Архитектура открытого программного комплекса UEMKA для управления целевыми устройствами SMART-наноспутников
Георгий Александрович ЩЕГЛОВ,
Кристина Александровна ЖДАНОВА,
Зайнулла Серикович ЖУМАЕВ,
Никита Дмитриевич КАМЕНЕВ https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(5)-12
Аннотация
В работе показано, что актуальной проблемой при разработке наноспутников является отсутствие открытых программных средств для бортовых вычислительных устройств и «умной» полезной нагрузки. Рассматривается разработка открытого программного комплекса для централизованного управления целевыми конечными устройствами наноспутников на базе микросервисной архитектуры. Показаны преимущества использования данного подхода при создании программного комплекса. Предложено использование имитационной модели наноспутника для оперативной отладки и тестирования программного комплекса. Авторами работы приведена структура программного комплекса и показано место имитационной модели в ней. Работа является развернутым обзором разработанного авторами программного комплекса UEMKA.
Ключевые слова
наноспутник,
класс наноспутников CubeSat,
программно-определяемые устройства,
микросервис,
контейнеризация,
имитационная модель,
виртуализация,
нейронная сеть,
клиент-серверное программирование,
сервис-ориентированная архитектура.
При поддержке: Работа выполнена при поддержке Фонда содействия инновациям (ФСИ) группой авторов, сотрудников МГТУ им. Н.Э. Баумана, организовавших стартап ООО «Космические вычислительные системы» (№24 ГКод-ЦТ-С17-D5/82177 от 27.12.2022) в рамках конкурса «Код-Цифровые технологии» (очередь II) в рамках федерального проекта «Цифровые технологии» национальной программы «Цифровая экономика Российской Федерации».
Об авторах
Георгий Александрович ЩЕГЛОВ
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Россия
Россия
Доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Аэрокосмические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана с 2012 года. Сфера научных интересов: проектирование аэрокосмических систем, системы автоматизированного проектирования и расчета элементов конструкций аэрокосмических систем.
Кристина Александровна ЖДАНОВА
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Россия
Россия
Инженер, аспирант кафедры «Аэрокосмические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сфера научных интересов: орбитальные высокопроизводительные вычисления, системное проектирование и инженерия, встраиваемые системы, CubeSat, проектирование аэрокосмических систем.
Зайнулла Серикович ЖУМАЕВ
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Россия
Россия
Кандидат технических наук, преподаватель кафедры «Аэрокосмические системы» МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сфера научных интересов: cистемное проектирование, математическое моделирование малых космических аппаратов, разработка алгоритмов управления, открытое программное обеспечение.
Никита Дмитриевич КАМЕНЕВ
Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана
Россия
Россия
Аспирант кафедры «Аэрокосмические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сфера научных интересов: нейронная сеть, искусственный интеллект, проектирование аэрокосмических систем.
Список литературы
1. Платформа LM50 для технологии SmartSat. [Электронный ресурс]: https://www.lockheedmartin.com/en–us/products/satellite.html (дата обращения 22.02.2024).
2. More Capable LM 400 Satellite Bus Designed to Meet Urgent Mission Needs [Электронный ресурс]: https://www.lockheedmartin.com/en–us/products/satellite.html (дата обращения 24.12.2023).
3. Lockheed Martin LINUSS Small Satellites Ready for 2021 Launch [Электронный ресурс]: https://news.lockheedmartin.com/linuss–small–sats–mission (дата обращения 10.04.2024).
4. Борисов сообщил о планах создать в 2026 году завод по серийному производству спутников [Электронный ресурс]: https://tass.ru/kosmos/17889029 (дата обращения 22.02.2024).
5. «Don't try this at home» pilot for a Cognitive Cloud Computing in Space infrastructure IAC–22–B1.4 //73rd International Astronautical Congress (IAC 2022). – 2022.
6. Edge computing in space: a machine learning approach for anomaly detection IAC–22–B5.1.6 //73rd International Astronautical Congress (IAC 2022). – 2022.
7. Haiyang Chua, Xiaoyu Heb, Hongjiang Songc, Shaohua Baid. The Design of the Spacecraft Test System 4000 Based on Microservices Running in Cloud Environment IAC–22–B6.1.1.x68506 //73rd International Astronautical Congress (IAC 2022). – 2022.
8. Проект F’ Flight Software & Embedded Systems Framework от НАСА и JPL. [Электронный ресурс]: https://nasa.github.io/fprime/ (дата обращения 10.04.2024).
9. QNX – система реального времени. [Электронный ресурс]: https://blackberry.qnx.com/en (дата обращения 10.04.2024).
10. COSMOS API. [Электронный ресурс]: https://ballaerospace.github.io/cosmos-website/docs/v4/json-api (дата обращения 10.04.2024).
11. XML Telemetric and Command Exchange. [Электронный ресурс]: https://public.ccsds.org/Pubs/660x2g2.pdf (дата обращения 10.04.2024).
12. David J. Barnhart, David M. Shoemaker, Ellis T. King, Thomas “TJ” Logue, Michael J Lavis. LM LINUSS™ - Lockheed Martin In-space Upgrade Servicing System. 37th Annual Small Satellite Conference. [Электронный ресурс]: https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=5648&context=smallsat (дата обращения 22.03.2024).
