La CPU della PlayStation ha oltrepassato Plutone

La CPU della PlayStation ha oltrepassato Plutone

Non è un segreto che il nostro smartphone sia più potente dei computer usati per fa atterrare gli astronauti sulla Luna. Forse è meno noto che la sonda spaziale New Horizons progettata dalla NASA per l’esplorazione di Plutone ha a bordo un processore come quello che era installato sulla prima PlayStation di Sony.

Dopo un viaggio di quasi tre miliardi di miglia, la sonda New Horizons della NASA, raggiunse Plutone, era il lontano 14 luglio 2015, ora ormai si trova nella Fascia di Kuiper

New Horizons ha Trascorso più di due terzi del volo in letargo, si svegliava periodicamente per verificare che fosse ancora in grado di funzionare.

Stiamo parlando del MIPS R3000, un chip che fu introdotto alla fine degli anni 80. In particolare sulla sonda sono presenti quattro processori MIPS R3000 L’impiego di tecnologie di vecchia generazione è una costante nell’ambito spaziale, perché è preferibile usare prodotti stabili, di funzionalità accertata e che abbiano superato le lunghe e impegnative certificazione che ne attestano la resistenza alle condizioni fuori dall’atmosfera terrestre. Quello che serve insomma non è potenza, ma affidabilità.

New Horizons ha sette strumenti a bordo: due spettrometri a infrarossi e ultravioletti, due spettrometri di particelle, una piccola telecamera a colori e un telescopio ad alta risoluzione, oltre a un rivelatore di polvere spaziale. Ha a disposizione una memoria a stato solido da 8 GB per la registrazione dei dati.

La CPU di New Horizons rispetto a quella delle PlayStation ovviamente è stata ottimizzata per sopravvivere meglio al bombardamento di radiazioni spaziali, ma tecnologicamente parlando è lo stesso vecchio circuito integrato. Incredibile che questo chip stia arrivando ai margini del Sistema Solare, mentre le nostre PlayStation sono stipate in anguste soffitte, costrette ad accumulare polvere su polvere. Altro che pulviscolo cosmico!

Guardando le immagini ed i disegni del satellite due cose mi sono subito saltate all’occhio, non ci sono pannelli solari ed è presente un vistoso tubo nero su un lato. Dando per scontato che si trattasse del telescopio di cui è fornito, rimaneva ancora un quesito fondamentale, con cosa sono alimentati i quattro processori e gli strumenti? Inoltre la grossa antenna dove trova l’energia per trasmettere le rilevazioni fatte?

Dopo lunghe ricerche in rete si è svelato il mistero, qui spiegano tutto http://spaceflight101.com/newhorizons/spacecraft-overview/

Per chi non vuole perdere tempo ecco un breve riassunto:

Per alimentare i suoi sistemi, New Horizons utilizza un generatore termoelettrico radioisotopico .I granuli di plutonio generano calore dal decadimento atomico, questo calore viene convertito in elettricità. All’inizio della missione l’RTG ha prodotto 4500 W di calore, che è stato convertito in 290 W di elettricità. Durante l’incontro di Plutone, ca. 200 W erano disponibili (a causa del decadimento del plutonio e del deterioramento delle termocoppie).

La maggior parte del calore dell’RTG sembra essere irradiato attraverso i pannelli del radiatore all’esterno dell’RTG. Parte del calore viene condotta attraverso il telaio del veicolo spaziale verso il serbatoio del propellente per impedirne il congelamento. Il veicolo spaziale è ben isolato. Quando l’elettronica a bordo assorbe più di 150 W, il calore che producono è sufficiente a mantenere il veicolo spaziale alla sua temperatura operativa (da +10 a +30 ° C). Quando il veicolo spaziale è in letargo, vengono utilizzati riscaldatori elettrici.
NH contiene una serie di lamelle che possono essere aperte per irradiare il calore in eccesso, queste sono state progettate per essere utilizzate principalmente durante le fasi iniziali del volo (più vicino al Sole).

Energia elettrica

A causa delle grandi distanze dal sole, New Horizons non opererà opererà a energia solare. All’orbita ellittica di Plutone l’energia del sole varia da 0,0012 a 0,0004 volte quella che avremmo sulla Terra.

Invece di cercare di raccogliere la piccola quantità di luce solare disponibile, New Horizons utilizza un generatore termico di radioisotopi (RTG). In particolare, una sorgente di calore per uso generico – Generatore termoelettrico radioisotopo (GPHS-RTG) prodotta dalla divisione General ElectricSpace (ora parte di Lockheed Martin).

