Il y a un certain nombre de raisons pour lesquelles l'électronique des vaisseaux spatiaux est généralement en retard sur ce qui est disponible dans le commerce de plusieurs années.

Tolérance aux radiations

L'électronique est très sensible au phénomène de rayonnement que l'électronique terrestre est protégé de l'atmosphère terrestre et du champ magnétique. Les mécanismes de défaillance courants basés sur les rayonnements sont l'événement / bouleversement à événement unique (SEE / SEU) - le plus souvent considéré comme un bit retourné, verrouillé - où un peu reste bloqué dans un certain état et la pièce doit être mise hors tension. être réinitialisé, burn-out - où une particule de haute énergie (par exemple un proton ou un neutron) détruit la pièce, et la dose totale - où une exposition à long terme (plutôt qu'un événement anormal) dégrade la pièce. Au fur et à mesure que les puces et les circuits avancent et emballent plus étroitement les transistors, la probabilité de ces événements augmente.

Plusieurs techniques et méthodes de test existent pour démontrer si les assemblages électroniques sont robustes dans les environnements de rayonnement spatial, mais ces tests sont coûteux. Ainsi, une fois qu'ils ont été effectués pour une pièce, un composant ou un assemblage, le commerce est souvent fait pour vivre avec moins de performances et économiser le coût de nouveaux tests et éviter le risque d'échec complet de la mission.

Fiabilité

Il est plus facile de faire la maintenance sur un ordinateur terrestre, et les coûts de panne sont souvent bien inférieurs à ceux des engins spatiaux. Les systèmes au sol n'ont pas non plus la même puissance, la même taille et les mêmes budgets de masse que les systèmes spatiaux, ce qui limite la quantité de redondance possible. Une solution consiste à continuer à utiliser des pièces dont la fiabilité a été démontrée. Une autre façon d'augmenter la fiabilité consiste à effectuer un criblage des pièces et à effectuer de nombreux tests électroniques (par exemple, un étuvage pour trouver la mortalité infantile, des tests de vibrations aléatoires pour imiter les environnements de lancement, des tests de choc pour imiter des événements pyrotechniques comme le largage du carénage et des tests de vide thermique pour imiter l'espace. Ce test prend du temps et coûte cher. Le délai à lui seul place la plupart des systèmes spatiaux au moins un cycle de loi de Moore derrière les derniers composants grand public.

Temps de construction pour les satellites

À ne dites rien de l'avionique, les satellites prennent beaucoup de temps à construire. Même lorsque les ordinateurs sont terminés, le reste du véhicule doit être assemblé et testé. Pour les gros vaisseaux spatiaux, cela peut prendre des années. Pendant ce temps, l'ordinateur ne rajeunit pas et une aversion (souvent justifiée) pour le risque signifie que sa mise à niveau nécessiterait de refaire plusieurs de ces tests.

Consommation d'énergie

Avec le temps, la loi de Moore aide les puces à augmenter le traitement puissance et diminution de la consommation électrique, mais d'une manière générale, lorsque l'on compare des pièces contemporaines, des puces plus puissantes consomment plus d'énergie. Les engins spatiaux sont presque universellement privés de puissance, il n'y a donc guère d'incitation à utiliser une puce plus gourmande en énergie que ce qui est absolument nécessaire. Tout dans un vaisseau spatial est un compromis: un watt de puissance utilisé pour l'ordinateur de vol principal transportant des cycles inutilisés est un watt qui ne peut pas être utilisé pour les communications RF, ou pour fournir de l'énergie à une charge utile (lorsque cette communications), etc.

