"猎户座"飞船前往月球,SLS的帮助火箭
美国宇航局的阿耳特弥斯计划月球存在一个长期的目标
人类没有踏上月球自1972年以来,近50年前。但如果一切按计划进行,我们在短期内会回来。美国宇航局目前正在发展中阿耳特弥斯计划,希腊女神的名字命名的狩猎和月亮。的“阿耳特弥斯我任务将测试一个新的火箭,航天发射系统(SLS)。SLS是有史以来最强大的火箭,生成39.1 meganewtons(880万磅)的推力。
但SLS只有一个阿耳特弥斯技术故事的一部分。坐在在SLS是超过30层楼高,将猎户座,能够携带多达6人月球和更远的星球。它被用来保护船员极端的太空深处。SLS将把猎户到月球轨道。
阿耳特弥斯我月球探测是一个重要的一步和未来建设月球基地营。阿耳特弥斯二世会重复的旅程一年后但猎户座飞船的宇航员。和阿耳特弥斯三世将携带的第一位女性和第一个颜色2024年的月球表面。未来的阿耳特弥斯任务将在月球上建设基础设施,使勘探、工业、创新和展示功能,可以带我们去火星。
希腊女神阿耳特弥斯出生在她的孪生哥哥阿波罗,但美国宇航局的阿尔忒弥斯是)聪明比阿波罗。电脑板载阿波罗11号,1969年第一个人类到月球,有4个字节的RAM。最新的iphone的一百万倍,电脑用来开发和运行软件的阿耳特弥斯有了更多。并不是所有的关于记忆。工程师们新的套件的工具,帮助他们更聪明地工作,简化设计过程。
艺术家的NASA太空发射系统。(图片来源:洛克希德·马丁公司)
引擎盖下面
大学毕业后,赫克托耳埃尔南德斯加入洛克希德·马丁公司猎户座。“我们想在月球上建立长期存在,”他说,“为了让我们的更大的挑战,也就是火星。这是真正的利益我们。”
埃尔南德斯是猎户座的首席分析师的电力系统。他的团队使用软件模型的所有硬件,这样他们就可以预测和避免任何错误。“我们确保所有组件连接到系统,系统本身,可以玩的很好,”他说。
“我们想在月球上建立长期的存在是为了让我们更大的挑战,也就是火星。这是真正的利益我们。”
赫克托耳埃尔南德斯、铅为NASA猎户座电力系统分析师
电力系统包括电池、太阳能电池板、电脑、电线和连接(节点)。任务成功和机组人员的生存取决于品质确保所有组件接收电压的范围和避免重大的“涟漪”电压。模型帮助团队决定的大小和各种元素之间的连接。模型还帮助他们监视任务,做出重要的决定。如果出现错误在实际的飞船,他们可以模拟故障,并观察模型的反应,建议任务运营商是否应中止任务或采取其他措施。
埃尔南德斯还使用仿真软件®,他开发了一个模型被称为航天器功率容量(SPoC)。他创造了许多块在模型中使用Simscape电气™,电气系统的物理模型。有块电池,太阳能电池,等等。旧的做事方式是使用微软®Excel®电子表格。埃尔南德斯仍然使用这些快速回答一些问题,但他们不能模型多节点系统,有几个电缆连接。“当我们试图回答更复杂的问题,然后SPoC走进画面,”他说。
"猎户座"飞船在美国宇航局肯尼迪操作和付款。(图片来源:洛克希德·马丁公司)
他补充说,“我个人照片的人。“拖箱提供了一个直观的感觉,一切是如何连接的。模型避免了需要处理大量的低级代码。这也使得模型更容易理解别人,允许创作者隐藏某些IP块内。“一直很多脏东西在引擎盖下,”赫尔南德斯说。
到目前为止,SPoC已经通过了所有的绩效考核。其行为匹配的物理猎户座。每当团队实际测试数据来自猎户座,他们用它来调整他们的模式。“我的下一步是成功完成阿耳特弥斯我的使命,”他说。“那我们继续阿耳特弥斯二世。”
故障管理是NASA的关键任务
会出现很多错误的月亮。在设计SLS, NASA的工程师和科学家创建了一个软件模型来模拟关键算法,为潜在的故障监视飞船可能危险的设备和最终的船员。
可靠的验证任务和故障管理(M&FM)算法是成功的核心任务,根据科学家和工程师发表的一篇论文在SLS团队。他们在论文设计过程描述的团队,“建模Stateflow环境支持运载火箭验证测试任务和故障管理算法的NASA太空发射系统。”
论文声明“防止错误发生在任务(包括过失)管理系统的中心主题是M&FM测试团队工作关键安全系统摩擦搅拌焊(飞行软件)算法实现对SLS程序。”
在火箭会出现很多错误,包括错误可能是致命的车辆或人。阿尔忒弥斯M&FM团队的工作是开发软件算法的火箭屏幕任何异常。然后地面控制团队可以决定是否,例如,停止发射序列或中止整个任务。