13. Core Flight System (cFS) [Электронный ресурс]: https://cfs.gsfc.nasa.gov/ (дата обращения 12.01.2024).
14. ПО для автопилотов PX4 [Электронный ресурс]: https://github.com/PX4/PX4–Autopilot (дата обращения 15.02.2024).
15. ПО для автопилотов franca [Электронный ресурс]: https://github.com/franca/franca/ (дата обращения 17.02.2024).
16. Core Flight System (CFS) Command and Data Dictionary (CCDD) utility [Электронный ресурс]: https://github.com/nasa/CCDD (дата обращения 12.02.2024).
17. Danda B. Rawat, Joel J.P.C. Rodrigues, Ivan Stojmenovic Cyber–Physical Systems From Theory to Practice. CRC Press 2016 579 p.
18. Kiruthika Devaraj, Matt Ligon, Eric Blossom, Joseph Breu, Bryan Klofas, Kyle Colton, Ryan Kingsbury. Planet High Speed Radio: Crossing Gbps from a 3U Cubesat. 33rd Annual AIAA/USU Conference on Small Satellites. [Электронный ресурс]: https://digitalcommons.usu.edu/cgi/viewcontent.cgi?article=4405&context=smallsat (дата обращения 22.03.2024).
19. Satellite Eutelsat 10B [Электронный ресурс]: https://www.eutelsat.com/files/PDF/brochures/EUTELSAT_SATELLITE_E10B.pdf (дата обращения 22.03.2024).
20. Жданова К.А., Щеглов Г.А. Разработка вычислительного модуля для малого космического аппарата класса CubeSat // XLV Академические чтения по космонавтике (Королёвские чтения — 2022): сб. тез.: в 4 т. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2022. Т. 3. С. 241–243.
21. Ссылка на README.md файл репозитория проекта UEMKA [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/blob/devel/README.md (дата обращения 29.03.2024).
22. Парминдер Сингх Кочер Микросервисы и контейнеры Docker ДМК Пресс 2019 240 с.
23. Крис Ричардсон. Микросервисы. Паттерны разработки и рефакторинга Питер, 2022 544 с. Подробнее: [Электронный ресурс]: https://www.labirint.ru/books/707677/ (дата обращения 12.03.2024).
24. SocketCAN userspace utilities and tools [Электронный ресурс]: https://github.com/linux–can/can–utils (дата обращения 14.01.2024).
25. Дисс. на соискание уч. ст. к.т.н. «Методика проектирования наноспутника с солнечной энергодвигательной установкой» [Электронный ресурс]: https://mai.ru/upload/iblock/183/vpbzeo5ll25g7p8a6bq03ml3hm0sj3n7/Dissertatsiya_ZHumaev.pdf (дата обращения 19.03.2024).
26. Сервис численного моделирования КА [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/tree/devel/satellite_model?ref_type=heads (дата обращения 15.10.2024).
27. Библиотеки для работы численной модели [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/tree/devel/libs (дата обращения 29.03.2024).
28. Сервис с нейросетью распознавания изображений. Устройство neural service [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/tree/devel/neural_service (дата обращения 10.10.2024).
29. M. Bernou, A. Ampatzoglou, S. Vellas, K. Panopoulou, G. Lentaris, D. Soudris Spacecraft as a service, an open-source approach // 29th IAC Symposium On Small Satellite Missions (B4) IAC-22,B4,IP,4,x69307 URL: https://iafastro.directory/iac/paper/id/69307/abstract-pdf/IAC-22,B4,IP,4,x69307.brief.pdf?2022-04-05.11:15:32 (дата обращения 15.03.2024).
30. Каталог с приложением интерфейса PULT [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/tree/devel/pult (дата обращения 10.10.2024).
31. Графический интерфейс управления CAN-шиной [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/tree/devel/GUI_rules_CAN (дата обращения 10.10.2024).
32. Примеры вариантов использования кода проекта UEMKA [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems/-/tree/devel/docs/usage_examples (дата обращения 29.03.2024).
33. Ссылка в сети Интернет на публикацию открытой библиотеки в публичном репозитории GitLab [Электронный ресурс]: https://gitlab.com/Zaynulla/aerospace_computing_systems (дата обращения 18.02.2024).
34. Ссылка в сети Интернет на публикацию открытой библиотеки в российском сервере хранения исходного кода GitFlic: [Электронный ресурс]: https://gitflic.ru/project/zhumaev/acs?branch=devel (дата обращения 19.02.2024).
Рецензия
Для цитирования:
ЩЕГЛОВ Г.А., ЖДАНОВА К.А., ЖУМАЕВ З.С., КАМЕНЕВ Н.Д. Архитектура открытого программного комплекса UEMKA для управления целевыми устройствами SMART-наноспутников. Труды Института системного программирования РАН. 2024;36(5):163-180. https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(5)-12
For citation:
SHCHEGLOV G.A., ZHDANOVA K.A., ZHUMAEV Z.S., KAMENEV N.D. Open-Source Software Architecture UEMKA for Controlling SMART-Nanosatellite Target Devices. Proceedings of the Institute for System Programming of the RAS (Proceedings of ISP RAS). 2024;36(5):163-180. (In Russ.) https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(5)-12
Послать статью по эл. почте 