Paperasserie

La paperasse et le processus peuvent être aussi dominants que toutes les autres raisons. L'industrie aérospatiale en tant que barrière historiquement élevée à l'entrée. Une fois la raison est le capital humain nécessaire pour construire et lancer des vaisseaux spatiaux, mais tout aussi important est l'héritage spatial des logiciels et des composants qui les intègrent. Les environnements spatiaux sont plus difficiles que les environnements terrestres de diverses manières et nécessitent souvent des solutions uniques (pour l'avionique, le rejet de chaleur sans refroidissement par convection en est un bon exemple). Les environnements de lancement ont été décrits ci-dessus. La qualification des composants est une tâche centrée sur le matériel dans le monde réel, mais il existe une trace écrite qui confirme cette analyse et donne l'assurance aux clients d'un constructeur d'engins spatiaux et au fournisseur de lancement que le véhicule sera en sécurité pendant l'ascension et qu'il fonctionnera dans espace. Cela est prouvé par une combinaison de tests, d'analyses et de démonstrations, mais la plupart des gens qui se soucient ne sont pas témoins ou ne supervisent pas ces activités directement, ils comptent donc sur d'excellents documents pour fournir cette confiance. Une fois que vous avez eu la difficulté d'obtenir l'adhésion sur le widget X, l'effort associé à l'obtention d'un Δ buy-in pour le widget Y ou même X + est plus difficile à justifier si la partie la plus ancienne fonctionne toujours. Les fournisseurs aérospatiaux (maîtres d'œuvre et tout au long de la chaîne d'approvisionnement) sont souvent également tenus de mettre en place des processus de qualité rigoureux, c'est-à-dire plus de paperasse et de processus. Tout cela ralentit le rythme de l'innovation et du changement en échange de la prévisibilité.

Retards de lancement

Ensuite, une fois que le vaisseau spatial est prêt, il doit être lancé, et les lancements peuvent glisser des mois, voire des années.

Une grande partie de cela est la fiabilité. La NASA pourrait probablement installer une puce Intel Xeon fabriquée en 2012 qui a une puissance de traitement extrêmement élevée.

Cependant, la puce qui a été utilisée , le RAD750, a des années d'expériences et d'utilisation derrière lui, comme être utilisé dans une variété de vaisseaux spatiaux, y compris:

• Deep Impact Comet poursuivant les vaisseaux spatiaux, lancé en janvier 2005 - premier à utiliser l'ordinateur RAD750.
• XSS 11, petit satellite expérimental, lancé le 11 avril 2005
• Mars Reconnaissance Orbiter, lancé le 12 août 2005.
• WorldView- 1 satellite, lancé le 18 septembre 2007 - possède deux RAD750.
• Le télescope spatial à rayons gamma Fermi, anciennement GLAST, lancé le 11 juin 2008
• Le télescope spatial Kepler, lancé en mars 2009 .
• Lunar Reconnaissance Orbiter, lancé le 18 juin 2009
• Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE) lancé le 14 décembre 2009
• Solar Dynamics Observatory, lancé le 11 février 2010
• Le vaisseau spatial Juno, lancé A 5 août 2011
• Curiosity rover, lancé le 26 novembre 2011

En raison de son utilisation depuis 2005, la NASA peut être assez convaincue que la puce a gagné N'échoue pas à cause de problèmes de radiation, etc.

Pourquoi? Eh bien, je dirais que la réponse de John Besin résume assez bien la situation, et je n’essaierai pas d’y ajouter:

Je ne pense pas que ce serait le cas du tout. Si quoi que ce soit, la NASA voudrait utiliser du matériel (et des logiciels) qui ont été largement testés au cours des années d'utilisation, à la fois à la NASA et dans l'industrie dans son ensemble. La dernière chose que la NASA souhaite est de trouver un bogue dans le système d'un vaisseau spatial à un moment inopportun , et lorsque vous parlez d'appareils qui doivent parcourir potentiellement des centaines de milliers de kilomètres dans l'espace, il y a de nombreux moments inopportuns .

On pourrait penser que les vaisseaux spatiaux seraient à la fine pointe de la technologie.

Je ne pense pas que ce soit le cas du tout. Au contraire, la NASA souhaiterait utiliser du matériel (et des logiciels) qui ont été largement testés au cours d’années d’utilisation, à la fois à la NASA et dans l’industrie dans son ensemble. La dernière chose que la NASA souhaite est de trouver un bogue dans le système d'un vaisseau spatial à un moment inopportun, et lorsque vous parlez d'appareils qui doivent parcourir potentiellement des centaines de milliers de kilomètres dans l'espace, il y en a beaucoup des moments inopportuns.

