Tiểu luận môn Thông tin vệ tinh Thiết kế cơ khí của OBC ( Onboard Computer )

Contents
LỜI MỞ ĐẦU
1
Ngày nay, cùng với sự phát triển không ngừng của công nghệ hàng không, các vệ
tinh ngày càng hiện đại, thực hiện nhiều nhiệm vụ đa dạng hơn. Đi cùng với đó là sự phát
triển của các phân hệ của nó, một vệ tinh chỉ thực hiện được nhiệm vụ khi nó có thể tự
vận hành và thực hiện các chức năng của mình trên không gian cũng như kết nối dữ liệu
với trạm mặt đất.Một “Onboard Computer”(OBC) được ví như là bộ não của vệ tinh cùng
với các phần mềm đi kèm sẽ thực hiện toàn bộ quá trình điều khiển vệ tinh, liên kết thông
tin với trạm mặt đất, tự hành và bảo dưỡng vệ tinh định kỳ. Một ví dụ điển hình thể hiện
chức năng vô cùng quan trọng của một OBC đó là phải kể đến vệ tinh Artemis của châu
âu, nó được phóng năm 2003 và đã thực hiện bám quỹ đạo chuẩn xác trong vòng 18
tháng trước khi được kết thúc nhiệm vụ và được trở về trái đất. Tất cả quá trình đều được
OBC thực hiện một cách chính xác!
Trong đề tài “Onboard Computer” em sẽ trình bày về cấu trúc, thiết kể cơ khí của
OBC và giới thiệu một số sản phẩm OBC bán trên thị trường giành cho các vệ tinh cỡ
nhỏ.
2
I.Sơ lược lịch sử OBC
Trong phần này, chúng ta sẽ có một cái nhìn tổng quan vệ lịch sử phát triển
của OBC kể từ những ngày đầu tiên của kỷ nguyên vũ trụ. Tuy nhiên, trong phạm vi đề
tài, chúng ta chỉ đề cập đến lịch sử của OBC trên vệ tinh, mà không đề cập đến các tàu vũ
trụ có người lái. Trước khi đi vào từng nhiệm vụ cụ thể của OBC, chúng ta cần phân biệt
các đặc điểm của một hệ thống OBC trên tàu vũ trụ và một hệ thống OBC thông thường,
chúng có các đặc điểm như sau:
• Tương thích với điều kiện môi trường không gian, với các tia bức xạ năng
lượng cao.
• Chịu được sự thay đổi nhiệt đột ngột.
• Không thể đạt được theo tiêu chuẩn mạch tích hợp cao như các máy tính
ngày nay, nó yêu cầu mạch tích hợp với mật độ thấp hơn, với các thiết kể
riêng biệt.

• Hoạt động ở tần số thấp, khoảng 20-66 MHz
• Tích hợp nhiều loại giao tiếp: Serial, LVLS, Analog, các giao diện bus dữ
liệu.
• Có các phân hệ dự phòng, có thể được thay thế tự động hoặc được điều
khiển từ mặt đất.
Lịch sử phát triển của OBC trong nhiều thập kỷ được gắn liền với các chương
trình sau:
• Mariner : nhiệm vụ thăm dò sao hỏa, sao kim, sao thủy.
• Pioneer : thăm dò sao Mộc, sao Thổ
• Các nhiệm vụ Voyager: Sứ mệnh thăm dò không gian sao Mộc, sao Thổ,
Thiên Vương, Hải Vương và nhật quyển.
• Galileo: nhiệm vụ thăm dò các tiểu hành tinh, Mộc tinh và Mặt trăng.
Sau khi tìm hiểu quá trình phát triển cũng như ứng dụng, chức năng của OBC
trong các chương trình này, chúng ta sẽ có cái nhìn tổng quan về lịch sử phát triển
của OBC.
1.1Các chương trình Mariner
Công nghệ OBC được sử dụng trong các chương trình Mariner dựa trên
công nghệ mạch số tuần tự.
Bộ vi xử lý/ Bộ nhớ: Kỹ thuật kiểm soát đơn giản, nền tảng là mạch số tuần tự,
nó có thể được lập trình bằng các dòng lệnh w.r.t, được xác định trên các khe thời gian
3
tương ứng. Bộ nhớ 512 từ nhớ, đủ để lưu trữ một chuỗi lệnh điều khiển. Lệnh điều khiển
từ mặt đất được truyền từ anten Goldstone. Các dữ liệu khoa học ghi nhận, tín hiệu video
truyền hình đầu tiên từ tàu Mariner được truyền trên băng X. OBC đầu tiên này có chức
năng reset trong một số trường hợp khẩn cấp.
1.2 Các chương trình Pioneer và Voyager.
Đặc trưng của OBC trong các nhiệm vụ này hệ vi xử lý được xây dựng trên công
nghệ transistor và bộ nhớ CMOS
Hình 1.1: Vệ tinh Voyager
Bộ vi xử lý/ Bộ nhớ chính:

