wymagał okresowej aktualizacji danych
 Błąd w danych 10e-6 zamiast 10E-6
• Oprogramowanie zignorowało błędny fragment (e-6)
 Efekt: wygenerowany moment obrotowy milion razy za duży

23. . N E T o w i e c w K o s m o s i e | 2 0 1 7 . 1 2 . 0 1 | M a c i e j N o w a k23
BIS: Command-Query
Separation
 Moduł ADCS – gotowy produkt dostępny na rynku
 Jedna z funkcjonalności: pomiar pola magnetycznego
 Sposób użycia: Polecenie (rozpocznij pomiar) + Polecenie (zwróć
wartość)
 Problem: zbyt szybkie zapytanie o wartość, powoduje anulowanie
pomiaru
 Rozwiązanie: Sleep

24. Dzięki!