Zuverlässige und leistungsfähige On-Board-Computer (OBC) spielen in der Raumfahrt eine zentrale Rolle: Computersysteme in Satelliten ermöglichen beispielsweise anspruchsvolle Erdbeobachtungsmissionen oder autonome Explorationsmissionen auf anderen Himmelskörpern.
Im Projekt ScOSA (Scalable On-board Computing for Space Avionics) Flugexperiment wird eine neue kostengünstige OBC-Architektur entwickelt, die mehr Rechenleistung zur Verfügung stellt. Im Projekt entsteht ein verteilter, heterogener OBC, der aus verschiedenen Rechenknoten besteht, die zu einem Netzwerk verbunden sind.
Eine generelle Herausforderung für Computersysteme in Raumfahrtsystemen ist die kosmische Strahlung, die die Computer stören und zu deren Ausfall führen kann. Aus diesem Grund gibt es für die Raumfahrt strahlungsresistente Prozessoren. Diese sind jedoch sehr teuer und haben eine geringe Rechenleistung. Prozessoren, wie sie für irdische Anwendungen verwendet werden, sind sehr leistungsfähig und auch preisgünstiger. Allerdings sind sie deutlich anfälliger gegen Strahlung. ScOSA bringt beide Prozessortypen in einem heterogenen System zusammen.
Neben dem Einsatz unterschiedlicher Prozessortypen spielt die Systemsoftware eine entscheidende Rolle, um Fehler und Ausfälle zu erkennen und auf diese zu reagieren. Die Software soll fehlerhafte Knoten erkennen, sie automatisch aus dem System entfernen, neu starten und wieder intergieren. Für spezielle Algorithmen kann auch eine Hardware-Beschleunigung in Form von programmierbarer Logik in FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) umgesetzt werden.Aktuell wird eine Erprobung des Rechners, bestehend aus neun Knoten, vorbereitet. Für die Erprobung werden mehrere Raumfahrtanwendungen entwickelt, um die Zuverlässigkeit und die Flexibilität von ScOSA zu demonstrieren. Derzeit ist für Ende 2024 ein Flug auf einem Kleinstsatelliten, einem DLR-CubeSat, geplant, bei dem die Erprobung im Weltraum stattfinden soll.
Das Institut für Softwaretechnologie leitet das Projekt und ist verantwortlich für das Systems Engineering des ScOSA Flugexperiments sowie für die Erforschung und Entwicklung von der Middleware zur Nutzung und Steuerung des verteilten Systems. Darüber hinaus entwickelt das Institut eine Erweiterung des Virtuellen Satelliten. Hier geht es darum, die Anwendungen den einzelnen Rechenknoten zuzuordnen und im Fehlerfall zu planen, auf welche anderen Rechenknoten sie verschoben werden sollen. Des Weiteren entwickelt das Institut für Softwaretechnologie eine Benchmark-Anwendung und eine innovative Erkennung von Strahlungsereignissen in den Prozessoren.