• Công nghệ thực hiện bộ vi xử lý là cá mạch tích hợp mật độ thấp/ trung
bình- một phần dựa trên mạch TTL ( AACS ) một phần trên mạch tích hợp.
• Sử dụng bộ nhớ lõi từ tính, khả năng lưu trữ 4K từ mã 18 bit. Do yêu cầu
xử lý hình ảnh hiệu suất cao nên có sử dụng CMOS RAM ( 8 Kword)
• Cung cấp chức năng: giải mã lệnh, khắc phục lỗi, xử lý tín hiệu anten,
thông tin tuần tự của tàu vũ trụ.
Đây là hình ảnh của một máy tính đầu tiên trên tàu vũ trụ
4
Hình1.2: Voyager FDS computer main board
Mặc dù máy tính FDS cũng được bắt nguồn từ hệ thống tàu do thám Viking
tương ứng, trên Voyager được trang bị bộ nhớ tích hợp (8 Kword) . Dữ liệu của
Pioneer và Voyager được cung cấp từ ổ băng từ.ví dụ dữ liệu khoa học được thu
thập sau đó được phát xuống mặt đất, băng từ này dài 328m, có thể lưu trữ 536
Mbit dữ liệu, tốc độ ghi là 115,2 kbit/s, tốc độ phát 57,6 kbit/s.
1.3.Chương trình Galileo
Galileo là vệ tinh thăm dò cỡ lớn với tải trong lên tới 2,2 tấn, được phóng lên vũ
trụ ngày 10/10/1989. Công nghệ máy tính trên Galileo có bước tiến dài so với các chương
trình vũ trụ trước đây, OBC có cấu trúc CDS- “Command and Data Subsystem”, bộ vi
xử lý là các microprocessor.
Hình 1.3: Vi xử lý RCA (CDP) 1802
Một số thông số của vi xử lý này: 8 bit dữ liệu, 16 bit địa chỉ, hoạt động với bộ
dao động nội.
5
Hình 1.4: Mạch điều khiển và dữ liệu
So với việc thực hiện trên công nghệ bóng bán dẫn CDS của Voyager các CDS
của Galileo có tốc độ chậm hơn. Tuy nhiên kể từ khi sử dụng các thành phần tiền xử lý
dữ liệu mà hiệu suất của IC được tăng lên đáng kể.
OBC trên Galileo có bộ nhớ 32 Kbyte, CPU hoạt động ở clock khoảng 1,6 MHz
với chu kỳ lênhj 200kHz. Phần mềm được viết trên ngôn ngữ Asembler.
1.4. Công nghệ hiện nay

