Open-Source Software Architecture UEMKA for Controlling SMART-Nanosatellite Target Devices
Georgy Alexandrovich SHCHEGLOV,
Kristina Alexandrovna ZHDANOVA,
Zaynulla Serikovich ZHUMAEV,
Nikita Dmitrievich KAMENEV https://doi.org/10.15514/ISPRAS-2024-36(5)-12
Abstract
The paper shows that a pressing problem in the development of nanosatellites is the lack of open software for on-board computing devices and “smart” payloads. The development of an open software package for centralized management of target terminal devices of nanosatellites based on microservice architecture is considered. The advantages of using this approach when creating a software package are shown. It is proposed to use a nanosatellite simulation model for operational debugging and testing of the software package. The authors of the work present the structure of the software complex and show the place of the simulation model in it. The work is a detailed review of the UEMKA software package developed by the authors.
Keywords
nanosatellite,
CubeSat,
software defined devices,
microservice,
containerization,
simulation model,
virtualization,
artificial neural network,
client-server programming,
service-oriented architecture.
Supporting agencies: The work carried out with the support of the Innovation Promotion Fund (IPF) by a group of authors, employees of the N.E. Bauman Moscow State Technical University, who organized the startup Space Computing Systems LLC (No. 24 GKod-CT-C17-D5/82177 dated 12/27/2022) within the framework of the Code-Digital Technologies competition (Phase II) within the framework of the federal project Digital technologies” of the national program “Digital Economy of the Russian Federation”.
About the Authors
Georgy Alexandrovich SHCHEGLOV
Bauman Moscow State Technical University
Russian Federation
Russian Federation
Dr. Sci. (Tech.), Professor, Professor of the Department of Aerospace Systems at Bauman Moscow State Technical University since 2012. Research interests: design of aerospace systems, computer-aided design systems and calculation of structural elements of aerospace systems.
Kristina Alexandrovna ZHDANOVA
Bauman Moscow State Technical University
Russian Federation
Russian Federation
Engineer, postgraduate student of the Aerospace Systems Department of Bauman Moscow State Technical University. Research interests: embedded systems, CubeSat, design of aerospace systems.
Zaynulla Serikovich ZHUMAEV
Bauman Moscow State Technical University
Russian Federation
Russian Federation
Cand. Sci. (Tech.), Lecturer of the Aerospace Systems Department, Bauman Moscow State Technical University. Research interests: system design, mathematical modeling of small spacecraft, development of control algorithms, open source software.
Nikita Dmitrievich KAMENEV
Bauman Moscow State Technical University
Russian Federation
Russian Federation
Postgraduate student of the Aerospace Systems Department of Bauman Moscow State Technical University. Research interests: neural network, artificial intelligence, design of aerospace systems.
References
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).
Review
For citations:
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
Email this article 