而不是开发和测试算法在真正的火箭,阿尔忒弥斯M&FM团队创建了一个软件模拟SLS的状态分析模型(SAM)。一旦他们满意的性能故障监控算法在这个虚拟的火箭,他们的软件开发团队规范的语言,他们可以上传SLS。
团队模型每一个航空电子设备组件。这是一个字母汤的组件。例如,有配电和控制单元(PDCU),一盒包含电气开关为其他单位,如冗余惯性导航单元;液压动力单元(HPU);和TVC驱动器控制器(tac)。tac从PDCU接收电力,反过来,液压控制推力矢量控制(TVC)致动器,目标的引擎。其他单位控制泵和阀门的引擎。
理论上,M&FM团队可以创建一个整个事情的详细物理模型,但这将会运行缓慢。相反,他们使用一个模型,该模型由线连接像框,在Stateflow构造®。模型被称为一个状态机,每个框代表一个潜在的状态系统的某些方面;一个盒子可能代表当阀门是开放的,另一个可能代表它被关闭。行代表状态之间的转换,由指定的事件。看在一个盒子里,你会看到一些MATLAB编写的代码®或图形化模型在仿真软件软件描述状态,并将这些信息传递给其他组件。
SLS是一种先进的重型运载火箭,将为科学和人类探索提供新的功能。(图片来源:美国国家航空航天局/所有)
Stateflow图描述系统的逻辑。Stateflow和Simulink模型由线连接两个像框但行为在不同的水平。“假设你走在街上,你到达一个十字路口,“说东德Saarela, MathWorks段经理的空间。“Stateflow将决定你是否走左或右,和仿真软件将帮助你保持平衡。”
该团队也有一个基于物理模型、系统集成实验室(银)。据美国宇航局的纸,“银是高保真试验台、整合与真实和实际的飞行软件模拟SLS硬件和环境。”
但M&FM团队需要两种类型的模型。银具有相同的软件和航空电子设备箱作为火箭,甚至相同的电缆长度相同,所以它有更高的保真度。通过对比模型,他们可以使用SIL的输出改善山姆。
M&FM团队已经找出正确的脚本为速度优化山姆。他们需要决定哪些测试用例,如何确定系统是否通过。现在他们可以在山姆迭代得如此之快,它充当一个“水晶球”,从银告诉他们会发生什么。本文指出,山姆大约需要120秒执行一个候选人的运行任务标准PC启动配置文件。运行许多测试和通过几个里程碑后,研究小组发现,在大多数情况下,山姆的匹配SIL的结果。
另一个史诗事件是热火测试,NASA关系火箭地面和灯光的引擎。
“当这些引擎光,你可以感受到他们从很远的距离,“Saarela说。“有一个巨大的力量被释放,能够提前预测每个组件的具体行为是关键。”
团队已经学到的东西可以应用在其他地方,有许多令人兴奋的项目为NASA在地平线上。
“新设计像阿尔忒弥斯的火星人着陆系统甚至提升车辆火箭肯定会受益于新的工具和过程被用于SLS,“Saarela说。“航空航天工程在一段时间的快速进化。”
自动驾驶的宇宙飞船
NASA使用软件模型不仅测试算法和模拟硬件,还生成乘员舱的实际代码。制导、导航和控制(GNC)基本上是自动驾驶的宇宙飞船,集成传感器数据和规划它的轨迹。过去,GNC设计师会写需求,软件工程师会使用它来编写最终代码。新的方法是使用基于模型的设计。而不是写静态规范,设计师们构建一个可执行的模型,因此他们可以快速测试和迭代。软件会自动翻译模型转换为最终代码的算法。
猎户座的GNC设计师使用仿真软件。他们可以仿真软件模型插入技巧,美国宇航局的高保真软件模拟宇宙飞船和定义其运动的物理空间。一旦他们满意模型,嵌入的编码器®生产控制代码在c++中,他们还可以插入的技巧。MATLAB可以检查仿真软件模型和c++代码以确保他们做同样的事情。c++代码将被加载到飞船上。
基于模型的设计节省时间,因为人们不需要手动编写和重写代码开发的算法。它还降低了低级的编码错误。它使算法更容易检查。电脑现在足够聪明飞火箭和编写代码足够聪明的火箭飞行。
基于模型的设计,而不是写静态规范,软件设计师构建一个可执行的模型,然后自动翻译模型转换为最终代码的算法。
"猎户座"飞船。(图片来源:洛克希德·马丁公司)
根据美国航空航天局”,阿耳特弥斯任务,NASA将土地的第一个女人,第一个人在月球上的颜色,使用创新技术探索的月球表面比以往任何时候都多。我们将与商业和国际合作伙伴和合作建立第一个长期存在在月球上。然后,我们将使用我们所学和在月球上取下一个巨大的飞跃:发送第一个宇航员送上火星。”
月亮!
2022年11月出版