Hiện nay, công nghệ để sử dụng để chế tạo OBC là sử dụng các chip có cấu trúc RISC,
bộ nhớ RAM sử dụng các công nghệ mới nhất như M-RAM
Hình 1.5: Chip LEON3FT
Một số thông số của chip LEON3FT:
6
• 8kByte data cache
• 32 bit điều khiển SDRAM với EDAC cho SDRAM bên ngoài 16 bit dùng
chung vào ra (GPIO).
• Timer/ watch dog giám sát điều khiển ngắt
• Gỡ lỗi UART , giao diên JTAG
• Có 4 liên kết SpaceWire
• 2 bộ điều khiên CAN, Ethernet, giao diện cPCI.
II. Cấu trúc của OBC
Một OBC sẽ bao gồm nhiều thành phần, tuy nhiên các thành phần chính cấu tạo
nên OBC sẽ được nghiên cứu trong mục này:
• Bộ vi xử lý
• Bộ nhớ trong/khởi động/ bảo vệ
• Bus dữ liệu và bus điều khiển
• Giao diện gỡ lỗi và dịch vụ
• Giao diện transponder
• Nguồn
• Khối tái cấu hình
• Khối cảm biến và điều khiển nhiệt độ
Ta sẽ đi vào từng khối chính:
2.1 Bộ vi xử lý
Ngày nay, OBC đều sử dụng các chip RISC làm bộ vi xử lý, tuy nhiên với mỗi
quốc gia hàng đầu về công nghệ vũ trụ, họ sẽ sử dụng những dòng chip khác nhau do
chính họ phát triển. Bảng dưới đây là liệt kê các chip được sử dụng:
Châu Âu ERC32 và kiến trúc Leon
Mỹ PowerPC 603, PowerPC 750, MIPS

R3000
Nhật Hitachi SuperH(SH)
Trung Quốc ARM IP, FPGAs
Bảng 1: Các bộ vi xử lý được sử dụng trong OBC
7
2.2 Bộ nhớ
Trong một OBC hiện đại, bộ nhớ được phân chia để thực hiện nhiều chức năng
khác nhau.
2.2.1 Bộ nhớ khởi động ( Boot memory)
Trên mỗi OBC bao gồm một khu vực bộ nhớ mà dữ liệu tại đó không mất đi ngay
cả khi khởi động lại máy tính. Phần bộ nhớ này giữ bộ nạp khởi động cho các phần mềm
trên máy tính.
Các loại bộ nhớ thông dụng được sử dụng trong vùng này là:
• PROM : Programmable Read Only Memory- Bộ nhớ chỉ đọc.
• EEPROM: Electrically Erasable PROM – Bộ nhớ PROM được xóa được
bằng điện.
Ngoài ra, trong các OBC được triển khai mới nhất thì công nghệ MRAM
(Magnetoresistive Random Access Memory). Công nghệ này kết hợp lợi ích của
các mạch tích hợp với mật độ cao, tốc độ ghi đọc cao, năng lượng tiêu thụ thấp,
đáp ứng được chu kỳ lệnh của CPU. Một đặc điểm quan trọng của MRAM là nó
có khả năng chịu được các tia bức xạ năng lượng cao.
2.2.2 Bộ nhớ hoạt động (Work Memory)
“Random Access Memory” – RAM được sử dụng để lưu trữ các runtime và các
phần mềm thự hiện trên OBC bao gồm cả hệ điều hành và phần mềm điều khiển chính
nó. Trong hoạt động của OBC bình thường ( không bao gồm các phần mềm được tải từ
nguồn bên ngoài) các phần mềm trên OBC được sao chép bởi bộ nhớ khởi động PROM,
EEPROM vào bộ nhớ hoạt động RAM, sau đó công việc bắt đầu được thực hiện. Tất
nhiên quá trình này các biến và thông số cấu hình OBSW cũng được nạp vào RAM.
Các loại RAM được sử dụng cho các ứng dụng không gian- trái ngược với các
máy tính trên mặt đất trong nhiều trường hợp là “Static RAM” – SRAM, hệ thống chạy

