OpenVPX 建立永久地球對 ISS 通訊

當您想到國際太空站（ISS）時，有很多令人驚訝的事情。自 1998 年投入軌道以來，它一直在連續運行中。它將幾個國家聚集在一起，致力於太空探索的統一承諾。儘管在人類已知最惡劣的環境中部署，該站內的條件仍保持穩定。

而且，這可能是人類有史以來最複雜的機器，特別是考慮到，只有在它們發射之後，單個模塊才被放在太空本身中，以前從未在地球上彼此相互整合。這與發送到 ISS 以添加功能、整合技術更新和添加新功能的新系統和平台相同，因為 ISS 無法完全脫離軌道。

維護通訊連線

2018 年 6 月，一項新任務進入 ISS。作為該供應任務的一部分，使用 OpenVPX 架構的空運機架 (ATR) 已載入通訊模組中。由 Elma Electronic 設計和製造的 OpenVPX 系統作為「寬帶通信系統用戶終端」的一部分安裝在 ISS 通信服務模塊中。（圖一）

多年來，ATR 已成為航太產業堅固型計算機系統的一個經過驗證的外型規格，也是首選。特別是在這個行業中，飛機的操作產生了巨大的力量，「簡單」的電腦機箱就無法生存。ATR 具有特殊的抵抗高水平的衝擊和振動，因此不會像其他機殼那樣彎曲。它還可以在更強烈的衝擊中生存，例如特別困難的降落。

對於此實現，ATR 形成外殼，然後使用 OpenVPX 架構封閉計算機單元。當該系統在太空中啟用時，它啟用了 ISS 與地面控制的「幾乎永久」連接。

消除資料傳輸中的差距

由於國際空間的速度高，並且資料量不斷增加，因此連線幾乎必須永久重新路由，具體取決於哪些衛星在當時提供最佳傳輸路線。通信衛星（在這種情況下，通過用作繼電器的地理衛星網絡「Luch」）是解決方案。這些 GEO 繼電器衛星最初是為 Mir 太空站和 Buran 空間滑翔機之間的通信而開發的，是一系列通信衛星，可在太空間（例如 ISS）和地球之間傳輸信號。

Elma Electronic GmbH 的 Vitali Siris 解釋說：「由於 ISS 只需要約 90 分鐘的時間來環繞世界，因此太空站會穿越地球的一個不受地面接收系統覆蓋的區域，並且每次連接都會斷開，」Elma Electronic GmbH 的 Vitali Siris 解釋。「我們使用基於堅固的外殼中經過驗證的開放標準架構的系統建立了更可靠的通信基礎架構。」（圖二）

基於 OpenVPX 的系統負責路由信號的任務，實現高達 100 Mbps 的上行鏈接速度和 6 至 8 Mbps 的下載速度。該系統代表多路復用器/解複合器數據機 (MDM) 單元的硬體部分。MDM 負責擷取、儲存和傳輸機上實驗的結果。

除其他東西之外，該裝置包括一個調製解調器，DVB-S2（用於衛星信號），PAL（相位交流線，所以是類比視頻信號）和高清視頻輸入和輸出。MDM 的序列介面卡符合 MIL-STD-810F，因此可確保所需的抗衝擊和振動性。

Siris 繼續說：「抵抗環境影響是必要的。「儘管 ISS 內部的技術本身受益於 20 至 22°C 的恆定氣候條件以及相似的恆定濕度，但電子產品必須能夠承受火箭發射時引力加速度高達四十倍的力。」

處理冷卻和其他設計元素

在惡劣和遠端環境中運行的嵌入式系統中，冷卻主題始終是一個特別敏感的問題，而空間是其典型。ISS 的系統使用強制空氣導冷的方法進行冷卻。處理器卡、顯示卡或記憶卡通過特殊機構連接到側面板，ATR 的側壁裝有朝向外的翅膀，在空氣壓力穿過系統時，會吸出熱量。

雖然堅固耐用的卡是主動冷卻的（被動冷卻是沒有風扇的散熱，也稱為傳導），但風扇在外殼外部工作。這種實用的解決方案還可以保護系統內部免受灰塵，並消除運輸過程中潛在的損壞來源。同時，冷卻變體可節省空間，而不會干擾系統的多功能。（了解更多關於 Elma 在太空電子領域的能力）

更深入地進入通訊

隨著 ISS 的網絡密度和功能的增加，處理不斷增長的系統需求的現代方法將繼續發展。基於以 OpenVPX 為基礎的 ATR 系統的成功，計劃正在為未來模塊開發另一個類似的系統。

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