卫星的USB标准

Slingshot 1 进入轨道进行测试

天基技术已成为现代社会不可或缺的一部分，创新步伐的加快不断增加对天基服务的需求。这促使需要更有弹性和响应能力更强的卫星开发和发射流程，以简化任务生命周期以减少时间和成本，同时为太空访问提供更大的灵活性和适应性。认识到太空企业现代化的必要性，航空航天公司强调采用持续生产敏捷性 (CPA) 原则，该原则利用提高的生产和发射速度、互操作性标准和开放式架构，为太空系统提供更大的敏捷性和弹性。

航空航天在这一领域的努力的一个典型例子是一个名为 Slingshot 的项目，该项目旨在利用下一代卫星系统的模块化和自主技术推进在轨实验。从本质上讲，Slingshot 希望通过开放标准和即插即用接口来简化架构，以简化总线到有效载荷、卫星到卫星和空间到地面的通信。

测试新卫星和天基技术从来都不是一件容易的事，但肯定会更容易。Slingshot 1 是一项刚刚通过 Virgin Orbit发射的 12U Cubesat 任务，它试图让建造和测试新卫星就像将新键盘插入计算机一样简单。

说它是“用于空间的 USB”是简化的……但并没有错。设计新系统的航空航天公司的团队自己进行了比较，并指出军方已经多次尝试使用太空即插即用架构 (SPA) 来创建这个系统，该架构成为模块化开放网络架构 (MONARCH) ) 和通用有效载荷接口标准 (CoPaIS)。但是这些方法并没有取得成功，比如 Cubesat 标准已经取得了成功——顺便说一下，航空航天也是开创性的。

Slingshot 1 的目标是创建一个标准的卫星总线，它与 USB 或 ATX 一样具有适应性和易用性，使用开放标准，同时满足安全、电源等所有必要的要求：

Aerospace 的 Slingshot 希望在下一代卫星系统上使用模块化和自主技术推进在轨实验。

[Slingshot] 通过使用模块化的即插即用接口，为卫星开发提供了更多的敏捷性和灵活性。这些接口利用开源系统来避免可能阻碍开发的专有锁定，以及不需要定制卫星总线的有效载荷的标准化接口。这些接口设置有效载荷可能需要的电源、命令、控制、遥测和任务数据。如果没有一套通用标准，这些有效载荷到卫星总线的要求是由不同的卫星总线制造商驱动的。Slingshot 通过减少接口中的需求数量和复杂性并创建一个名为 Handle 的开放负载接口标准来消除这种不确定性。

它将如何避免准标准制定者遇到的常见陷阱，被 XKCD 永垂不朽：现在有 N+1 个标准？

好吧，撇开卫星世界中相当可悲的标准状态不谈，如果可以说有的话，该团队决定将整个事情建立在以太网上，以太网已经支撑着世界上大量的网络。

“基于以太网的 Handle 标准建立在为该非常常见的接口开发的硬件和软件工具的庞大生态系统之上，基本上采用最常见的地面系统标准并将其迁移到卫星使用，”航空航天高级工程师专家 Dan Mabry 说。“我们为低功耗定制了网络，但仍支持设备之间的每秒千兆位通信，无需为每个新应用定制网络的定制软件开发。”

正如他在去年 Aerospace 为自己的目的撰写 Slingshot时所说的那样：“当有效载荷插入时，它会立即被识别并工作，并且任何广播数据都将进入航天器的下行链路，无需对软件进行任何调整或调整在船上。此外，由于它是一个板载网络，因此所有其他有效负载也可以看到该有效负载的数据。有效载荷可以轻松地实时协作，分布式智能传感器和处理器通过基本架构耦合。”

将其与可智能满足各种需求的电源集线器和模块化外壳相结合，使整个设备看起来像井井有条的游戏 PC 的背面，您就拥有了真正的即插即用配方准设计师的事情很容易。

组装好的 Slingshot 1 设置，没有外壳。

正如 Slingshot 的项目经理 Hannah Weiher 所说：“它正在努力降低接口的复杂性，并支持不同的卫星总线和有效载荷，而对接口的适配需要最小到零。Handle 是 Slingshot 1 上简化有效载荷集成过程的关键，我们拥有具有不同要求的各种有效载荷，它使我们能够集成我们在鞋盒大小的卫星中所做的有效载荷体积。”

组装小型卫星

当然，仅仅发送一个准系统接口是不够的——想象一下发送一个没有任何东西的 PC 机箱。要查看它是否有效，您需要附加一些东西，幸运的是，自 Slingshot 于 2019 年诞生以来，航空航天一直在积累大量的实验和能力。

• Handle – 即插即用的有效载荷电气接口模块
• Bender – 板载以太网和网络路由
• t.Spoon – 模块化机械接口
• t.Spoon Camera – 即插即用的相机模块
• t.Spoon 处理器 – Zynq Ultrascale+ 板载处理
• Starshield – 板载恶意软件检测
• CoralReef – 珊瑚张量处理单元
• STarfish – 安全的 ARM Cortex-M33 板载处理
• SDR – S 波段软件无线电 (SDR) 下行链路
• Keyspace – SmallSats 的加密服务
• Lasercom – 下一代空间/地面激光通信下行链路
• ROESA – 使用物联网协议连接有效载荷
• Vertigo – 可重构的姿态控制系统
• Blinker – 用于空间交通管理的 GPS 转发器
• Hyper – SmallSat 过氧化氢推进器
• ExoRomper – 人工智能和机器学习测试平台

  
  

其中一些或多或少是不言自明的，例如 t.Spoon 的各种组件，它们构成了将整个事物联系在一起的核心机械元件。当然，您需要一个不错的软件定义无线电下行链路。但是卫星上的张量处理单元和机器学习测试台呢？物联网协议？加密服务？

Slingshot 的 CG 视图展开以显示其组件。

不久前在访问 Aerospace 的实验室期间与团队交谈时，他们谈到了 Slingshot 上的很多东西在某些方面是前所未有的，但更多的是关于使常见的地面任务适应卫星的极其正式和有限的环境硬件和软件。

假设您有三个或四个有效负载共享一个处理器和存储。您如何确保他们的通信保持安全？与在地面上的方式相同，但适应了轻量级处理、有限功率、不寻常的航天飞行器接口。当然，太空中的安全处理和通信之前已经完成了——但这并不是说有一个即插即用的版本，你只需单击一个复选框，你的有效载荷就会突然被完全加密。

类似的还有 ExoRomper，它有一个挂在 TPU 上的外置摄像头。太空中已经有了一些人工智能，但从来还没有一个可以让你在卫星上添加云识别，它将占用 2 瓦、20 立方厘米和 275 克。

数据将来自 Slingshot，因为它将在未来几个月测试其许多组件和实验。这可能是小型卫星新模块化时代的开始。

Slingshot 1零部件

Slingshot 平台采用 SatCat5 以太网交换机架构，能够同时提供高吞吐量和低功耗。

航空航天工程师将有效载荷组装到弹弓平台上。

原文始发于微信公众号（网络研究院）：卫星的USB标准