bằng điện, tuy nhiên không cần làm mới theo chu kỳ, nó sẽ bị mất thông tin khi mất điện.
Một số máy tính được trang bị thêm “Dynamic RAM’’ – DRAM hoặc
synchronous DRAM(SDRAM). SDRAM cần được làm tươi theo chu kỳ tương tự như
DRAM. RAM dựa trên mạch tích hợp trong điều kiện môi trường không gian gặp một
vấn đề là rất nhạy cảm với các hạt năng lượng cao, nó gây ra hiệu ứng SEU- Single Event
Upset. Để khắc phục vấn đề này, người ta sử dụng một RAM chip gọi là EDAC- Error
Detection And Correction, chức năng này được thực hiện thông qua những từ mã dài hơn
một từ mã chuẩn với nội dung dữ liệu nguyên vẹn với một địa chỉ ô nhớ. Ví dụ: Chip
8
ERC32 và LEON hoạt động với từ mã tiêu chuẩn 32bit. Các RAM chip EDAC cung cấp
bổ sung các từ mã độ rộng 40bit, tức là thêm 8 bit kiểm tra/sửa lỗi. Bộ vi xử lý đánh giá
các bit bổ sung của EDAC để phát hiện lỗi.
2.2.3 Bộ nhớ bảo vệ - Safeguard memory
Trong OBCs có một vùng nhớ được trang bị nhằm lưu trữ thông tin về cấu hình,
trạng thái của tàu, các thiết bị dư thừa. Vùng nhớ này còn được gọi là “Spacecraft
Configuaration Vector”- SCV, nó được sử dụng để :
• Cấu hình lại các OBC
• Khôi phục dữ liệu sau khi bị mất điện tạm thời
Các OBC khởi động sẽ có một khu vực bộ nhớ nơi lưu trữ thông tin về tình trạng
vệ tinh. RAM Flash được sử dụng cho vùng nhớ này, tuy nhiên trong các OBC
hiện nay, MRAM được ứng dụng nhiều hơn.
2.2.4 Bộ nhớ lưu trữ dữ liệu khoa học và bảo dưỡng- Science and housekeeping data
memory.
Khu vực nhớ lưu trữ các dữ liệu:
• Dữ liệu vệ sinh định kỳ từ tram mặt đất.
• Các dữ liệu khoa học.
Các thông tin được lưu trữ trong vùng nhớ này vô cùng quan trọng cho quá trình
dọn dẹp , bảo dưỡng vệ tinh từ xa cũng như cung cấp các thông tin khoa học cho
trạm mặt đất. Công nghệ ram được sử dụng là Flash EEPROM- tương tự như 1
USB cho máy tính.

2.3 Bus dữ liệu, mạng và kết nối điểm – điểm.
2.3.1 Các liên kết kết nối OBC
Để kết nối với OBC, tồn tại ba loại kết nối chính
• Điểm tới điểm: Kết nối các nhiệt điện trở, cảm biến… với OBC sử dụng
dây nối.
• Bus dữ liệu: Kết nối OBC với các thiết bị như bộ tiếp nhận GPS, tải, star
tracker
• Mạng điều khiển: Mạng điều khiển bao gồm các thiết bị định tuyến và các
mạng con.
9
2.3.2 MIL-STD-1553B
Chuẩn MIL-STD-1553B ( The US military standard) xác định các đặc tính cơ
học, điên và chức năng của một bus dữ liệu. Ban đầu nó được không quân Mỹ sử dụng
thiết kế các ứng dụng trong máy bay quân sự. Tuy nhiên, sau đó chuẩn này được áp dụng
chính trong phân hệ xử lý dữ liệu của vệ tinh. Một MIL bus bao gồm một BC- Bus
Controller và lên tới 31 thiết bị đầu cuối điều khiển từ xa RT- Remote Terminals. Hình
sau thể hiện các thành phần của chuẩn này:
Hình 2.1: Chuẩn MIL-STD-1553B
Thiết bị đầu cuối luôn được kết nối với các hai bus dữ liệu A và B. Sử dụng cáp đồng
trục được nối đất và sử dụng các khớp nối RT. Các dòng tín hiệu trên bus được đi qua
cuộn dây từ tính. Do đó không có kết nối điện tồn tại trực tiếp, tránh hiệu ứng điện của
một RT khác, tín hiệu nối đất được đảm bảo bằng một điện trở ở cuối đường bus. Một số
dạng mã hóa tín hiệu trên bus:
Hình 2.2: Mã hóa trực tiếp thực hiện trên chuẩn MIL-STD-1553B
10
Trong mô hình OSI, bus MIL được định nghĩa ở lớp 1 ( lớp vật lý) và lớp 2( lớp liên kết
dữ liệu) và một phần của lớp 4. Trong lớp 3- network packet không tồn tại kể từ khi bus
MIL không hỗ trợ đường dẫn mạng và các địa chỉ logic.
Có 5 loại trao đổi dữ liệu giữa BC và RTs:
• Nhận dữ liệu ( Receive data): Bus điều khiển gửi 1 chỉ thị 16bit,