Vous pourriez également trouver cette question sur Programmers.SE intéressante; il aborde les langages de programmation, le matériel, etc. utilisés pour construire le rover Mars Curiousity.

De plus, j'imagine que le matériel de faible spécification que la NASA utilise a des besoins en énergie inférieurs à ceux du matériel de pointe et de haute puissance . Par exemple, si le mobile n'a pas besoin d'un processeur plus rapide pour fonctionner, pourquoi gaspiller de l'espace et du poids en alimentant un tel processeur alors qu'un processeur moins performant suffira?

Une autre raison importante est qu'il n'est tout simplement pas nécessaire de faire quelque chose de plus puissant. Il existe de nombreuses applications sur Terre où la fiabilité est plus importante que la vitesse. Par exemple, un distributeur automatique contient un simple ordinateur. Vous ne voulez pas que cela s'écrase et prenne votre argent.

La grande majorité du traitement utilisé aujourd'hui par les ordinateurs se trouve dans l'interface graphique. Comme il n'y a pas de satellite qui exécute une interface graphique, cela ne fait pas vraiment de différence.

Le but de l'ordinateur d'un satellite est de maintenir le satellite en vie, pointé dans la bonne direction, de gérer et collectez des données pour une utilisation sur le terrain. Ainsi, ils n'ont pas besoin d'avoir des processeurs gigahertz, ils ont juste besoin d'être un canal de données. Ils doivent le faire avec un haut niveau de précision. Vous ne pouvez pas aller appuyer sur le bouton d'alimentation d'un vaisseau spatial, vous avez besoin que ses systèmes fonctionnent parfaitement à tout moment.

Les ordinateurs sont régulièrement utilisés sur l'ISS par les astronautes, mais ceux-ci sont faits pour des non- systèmes critiques. Ce n'est que lorsque l'ordinateur doit effectuer un traitement important des données que la vitesse compte, et à l'exception de certaines compressions, la plupart de celles-ci se font encore sur Terre. En outre, la plupart des systèmes chargés d'images ont des puces intégrées personnalisées qui aident à traiter les images plus rapidement, ce qui permet de réduire le travail sur le processeur principal.

Il y a un anime appelé " Rocket Girls" dans lequel le protagoniste a posé la même question. La réponse qu'elle a obtenue était qu'ils n'utilisaient que la technologie classique; technologie qui a bâti une réputation de succès au fil du temps. Cela vaut également pour la médecine et l'aviation générale. En fait, cela est vrai pour la plupart des branches de l'ingénierie, principalement l'ingénierie logicielle qui continue à utiliser les "derniers" trucs.

De plus, CMOS est plus sensible aux radiations que TTL, donc lorsque vous effectuez un Radiation Hardening, il peut être préférable d'avoir une puce TTL lente de 100 MHz plutôt qu'une puce CMOS rapide de 3,4 GHz.

Je pourrais ajouter deux choses aux bonnes réponses déjà ici:

• Délai de sélection. La décision quant au matériel à utiliser pour un véhicule est prise bien avant (des années?) Le lancement du véhicule. Ainsi, au lancement, il est probablement obsolète.
• Durcissement aux radiations. Souvent, ces comparaisons se concentrent sur une ou deux spécifications intéressantes pour les utilisations terrestres: la vitesse d'horloge du processeur et la RAM par exemple. Bien que ceux-ci soient importants, la tolérance aux pannes dans un environnement rayonné est plus importante en volant par Jupiter qu'en jouant à Doom. Cette tolérance crée un compromis qui n'aide pas les autres spécifications.

