Control and Data Processing Unit voor kleine satellieten
Interfaces en preprocessing voor optische instrumenten
Samen met het Koninklijke Nederlandse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (NLR) ontwikkelen wij een Control and Data Processing Unit (CDPU) voor smallsats, oftewel kleine satellieten. De CDPU is een Instrument Control Unit (ICU) met dataverwerkingscapaciteiten. De Nederlandse optische industrie staat bekend om de kwaliteit van haar optische instrumenten voor aardobservatie vanuit de ruimte. Met de CDPU versterken we de kansen van deze hoogwaardige industrie door de ontwikkeling van nieuwe on-board dataverwerkingstechnologie. Op grond van deze strategische onderbouwing gunde het Netherlands Space Office (NSO) ons de opdracht.
‘New Space’: multidisciplinair en agile
Smallsats, satellieten met een gewicht tot 1000 kg, en de nog kleinere minisats en microsats, zijn een typisch voorbeeld van ‘New Space’: de beweging richting kleinschalige, snel realiseerbare en relatief goedkope ruimtetechnologie. De veelzijdige, compacte CDPU past naadloos in deze trend. Dat geldt overigens ook voor het ontwikkeltraject. Samen met NLR hanteren wij een multidisciplinaire, agile aanpak, waarbij we in korte sprints steeds weer nieuwe elementen van de CDPU ontwikkelen.
Binnen het project is NLR gefocust op het vaststellen, definiëren en valideren van de eisen voor de CDPU. Voor sommige toepassingen is zeer stralingsharde technologie vereist, bijvoorbeeld als een satelliet meerdere jaren in bedrijf zal zijn. Maar de CDPU kan ook worden ingezet voor kortdurende toepassingen, waarbij stralingshardheid minder belangrijk is. Wij ontwikkelen betrouwbare elektronica met een schaalbaar kwaliteitsniveau dat wordt afgestemd op het missieprofiel van de satelliet.
Flexibiliteit en multi-inzetbaarheid zijn ook terug te vinden in de technologie van de CDPU. Het rekenhart van het systeem wordt gevormd door een stralingsharde, herprogrammeerbare FPGA. Deze technologie is het domein van Technolution Advance: betrouwbare, modulair ontworpen elektronica in combinatie met programmeerbare logica. Dankzij de FPGA-technologie is het relatief eenvoudig om andere dataprocessingfuncties te implementeren of de besturingsfuncties aan te passen. Dit kan zelfs nadat een satelliet met de CDPU is gelanceerd en in bedrijf is gebracht.
Interfacing en dataprocessing
De CDPU is gericht op gemakkelijke en betrouwbare integratie en besturing van optische instrumenten in smallsatplatformen. Naast interfacing voor optica heeft de CDPU nog een belangrijke functie. De ingebouwde FPGA-processoren verzorgen de preprocessing van de vastgelegde imaging-data. Dit gebeurt vóórdat de data downstream naar het grondstation worden verzonden. Dankzij de preprocessing is hiervoor veel minder bandbreedte nodig. De CDPU beschikt daarnaast over voldoende rekenkracht om irrelevante data weg te filteren uit de meetgegevens, en data te beveiligen door middel van encryptie.
Boost voor de Nederlandse ruimtevaart
Na een succesvolle functionele demo wordt de CDPU nu doorontwikkeld tot een zogenaamd ‘Engineering Model’. Ondanks de flexibele ‘New Space’-aanpak moet ruimtetechnologie uiteraard nog steeds voldoen aan hoge technische standaarden. Met een combinatie van betrouwbare (agile) ontwikkelmethodes uit de hightech-equipmentindustrie en geïnspireerd door traditionele ruimtevaartstandaarden, zullen NLR en Technolution Advance nog een flink aantal ontwikkelstadia doorlopen. Samen werken wij toe naar een uiteindelijk ‘Flight Model’ van de CDPU, dat klaar is voor gebruik in de ruimte, in eerste instantie voor smallsatruimte-instrumenten.
Met Nederlandse besturings- en dataverwerkingstechnologie, gericht op de inzet van Nederlandse optische technologie, kan de CDPU een stevige boost geven aan Nederlandse ruimtevaarttechnologie.
De CDPU van Technolution Advance en Koninklijke NLR is een SBIR-programma in opdracht van NSO – Netherlands Space Office.
