DARPA: "המפתח להצלחת תוכנית F6 השאפתנית הוא פיתוח מארזי רכיבים אלקטרוניים חדשים"
4 נובמבר, 2011
הסוכנות האמריקאית למחקרי ביטחון מתקדמים מבקשת מתעשיית האלקטרוניקה לפתח מעבד תקשורת עתיר ביצועים, שיהיה חסכוני באנרגיה ומהיר כמו המעבדים הקרקעיים אך מתאים לתנאים הקשים של משימה בחלל. פיתוח המעבד חיוני להשלמת ניסוי "הלוויין המפוצל", אשר צפוי לשנות את פני תעשיית החלל העולמית
"האלקטרוניקה בחלל היא מסורבלת, דלת-ביצועים, רעבה לאנרגיה ויקרה מדי"
מערכות אלחוטיות זעירות וחסכוניות באנרגיה מוכרות היטב בתעשיית האלקטרוניקה, אולם ביישומי חלל עדיין אין פתרונות מקבילים. כך העריכה לאחרונה הסוכנות האמריקאית למחקרים ביטחוניים מתקדמים (DARPA).
בהודעה מיוחדת של DARPA היא דיווחה שהיא זקוקה לחדשנות בתחום המארזים של הרכיבים האלקטרוניים, על-מנת שתוכל לממש את תוכנית "הלוויין הווירטואלי" שהיא מפעילה בשנתיים האחרונות אשר קיבלה את הכינוי "תוכנית System F6".
מנהל התוכנית, פול ארמנקו, הסביר למה הכוונה: "מערכות האלקטרוניקה החלליות הן עדיין מסורבלות. הן מספקות עוצמת עיבוד ומהירות מוגבלת, הן גדולות ורעבות להרבה מאוד אנרגיה. בנוסף, הן מיוצרות על-פי דרישה, ולרוב הרכיבים הם יחידים מסוגם ויקרים. כדי לעמוד ביעדי System F6 יש צורך בפיתוח מארזים אלקטרוניים חדשים לגמרי עבור תעשיית החלל".
לוויין וירטואלי
תוכנית System F6 מיועדת לשנות לחלוטין את התעשיית החלל באמצעות הגדרה מחודשת של המושג לוויין. היא מקדמת את הרעיון של מימוש פונקציונליות של לוויין באמצעות רשת חללית של מודולים, אשר מספקים פונקציונליות של לוויין שלם רק כאשר הם מצויים ביחד במסלול מתואם.
למעשה, הלוויין הווירטואלי יהיה אוסף של משאבים המקושרים באמצעות רשת אלחוטית. מודול אחד יוכל לספק משאבי עיבוד למודולים האחרים דרך רשת התקשורת, מודול שני יוכל לשמש כמאגר המידע והאחסון למערכת, מודול שלישי יספק אנרגיה שאותה הוא ישדר למודולים האחרים באמצעות שידורי מיקרוגל, טכנולוגיות אופטיות או טכנולוגיות אחרות. מודול רביעי יוכל לבצע את חישובי המיקום והתנועה של הלוויין הווירטואלי עבור כל המודולים האחרים.
הרעיון החדש נקרא Fractionation. המילה הזו לא מצויה במילון, אולם היא נגזרה מהמילה Fraction (חלקיק). משמעותה היא שאין צורך לשלוח לחלל מערכות שלמות, אלא מרכיבים שונים, שרק לאחר שיתקשרו אחד עם השני באמצעות רשת אלחוטית דמויית אינטרנט, יוכלו לתפקד במשותף כמערכת שלמה. ניתן לכנות את הלוויין החדש בשם "לוויין מפוצל", או אפילו "לוויין וירטואלי".