Il GPHS-RTG trasportato da New Horizons è in realtà un pezzo di ricambio della missione Cassini . Ha fornito circa 250W al momento del lancio e il decadimento del plutonio fa diminuire la potenza in uscita di circa il 5% ogni quattro anni, il che significa che ormai l’RTG dovrebbe fornire circa 200W di potenza.

Questo grafico mostra la posizione dell’RTG su New Horizons.

Per ulteriori letture sui sistemi di alimentazione di New Horizons vedi The PlutoNew Horizons RTG e Power System Early Mission Performance , Geffrey K. Ottman e Christopher B. Hersman.(fonte del grafico sopra)

Già che c’ero sono andato a curiosare anche su altre fonti e mi sono imbattuto in materiale pubblico della NASA.

Gli ingegneri della NASA stanno creando circuiti integrati in grado di sopportare temperature e pressioni estreme non presenti sulla Terra. L’ambiente aspro di Venere porta l’elettronica al suo test più difficile. Componenti elettronici in evoluzione ci permettono di esplorare alcuni dei luoghi più inospitali, dal bordo dello spazio agli oceani più profondi. Tuttavia, la superficie di Venere sembra essere uno dei luoghi più difficili, esistono solo una manciata di immagini di questo ambiente duro. Per cambiare questo, la NASA ha sviluppato circuiti integrati che possono sopravvivere un po ‘più a lungo – nell’esplorazione planetaria, ogni secondo conta!

Spazio, ultima frontiera era lo slogan di una serie di telefilm. Ci viaggia l’IC 8086 un altro processore assai datato ma scelto per le sue doti di affidabilità. La sua audace missione su Venere non sarebbe durata più di cinque minuti grazie all’imprevedibile ambienteNonostante sia più lontano dal sole di Mercurio, Venere è il pianeta più caldo con una temperatura diurna di 462 gradi Celsius. L’atmosfera è densa di anidride carbonica e acido solforico con una pressione atmosferica di 92 bar sulla superficie (92 volte quella della terra). In effetti, la pressione dell’aria è così imponente che è l’equivalente di essere ad una profondità di 1 km nell’oceano (che schiaccerebbe istantaneamente un essere umano se esposto). 

Un vulcano di nome Sapas Mons domina questa visione generata dal computer della superficie di Venere

I componenti moderni non possono sopravvivere sulla superficie di Venere anche utilizzando gli standar industriali essi sopportano temperature da -40 ° C a 125 ° C. La superficie di Venere si trova in genere sopra i 400 ° C ed è persino noto che raggiunge i 500 ° C, il che distruggerebbe qualsiasi circuito in brevissimo tempo.

Che ci crediate o no, una squadra dell’Unione Sovietica ha fatto proprio questo durante la Guerra Fredda con la loro missione di Venere che includeva lo sbarco di diverse sonde sulla superficie. Le sonde, esse stesse, non sopravvissero per più di un’ora dopo l’atterraggio, ma furono in grado di inviare indietro le immagini della superficie rivelando polpette di lava e rocce.

Una delle poche foto della superficie di Venere. Immagine di pubblico dominio, accessibile tramite UCL Mathematics and Physical Sciences Flickr

Per superare le sfide che presenta Venere, la NASA ha creato circuiti integrati per semiconduttori in grado di sopravvivere alle temperature di Venere fino a 500 ore.

Il team della NASA ha testato due di questi circuiti integrati a lunga durata a temperature di 480 ° C (originariamente progettati per motori a reazione) per 521 ore senza guasti. Il test è stato ideato dopo che lo stesso gruppo di ricerca ha creato circuiti integrati 4-SiC JFET con imballaggi ceramici che sono rimasti in funzione per oltre 41,7 giorni a 500 ° C. Tuttavia, questo primo test è stato condotto in atmosfera terrestre. In una camera che simula l’atmosfera di Venere con gli stessi semiconduttori ma, (chip nuovi per avere un vero termine di paragone), il tempo di funzionalità è diminuito di circa la metà; tuttavia, questo intervallo di tempo rimane una finestra molto produttiva.

Come bonus, tali circuiti integrati nelle missioni su Venere non solo hanno il vantaggio di sopravvivere per periodi più lunghi, ma anche di ridurre il peso complessivo della sonda. L’Unione Sovietica come ha sbarcato le sonde sulla superficie di Venere? Questo è stato possibile solo perché la sonda aveva molti sistemi di contenimento della pressione e un sacco di sistemi di raffreddamento solo per mantenere l’elettronica funzionante il più a lungo possibile, aumentando così in modo significativo il peso dell’intero congegno. Una sonda che è meno influenzata dal calore non avrà bisogno di tale gestione della temperatura (o almeno non tanto quanto le sonde precedenti).

Con questo chiudo questa carrellata spaziale.

Amilcare

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