ngay lập tức các RTs từ 1 đến 32 nhận được 1 từ dữ liệu 16bit. Lựa
chọn RT nhận bằng kiểm tra nhãn của dữ liệu 16 bit.
• Truyền dữ liệu: Bus điều khiển gửi một lệnh đến RT. RT gửi lại một
đáp ứng, ngay sau đó 1 tới 32 từ mã để điều khiển.
• Dữ liệu quảng bá: Bus điều khiển gửi một lệnh từ địa chỉ của một
thiết bị đầu cuôi tới 31 RT còn lại. Tất cả các RT này sẽ chấp nhận
dữ liệu nhưng không cho phản hồi. Điều này có thế sử dụng cho hệ
thống lệnh rộng khắp.
• Chế độ code: Các bus điều khiển sẽ gửi một lệnh có đia chỉ con từ 0
hoặc 31. Lệnh này có thể có hoặc không có từ mã theo sau. RT đáp
ứng với một trạng thái. Chế độ này dùng để kiểm tra trạng thái của
các RT.
• Truyền dữ liệu từ RT tới RT: Bus điều khiển gửi lệnh nhận, RT nhận
phản hồi trạng thái, sau đó RT truyền sẽ truyền dữ liệu.
2.3.3 SpaceWire
SpaceWire là một tiêu chuẩn cho một mạng lưới thông tin liên lạc tàu vũ trụ. Nó
được điều phối bởi Cơ Quan Vũ Trụ Châu Âu (ESA) phối hợp với NASA, JAXA và
RKA.
Tiêu chuẩn SpaceWire định nghĩa phần cứng và các tín hiệu khác biệt điện áp thấp
(LVDS), SpaceWire được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEEE 1355. SapceWire sử dụng
một tín hiệu điện điều khiển qua 2 cặp dây song hành.
Hình 2.3: Differential encoding
SpaceWire có thể vận hành đầy đủ cấu hình song công tương tự như Etherner, tuy
nhiên hầu hết các ứng dụng trong không gian mới chỉ sử dụng như một khởi xướng cho ý
11
tưởng này. Ngoài ra, thiết bị định tuyến SpaceWire vẫn còn rất hiếm trong các ứng dụng
không gian. Tàu không gian thăng dò sao Thủy Bepi Colombo hiện đang được trang bị và
phát triển công nghệ định tuyến SpaceWire để trao đổi dữ liệu giữa các OBC và các mô
đun khác.
2.3.4. CAN-Bus

“Controller Area Network” – CAN hay còn gọi là CAN bus là một tiêu chuẩn
trong ngành công nghiệp ô tô cho kết nối các đơn vị điều khiển điện tử (ECU), động cơ,
hộp số, hệ thông phanh được phát triển bởi Robert Bosch GmbH của Đức, kết hợp với
nhà sản xuất chip Intel.
CAN bus được sử dụng bởi nhà sản xuất S/C manufacturer Surrey Satellites Ltd
trên tàu Giove – A – vệ tinh nguyên mẫu đầu tiên cho Châu Âu để triển hai hệ thống GPS
Galileo.
2.4 Giao diện Transponder
Các lệnh chỉ huy vệ tinh ngày nay được thực hiên bằng cách áp dụng một phương
thức truyền thông được đặt theo tên của “Ủy ban tư vấn cho hệ thống dữ liệu không
gian”-CCSDS. Tiêu chuẩn này định nghĩa bố cục một gói tin, và cách thức phân đoạn,
đóng khung các gói telecommand ở CLTU cho tần số vô tuyến (RF) đường lên. Trong
quỹ đạo của tàu, giao diện Transponder trên vệ tinh sẽ nhận được dòng bit này và tập hợp
lại để ở mức gói dữ liệu TC, trước khi các phần mềm có thể sử dụng chúng.
12
Hình 2.4: Sơ đồ mã hóa/giải mã CCSDS
Ngược lại, cho đường xuống, các gói có sẵn trong OBSW có đặc điểm:
• Truyền thời gian thực
• Phát lại từ xa
• Mức ưu tiên cao
• Hỗ trợ các dòng dữ liệu tải trọng
Các gói TM có các mức ưu tiên khác nhau, chiều dài và số mức phải được ghép
một cách thích hợp và phải được đóng khung và mã hóa CADU- Channel Access Data
Units, trước khi truyền RF xuống mặt đất. Hình trên mô tả quá trình mã hóa dữ liệu
Telecommand (TC) từ trạm mặt đất sau đó truyền dữ liệu lên vệ tinh. Ở chiều ngược lại
mã hóa Telementry(TM) từ vệ tinh sau đó được truyền xuống cho trạm mặt đất.
Nhiệm vụ giải mã TC và mã TM trên vệ tinh được thực hiện bởi một vộ vi xử lý
gọi là CCSDS được tích hợp vào OBC. Hình dưới đây mô tả vị trí của bộ đồng xử lý
CCSDS bên cạnh một OBC trong thực tê. Nó cũng cho thấy các khối chức năng chính để
giải mã TC và mã hóa các chuỗi TM.