הכל החל בגלל טיל סיני
המוטיבציה לפיתוח הרעיון החדש היא כפולה: כלכלית וביטחונית. הרעיון החל להתגלגל במסדרונות DARPA בשנת 1998, לאחר שסין ביצעה ניסוי של השמדת לוויין באמצעות טיל בליסטי. מאז החלה ארצות הברית לחפש רעיון שישפר את כושר השרידות של לוויינים במצבי לוחמת חלל. הלוויין המפוצל מספק מענה מעניין, שכן כדי להשמיד אותו יש צורך להשמיד מספר לוויינים שונים, אשר יכולים להיות במרחק של עשרות ומאות קילומטרים אחד מהשני.
הגורם השני הוא העלות הגוברת של פיתוח, ייצור ושיגור לוויינים. כאשר מחלקים את הפונקציות של לוויין בסיסי למודולים נפרדים, תהליך השידרוג הוא זול יותר. כך למשל, במקום לשגר לוויין צילום חדש, מספיק לשגר את חיישן הצילום כמודול אשר מתחבר אל שאר המודולים המצויים כבר בחלל.
הניסוי הראשון, ב-2012
על-פי התוכנית של DARPA, הניסוי הראשון צריך להתבצע בסוף 2012. במסגרתו, ישוגרו לחלל מספר מודולים בזמנים שונים וממקומות שונים. הם ייפגשו בחלל, ויתחילו בסדרת פעולות עצמיות להקמת רשת תקשורת אלחוטית, היערכות במבנה, חלוקת משאבים וביצוע משימות שיוכתבו על-ידי הניסוי.
הלוויינים יתארגנו במתכונת של ארכיטקטורה חדשה בשם Pleiades, על-שם צביר כוכבים שקיבל את שמו משבע הנימפות המתלוות אל ארטמיס, אלת הירח והציד במיתולוגיה היוונית. מערך Pleiades יכיל שבעה מודולים: חמישה מודולים במשקל של 225 ק"ג כל אחד ושני מודולים במשקל של 75 ק"ג כל אחד. מערך הניסוי מיועד לבצע משימת צילום בגובה נמוך. בנוסף לצילום, המערכת תתבקש לבצע עיבוד תמונה בחלל בהיקף גדול, לספק יכולות איחסון מאסיבי ולאפשר שינוי מיידי של המשימה כדי להיענות לצרכים בלתי צפויים.
האם ניתן להביא טכנולוגיות קרקעיות לחלל?
אלא שכדי לעמוד ביעד השאפתני, DARPA זקוקה שתעשיית האלקטרוניקה תספק לה יכולות חדשות. "אנחנו מחפשים דרך לקבל את הביצועים של הרכיבים האלקטרוניים הקרקעיים", הסביר ארמנקו. החברות המשתתפות בפרוייקט צריכות לפתח טכנולוגיות חדשות שהן ממוזערות, זולות ועתירות ביצועים כמו המערכות שאנחנו מכירים על הקרקע, אולם גם בעלות רמת אמינות המתאימה לתנאים הקשים בחלל'.
בסוף חודש נובמבר נערך מפגש בין מנהלי DARPA לבין כמה מיצרניות אלקטרוניקה ביטחונית בארה"ב. במהלכו הם הציגו את המערכת ואת סוג הפיתרונות שהם מקווים לקבל מהתעשייה. הנושא שהיה על הפרק היה תת-התוכנית F6TP: מערכות אלקטרוניות מודולריות הניתנות להתקנה על-גבי פלטפורמות חלליות שונות.
לב המערכת: מעבד תקשורת
מערך F6TP הוא בעיקרו מעבד תקשורת המספק יכולות ניתוב ומיתוג בין הפלטפורמה של כל מודול (Bus), לבין המשדרים והמקלטים הנמצאים בכל אחד מהלוויינים. הוא צריך לדאוג לשיתוף משאבים בין המטעדים (Payload) כמו למשל משאבי איחסון, מחשוב, ועוד, ובינם לבין חיישני המשימה. למעשה, הוא משמש כשדרת החומרה שליה תרוץ תוכנה המפעילה את כל חלקי הלוויין הווירטואלי כיחידה אחת.