• Heure de sélection : les vaisseaux spatiaux sont conçus et construits des années avant le lancement. Le processeur sélectionné au moment de la construction, même s'il est haut de gamme, aura été éclipsé par le moment du lancement.
• Tolérance aux vibrations : le lancement d'un vaisseau spatial nécessite des systèmes informatiques tolérants aux vibrations; de nombreux processeurs plus récents ne sont pas encore évalués au moment de la conception.
• Résistance aux rayonnements : les circuits plus petits sont plus sujets aux erreurs induites par les rayonnements que les circuits plus grands. les processeurs les plus avancés utilisent des circuits plus petits pour réduire les coûts énergétiques, les charges thermiques et les temps de cycle de fonctionnement.
• Prix : les processeurs plus anciens peuvent être achetés pour beaucoup moins cher que les processeurs de pointe actuels; les prix baissent sensiblement une fois les brevets expirés.
• manque de besoin : tous les satellites n'ont pas besoin de solutions de traitement très robustes.
  L'ensemble de la mission Apollo a été exécutée avec une puissance de traitement équivalent à quelques stations de travail Linux haut de gamme ... cela inclut les mainframes de JSC et de Cape Kenedy. L'ordinateur de bord d'Apollo était à peu près aussi puissant que de nombreuses montres numériques. (80 Ko de mémoire totale; c'est 37 Ko de mots de 2 Go chacun pour la ROM, plus 2 Ko de RAM.) Il fonctionnait à 1 MHz, plutôt rapide pour son jour. J'ai acheté des calculatrices à 20 $ avec de meilleures spécifications que l'AGC.
  Les tâches de la plupart des satellites peuvent être exécutées de manière fiable avec des processeurs plus anciens sans compromis sur la mission.

La même chose se produit dans l'aviation, comme vous l'avez identifiée pour la technologie spatiale. Les principaux facteurs seraient la fiabilité, la "dureté" et les délais de développement, mais il y a d'autres considérations.

Tout système vital doit être digne de confiance, et quand vous ne pouvez pas y arriver, le réparer si ça casse (comme les sondes spatiales robotiques), la fiabilité devient également primordiale. Plus une chose existe depuis longtemps et accumule de l'expérience, plus on peut lui faire confiance. De plus, plus un système est complexe, plus il peut être difficile de vérifier que toutes les «pièces de travail» fonctionnent comme elles le devraient. Les dernières technologies repoussent toujours les limites d'une forme ou d'une autre, remettant en question les limites de ce qui peut être fait. Cela peut mettre une chose au bord de la catastrophe - pas un bon endroit où être quand des vies sont en jeu. La nouvelle technologie informatique est toujours plus sophistiquée (plus complexe) que ce qu'elle remplace, ce qui rend la vérification / validation plus difficile.

Les avions et les fusées opèrent dans des environnements difficiles; les véhicules eux-mêmes créent des environnements difficiles ou peut-être extrêmes pour certains de leurs propres composants. Il est difficile de construire des composants et des systèmes électroniques qui peuvent fonctionner dans de telles conditions - température, chocs / vibrations, EMI, rayonnement, etc. sans problème de fiabilité.

Cela prend beaucoup de temps (des années) pour un un nouvel avion ou un nouveau système spatial pour passer de la conception initiale au «premier lancement», et la conception des sous-systèmes (y compris ceux utilisant des ordinateurs) doit être gelée à un moment donné du processus. La technologie informatique évolue beaucoup plus rapidement, de sorte que les conceptions se figent avec ce qui est digne de confiance (peut-être devenant déjà obsolète), et la technologie informatique avance plus loin avant que l'avion ou la fusée ne prenne son envol.

Ce n'est peut-être pas vraiment sage chose d'essayer de le faire d'une autre manière. Lorsque votre vie est en jeu, il vaut mieux avoir un système ancien, grossier mais fiable que quelque chose de nouveau et de chic, mais pas entièrement prouvé.

Fait intéressant, cela ne s'applique pas à tous les vaisseaux spatiaux. Les satellites Flock de Planet Labs sont en fait assez avant-gardistes, comme l’a déclaré l’un des développeurs du podcast AmpHour. En fait, les tests de nouvelles conceptions de satellites ont été ralentis par le temps qu'il a fallu pour lancer les satellites une fois qu'ils ont été fabriqués.

Je suggère d'écouter le podcast, cet épisode était assez intéressant.