13
Hình 2.5: CCSDS Processor Booard Detail
2.5 Giải mã lệnh xung đơn vị
Như mạch tích hợp (ASICs hoặc FPGA) họ cung cấp các chức năng cho trường
hợp khẩn cấp,ví dụ như gặp sự cố, các phần mềm trên vệ tinh bị trục trặc. Khi đó để
kiểm soát tình hình, trạm mặt đất sẽ điều khiển vệ tinh nhờ vào một “ lệnh ưu tiên cao” –
HPC. Các lênh HPC được xác định bởi chip xử lý CCSDS và được chuyển đến một nơi
giải mã lệnh xung đơn vị - Command Pulse Decoding Unit (CPDU). Một lệnh cứng bao
gồm 8 bit cho lựa chọn kênh và 8 bit cho định nghĩa độ dài xung.
CPDU trong hình dưới có 256 đầu ra là tín hiệu tương tự có thể chuyển đổi bằng các 8
bit kênh trong lệnh HPC. Các xung tương tự đi ra ngoài các CPDU được chuyển đên các
thiết bị chuyên dụng- Ví dụ như: Chuyển tín hiệu khẩn cấp đên vùng “Điều khiển và
phân phôi điện năng- Power Control and Distribution Unit, cho trường hợp khẩn cấp, nó
chỉ thị cho khối này thực hiện ngắt điện để đảm bảo an toàn cho toàn hệ thống.
14
Hình 2.6: Tín hiệu HPC được CPDU định tuyến đến PCDU
2.6 Các đơn vị cấu hình lại
Tất cả các yêu tố bên trong OBC như board xử lý CCSDS, CPU board, cung cấp
năng lượng… đều có sẵn một dự phòng. Các đơn vị cấu hình lại được kích hoạt khi :
• Nhận được lệnh từ mặt đất
• Báo động giám sát hoặc khi khác
Ngoài ra, các đơn vị cấu hình lại cũng theo dõi những đơn vị đang hoạt động bình
thường và cập nhật thông tin vào bộ nhớ báo vệ. Hầu hết các trường hợp, các đơn vị cấu
hình lại chưa các thông tin theo dõi thời gian và một số cờ nội bộ của OBC. Vì vậy, trong
trường hợp một có lỗi với phần mềm mà chúng ta khởi động lại với phần mềm khác, thì
tình trạng của OBC sẽ được các đơn vị cấu hình lại cung cấp cho OBSW
15
Hình 2.7: Vị trí của khối cấu hình lại trong OBC
2.7 Giao diện gỡ lỗi và dịch vụ
Hình 2.8: UT699 LEON3-FT SOC block diagram

