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ScOSA - Scalable On-Board Computing for Space Avionics

Treudler, Carl Johann und Benninghoff, Heike und Borchers, Kai und Brunner, Bernhard und Cremer, Jan und Dumke, Michael und Gärtner, Thomas und Höflinger, Kilian Johann und Lüdtke, Daniel und Peng, Ting und Risse, Eicke-Alexander und Schwenk, Kurt und Stelzer, Martin und Ulmer, Moritz und Vellas, Simon und Westerdorff, Karsten (2018) ScOSA - Scalable On-Board Computing for Space Avionics. In: Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC. IAC 2018, 2018-10-01 - 2018-10-05, Deutschland, Bremen.

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551kB

Kurzfassung

Computational demands on spacecraft have continuously increased for years whereby available space qualified hardware is not capable of satisfying these requirements completely. This paper introduces a way to overcome this problem by combining highly reliable space qualified hardware with highly performant commercial off-the-shelf (COTS) components. This combination of hardware enabled us to develop a new type of on-board computing (OBC) system, called ScOSA (Scalable On-Board Computing for Space Avionics). A ScOSA system uses a distributed approach whereas it consists of multiple nodes. They are classified as reliable or high performance nodes. The reliable nodes are based on radiation-hardened Leon3 processors, the high-performance nodes on COTS Xilinx Zynq (CPU and FPGA). All nodes are connected by a SpaceWire network with a meshed topology that provides redundant data paths to establish fault tolerance. A large number of existing systems can be connected to our system given that SpaceWire is widely used within the space domain. ScOSA has additional capabilities during operation that set it apart from traditional on-board computing systems. During runtime a dynamic reconfiguration of the whole system can be performed. By this, faulty nodes can be removed or recovered nodes can be reintegrated into the system. Additionally, computation tasks can be started, stopped or shifted between all active nodes. Also, connected FPGAs can be reprogrammed. As a consequence, these reconfiguration capabilities can be used to fulfill changing requirements without exchanging the underlying hardware. This can also be used to handle different spacecraft modes or mission phases. The contribution of this paper is to explain the details of the ScOSA architecture, implementation and its functionality. Additionally, we will show the results of running representative applications from the space robotics, earth-observation and satellite avionics domains. These applications were selected for evaluating the system capabilities and include, among others, autonomous navigation and capture operations, stereo image processing and optical ship detection. Testing and demonstration will be done in Hardware-in-the-Loop simulators or on robotic testbeds (namely DLR’s EPOS and OOS-Sim).

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/122492/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:ScOSA - Scalable On-Board Computing for Space Avionics
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Treudler, Carl JohannCarl.Treudler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0794-4931NICHT SPEZIFIZIERT
Benninghoff, HeikeHeike.Benninghoff (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-0836-9171NICHT SPEZIFIZIERT
Borchers, Kaikai.borchers (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Brunner, BernhardBernhard.Brunner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0002-8459-7934NICHT SPEZIFIZIERT
Cremer, JanJan.Cremer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Dumke, MichaelMichael.Dumke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5587-7884NICHT SPEZIFIZIERT
Gärtner, Thomasthomas.gaertner (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5404-2482NICHT SPEZIFIZIERT
Höflinger, Kilian JohannKilian.Hoeflinger (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7565-8232NICHT SPEZIFIZIERT
Lüdtke, DanielDaniel.Luedtke (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-6758-1562NICHT SPEZIFIZIERT
Peng, TingTing.Peng (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0680-2376NICHT SPEZIFIZIERT
Risse, Eicke-AlexanderEicke-Alexander.Risse (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Schwenk, KurtKurt.Schwenk (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4305-9702NICHT SPEZIFIZIERT
Stelzer, MartinMartin.Stelzer (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ulmer, MoritzMoritz.Ulmer (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5620-8412NICHT SPEZIFIZIERT
Vellas, SimonSimon.Vellas (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Westerdorff, Karstenkarsten.westerdorff (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:3 Oktober 2018
Erschienen in:Proceedings of the International Astronautical Congress, IAC
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Nein
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Satellite Avionics, Distributed Computing, Fault-tolerant Systems, Vision based Naviagtion, GNC, CDH, Rendezvous Navigation, Robotics, SpaceWire, Leon3, Zynq, COTS in Space
Veranstaltungstitel:IAC 2018
Veranstaltungsort:Deutschland, Bremen
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:1 Oktober 2018
Veranstaltungsende:5 Oktober 2018
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R SY - Technik für Raumfahrtsysteme
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Scosa Onboard Computing (alt)
Standort: Berlin-Adlershof , Braunschweig , Bremen , Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Simulations- und Softwaretechnik > Software für Raumfahrtsysteme und interaktive Visualisierung
Raumflugbetrieb und Astronautentraining > Raumflugtechnologie
Institut für Optische Sensorsysteme
Institut für Robotik und Mechatronik (ab 2013)
Institut für Raumfahrtsysteme
Hinterlegt von: Treudler, Carl Johann
Hinterlegt am:06 Nov 2018 09:36
Letzte Änderung:24 Apr 2024 20:26

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