OpenVPX 建立永久的地球与国际空间站通信

当你想到国际空间站（ISS）时，有很多值得惊叹的地方。自1998年送入轨道以来，它一直处于持续运行状态。它使几个国家团结起来，共同致力于太空探索。尽管部署在人类已知的最恶劣的环境中，但该站内的条件仍然稳定。

而且，它可能是人类有史以来建造的最复杂的机器，特别是考虑到只有在发射之后，各个模块才在太空本身中组合在一起，在地球上以前从未相互集成。由于国际空间站无法完全脱离轨道，因此发送到国际空间站以增加功能、整合技术更新和增加新功能的新系统和平台也是如此。

维护通信连接

2018年6月，一项新任务进入国际空间站。作为补给任务的一部分，在通信模块中加载了使用 OpenVPX 架构的航空运输机架 (ATR)。OpenVPX 系统由 Elma Electronic 设计和制造，作为 “宽带通信系统用户终端” 的一部分安装在国际空间站通信服务模块中。（图 1）

多年来，ATR 一直是航空航天业中坚固耐用型计算机系统的久经考验的外形规格和首选。特别是在这个行业中，飞机的操纵会产生巨大的力量，而 “简单” 的计算机机箱根本无法存活。ATR 对高水平的冲击和振动具有特殊的抵抗力，因此不会像其他外壳那样弯曲。它还可以在更强的冲击中幸存下来，例如特别硬的着陆。

在此实现中，ATR 形成外壳，然后外壳封装使用 OpenVPX 架构的计算机单元。当该系统在太空中投入使用时，它使国际空间站与地面控制系统建立 “近乎永久” 的连接。

消除数据传输中的间隙

由于进出国际空间站的数据量很快，而且数据量稳步增加，因此必须几乎永久地重新路由连接，具体取决于哪些卫星在相应时间提供最佳的传输路线。通信卫星（在本例中，通过用作中继的地理卫星网络 “Luch”）是解决方案。这些 GEO 中继卫星最初是为和平号空间站和 Buran 太空滑翔机之间的通信而开发的，是一系列在航天器（例如国际空间站）和地球之间传输信号的通信卫星。

负责监督这种基于OpenVPX的系统的开发的Elma Electronic GmbH的维塔利·西里斯解释说：“由于国际空间站仅需大约90分钟即可绕过地球轨道运行，因此空间站将穿越地面接收系统未覆盖的地球区域，并且每次连接都会中断。”“我们使用基于久经考验的开放标准架构和坚固外壳的系统，建立了更可靠的通信基础设施。”（图 2）

基于 OpenVPX 的系统承担信号路由任务，实现数据吞吐量，上行链路速度高达 100 Mbps，下载速度为 6 至 8 Mbps。该系统代表多路复用器/解复用器调制解调器 (MDM) 单元的硬件部分。MDM 负责捕获、存储和传输机载实验的结果。

除其他外，该装置包括调制解调器、DVB-S2（用于卫星信号）、PAL（相位交替线，因此是模拟视频信号）以及高清视频输入和输出。MDM 的串行接口卡符合 MIL-STD-810F 标准，从而保证了所需的抗冲击和振动性能。

西里斯继续说：“抵抗环境影响是必要的。”“尽管国际空间站内部的技术本身受益于20至22°C的恒定气候条件以及恒定的湿度，但电子设备必须能够承受高达火箭发射时引力加速度四十倍的力。”

处理冷却和其他设计元素

在恶劣和偏远环境中运行的嵌入式系统中，冷却问题始终是一个特别敏感的问题，空间是其中的缩影。国际空间站的系统使用强制空气传导冷却方法进行冷却。处理器卡、显卡或存储卡通过特殊机制连接到侧面板，ATR 的侧壁配有朝外的散热片，当空气被迫穿过系统时，会将热量吸出。

尽管坚固耐用的卡是主动冷却的（被动冷却是在没有风扇的情况下进行冷却，也称为传导），但风扇仅在外壳外工作。这种实用的解决方案还可以保护系统内部免受灰尘侵害，并消除了运输过程中潜在的损坏来源。同时，冷却变体在不干扰系统的多功能的情况下节省了空间。（进一步了解 Elma 在太空电子领域的能力）

更深入地研究沟通

随着国际空间站网络密度和功能的增加，处理不断增长的系统要求的现代方法将继续发展。在基于OpenVPX的ATR系统的成功基础上，正在计划为未来的模块开发另一个类似的系统。

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