16
OBC trên vệ tinh cũng giống như trên một hệ thống nhúng bình thường khác, nó
cung cấp cho người lập trình viên các giao tiếp với bàn phím, màn hình…Để cho phép gỡ
lỗi trên hệ thông hiện đại như ERC 32, LEON. RS6000 cung cấp các công cụ gỡ lỗi tiêu
chuẩn hiện nay. Ví dụ : ERC 32 và Leon các trình biên dịch GNU và GDB gỡ lỗi có sẵn.
Tuy nhiên nó là chưa đủ trong quá trình sửa ỗi phần mềm. Hệ thông phần cứng cần cung
cấp một giao diện trao đổi dữ liệu giữa các các lệnh phần mềm và công cụ gỡ lỗi. Giao
diện gỡ lỗi có thể là JTAG- Join Test Action Group, có chức năng tương tự các chức
năng gỡ lỗi phần cứng đối với CCN và chip bộ nhớ chuẩn hóa. Thông thường giao diện
này thực hiên qua:
• Mạch trên chip cho phép truy cập thanh ghi và địa chỉ nội bộ
• Như một lối vào cho kết nói một trình sửa lỗi tiêu chuẩn trên giao diện chip
Service Interface (SIF) ở châu Âu được cung cấp bởi Astrium và RUAG
Aerospace, một SÌ là một kênh hiệu suất cao( ví dụ như SpaceWire) được gắn vào
main board và quản lý bằng phần mềm. Các phần mềm sau khi được trang bị một
bộ xử lý giao diện dịch vụ chuyên dụng để kiểm soát dữ liệu về thông tin y tế của
tàu. Chức năng “log”, nó không bị vô hiệu hóa ngay cả khi phóng và chuyển động
của vệ tinh, bởi vậy nó cho phép kiểm tra tình trạng vệ tinh ngay cả lúc trên bệ
phóng và khoảng thời gian trong phóng vệ tinh. Giao diện dịch vụ nhiều khi cũng
có thể sử dụng để cho phần mềm tải nhanh lên bộ nhớ RAM trong khi OBC chưa
khởi động.
2.8 Nguồn
OBC thương hoạt động với với nguồn cung cấp cho chip vào khoảng 3.3 V,
đôi khi có thể lên tới 5V. Bus nguồn của một vệ tinh thông thường cung cấp 2
đường điện áp 1 chiều là 28V và 50V. Bộ chuyển đổi điện thương được sử dung
như các trường hợp dự phòng. Như đã nêu ở trên PCDU là nơi cung cấp, phân
phối điện cho toàn bộ hệ thống.
2.9 Thiết bị kiểm soát nhiệt độ
Việc giám sát nhiệt độ phải thực hiện cho mỗi bo mạch của OBC, quá trình
giám sát được thực hiện bằng cách gắn các nhiệt điện trở vào các board hoặc chip trên

OBC. Việc làm mát của chip và board thông qua quá trính phát thải nhiệt bức xạ, chỉ
trong một số trường hợp đặc biệt ống dẫn nhiệt mới được sử dụng.
Trong trường hợp lạnh khi vệ tinh đi vào các vùng tối, các thiết bị kiểm soát nhiệt
độ sẽ đo đạc và đưa ra quyết định làm nóng các board của OBC để có nhiệt độ tối thiểu là
-40. Các cách làm nóng:
17
• Làm nóng dây trong mạch in
• Làm nóng dây đồng trong OBC
• Dùng thảm sưởi
III. Thiết kế cơ khí của OBC
Việc thiết kế cơ khí của một OBC có vẻ như một nhiệm vụ kha đơn giản so với
việc chế tạo mạch điện tử. Tuy nhiên thiết kế cơ khí phải thực hiện một số yêu cầu không
thể đánh giá thấp. Không chỉ các kết nối giữa PCBs OBC và lớp vỏ OBC phải chịu được
các yêu tố:
• Rung động và va đập trong quá trình khởi động
• Dao động biên độ nhiệt lớn trên quỹ đạo
Đầu tiên, các linh kiện được gắn vào board và được hàn lại. Các linh kiện này
được sử dụng phổ biến nhất và linh kiện dán – SMD hoặc BGA. Mỗi bảng mạch
phải được gắn vào một khung nhôm. Hình sau là một ví dụ:
Hình 3.1: OBC CPU board
Một khung như trên cần phải giữ mạch in và các mối nối. Yêu cầu đối với
dây nối là phải được sắp xếp song song và ngắn, để cho tải trọng lên các mối hàn
18
là nhỏ nhất, bởi khi phóng vệ tinh, sin rung là rất lơn. Ngoài các mối nối chính,
các board cần có các mối nối trung gian để tạo sự chắc chắn cần thiết.
Toàn bộ một nhóm các khung như vậy được lắp ráp thành một OBC tổng
thể được trang bị thêm một khung bọc bên ngoài. Do đó việc thiết kế phần khung
bên ngoài là khá phức tạp.
Hì
nh 3.2: Khung tổng thể của OBC

Một khía cạnh nữa trong việc thiết kế khung là đảm bảo độ nhiễu điện từ và
sự thay đổi nhiệt độ bên ngoài, phần khung bên ngoài phải chắc chắn và được bọc
một lớp bảo vệ để tránh các tác dụng này.
IV. Giới thiệu một số OBC trên thị trường
4.1. NanoMind A712D – CubeSat Onboard Computer
 Tổng quan:
NanoMind A712D ứng dụng trên các vệ tinh cỡ nano và pico, thực
hiện nhiệm vụ đo đạc từ xa, cung cấp lưu trữ cho các phần mềm xử lý dữ
liệu và ứng dụng người dùng.
 Tính năng:
• Tương thích với các hệ điều hành thời gian thực FreeRTOS
và eCos.
• Hệ điều hành được cài đặt sẵn trình điều khiển
• Tương thích ISIS, GOM, CubeSatKit và ClydeSpace
• Cảm biến điện từ 3 trục
• Giao diện đầu vào 6 đầu với tín hiệu đầu vào
• Giao diện SPI.
19
Hình 4.1 : NanoMind A712D
 Đặc tính sản phẩm:
• Khả năng chịu nhiệt từ -40 đến 85°C
• Polyimide PCB với khả năng chịu nhiệt cao
• Kích thước (dài x rộng x cao): 96 x 90 x 10 mm
• Điện áp cung cấp : 3,3 V
• Khối lượng 50-55 g, tùy thuộc vào chọn lựa.
 Giá : € 4,750.00
4.2. ISIS Onboard Computer
 Tổng quan:
o Đơn vị xử lý tốc độ cao với chip ARM tốc độ 400MHz, là một trong những
OBC có khả năng nhiều nhất trên thị trường trong phạm vi cùng một mức

giá.

20
Hình 4.2: ISIS Onboard Computer
 Tính năng:
• ARM9 tần số hoạt động 400MHz
• Hệ điều hành FreeRTOS
• Lưu dữ liệu dự phòng SD Card (2 x 2GB) hệ thống tập tin FAT
• 256 KB FRAM: Lưu trữ dữ liệu không bay hơi
• Cảm biến nhiệt độ bên ngoài tàu
• Phù hợp với CubeSat
 Đặc tính sản phẩm:
• Khả năng chịu nhiệt -20 tới 60 °C
• Nguồn cấp: 3.3 V
• Kích thước: 96 x 90 x 12.4 mm
• Tải trọng : 94g
 Giá:
• Main Board: 4,300 €
• EM Daughter Board: 200 €
21
• FM Daughter Board: 450 €
• JTAG Programmer: 100 €
• ISIS Subsystems Interface Library: 5,000 €
KẾT LUẬN
Từ những tìm trên chúng ta đã có cái nhìn tổng quan về các thành phần của phân
hệ máy tính trên vệ tinh – Onboard Computer, về cơ bản các thành phần cấu tạo nên
OBC trên vệ tinh cũng giống như một hệ nhúng thông thường. Tuy nhiên, do đặc tính
hoạt động trong môi trường không gian chịu tác dụng của những tia bức xạ năng lượng
cao, biên độ nhiệt độ thay đổi cũng như yêu cầu tình toán chính xác, đảm bảo thông tin
liên tục, OBC trên vệ tinh cần có thiết kể về cơ khí cầu kỳ hơn, ngoài ra còn có thêm các

khối tái cài đặt. Từ những hiểu biết cơ bản trên chúng ta có thể tiến hành thiết kế, chế tạo
22
các OBC của riêng mình. Em xin chân thành cảm ơn PSG.TS Vũ Văn Yêm đã giúp đỡ
em hoàn thành bài tập này!
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. “ Onboard Computers, Onboard Software and Satellite Operations”, Jens Eickhoff
2. “Satellite Communications”, Dennis Roddy
3. Cubeshop.com
23