100 дней 100 космических инструментов, день 1 - RTOS

И ребята всем привет, можете называть меня - Rempest.Я новый админ, робототехник, програмист дронов и гуманойдных роботов. Так же изучаю космос, а если точнее - програмное обеспечение космических систем. И сегодня наша тема - RTOS (Real time operating system).

Вообще, что это такое?

RTOS (real time operating systems) - это группа операционных систем для контроля временных интервалов между задачами и миссиями.

Простой пример: вам нужно выучить все уроки за 10 секунд. И если вы ровно за 10 секунд не сделаете уроки, RTOS сломает абсолютно всю систему без шансов на востановление.

RTOS очень строгая система, и единица измерения у них в микро/милисекундах, это получается если какая та задача опоздает хоть на 100 микросекунду то вся техника сломается, а восстановить потом будет очень сложно а иногда даже невозможно.

Единица измерения отличается от типа RTOS. И да, как вы могли заметить RTOS это не одна конкретная система, а огромная группа других операционных систем реального времени.

В RTOS есть операционные системы такие как:
• QNX
• VxWorks
• RTEMS
• FreeRTOS
• Zephyr и другие.

Каждая операционная система используется для конкретных целей, например в космосе чаще используют QNX, VxWorks и RTEMS.

Но зачем такую кошмарную вещь используют в космосе?

1. Потому что RTOS=СТРОГОСТЬ, в космических системах миллионы задач работают парарельно, и чтобы не было "бардака" RTОS распределяет все задачи чтобы они не мешали друг к другу.

2. В космосе буквально каждая микросекунда важна. Все техники должны реагировать моментально, они не должны говорить: "Ща, у меня обновление появилось нужно 10 минут подождать" или "Ща подожди у меня вот это программа тормозит"
НЕТ! RTOS никогда не допускает таких ошибок, или задержки в задачах.

Ну на этом все, всем пока а на связи был Rempest.

100 дней — 100 космических инструментов. День 2: RTEMS

Всем привет друзья, на связи Rempest. Сегодня я расскажу про RTEMS — операционную систему реального времени, используемую в космических технологиях.

RTEMS — это RTOS, созданная для спутников и других космических систем. Это не обычная операционная система — она разработана для миссий, где критичны точность по времени и надёжность.

RTEMS используется в космических аппаратах, но не в роботах.
Для роботов чаще применяют QNX, VxWorks или FreeRTOS (для более простых систем).

RTEMS — открытая, надёжная и проверенная реальными миссиями ОС, что делает её одним из ключевых инструментов современной космической инженерии.

Один из главных фреймворков NASA — Fprime (F`)

И всем привет ребята, на связи Rempest. Cегодня тема будет про NASA, а именно про огромный фреймворк программного обеспечения для космических систем. Звучит сложно, но понять что это такое не трудно.

Начнем с того что такое фреймворк?

Фреймворк - это набор специальных инструментов для решение определенной задачей. Например у вас есть ящик с разными инструментами (Молоток, отвёртка и тд) и каждый инструмент используется для разных целей, с фреймворками тоже самое.

Теперь, что такое F'? (F-prime ещё его называют)

Это огромный, точнее, самый главный фреймворк для програмирование космических систем. Автор этого фреймворка, всеми известный - NASA.

NASA создал очень очень много фреймворков и экосистем для программирования космических техник, и про каждую систему я вам расскажу. Но самая главная их система является - F'.

F'(prime) - это открытый (open source) фреймворк для програмирование космических аппаратов. Он работает в реальном времени, умеет контролировать множество моторов, датчиков и сенсоров, поддерживает симуляцию и тестирование и многое другое. Вы можете скачать его абсолютно бесплатно на GitHub и работать с ним. Но сразу говорю он очень сложный фреймворк.

Системы NASA такие как:

• Ingenuity Mars Helicopter
• AST ERIA CubeSat
• ISS RapidScat
• Lunar Flashing CubeSat
• NearEarth Asteroid Scout и тд.

Используют именно F prime как самый главный фреймворк.

Ну и всем пока, на связи был Rempest.

И ребят всем привет на связи Rempest. Те кто не знают - у меня есть свой собственный тгк, где есть огромная информация о других науках и системах. Тем кому интересно, вот ссылка:

https://t.me/IntelliPlus

100 дней 100 космических инструментов. День 4- Космические процессоры.


Космические процессоры - это вам не обычный процессор по типу Ryzen или Intel, а нечто на много больше и мощнее. Ее используют для того чтобы он, КОНТРОЛИРОВАЛ ВСЮ КОСМИЧЕСКУЮ ТЕХНИКУ (спутник, марсоход, ракета и тд). Он управляет всеми системами, и автомотизирует работу человека.

Основные задачи космического процессора:

• Управлять абсолютно всеми системами

• Обработка данных и управление датчиками

• Навигация и ориентация

• Связь с землей

• Автономия робота

• Научные вычесления

Думаю вам тут все понятно кроме - Автономия робота. Это озночает что процессор сам принимает решения, если связь с землей теряется.

Какие же особенности есть у этих процессоров?

Эти процессоры выдерживают АБСОЛЮТНО ВСЕ (ладно не буду преувеличивать) они выдерживают многие условий космоса. Напрмер радиация, невесомость, отсутствие атмосферы и тд.

Про каждый процессор который я знаю сам, будут отдельные посты.

Ну и на этом все ребята, всем удачи и всем пока.

Ребят на связи Rempest. Помните когда то я рассказывал вам о open source фреймворке - F prime? Так вот, в официальном GitHub канале NASA, имеется open source проекты с использованием данного фреймворка. Подобных проектов и документации не мало. Вот ссылка на один из репозиториев:
https://github.com/nasa/fprime

Ребят,извините за долгое отсутствие постов и фактов! Сейчас у меня трудные контрольные и учеба,изза которой нет времени на канал :(
Но не расстраивайтесь!как только будет время–обязательно продолжу постить!

Удачи

Ядерные электрические ракеты

И всем привет ребята, на связи Rempest. Очень давно не было моих постов на этом канале. Но пришло время моего come back (потом опять на несколько месяцев пропаду). И сегодня я пришел не с пустыми руками. Сегодня я расскажу о ЯДЕРНЫХ - ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАКЕТ.

❗️СРАЗУ УТОЧНЯЮ, МЫ ГОВОРИМ О КОСМИЧЕСКИХ РАКЕТАХ А НЕ О БОМБ❗️

В этом посте ответы будут на такие вопросы;

• Что такое ядерная электрическая ракета?
• Какие у нее компоненты?
• Из чего она состоит?
• Как ее строят?
• Чем она отличается от обычной ракеты?
• Какой у нее софт?(Программы внутри ракеты)
• Можно ли использовать ИИ в ядерной электрической ракете?

Начнем с начала.
Что такое ядерная электрическая ракета?
Это космическая ракета, которая использует ядерное топливо чтобы создать энергию. Ядерное топливо НЕ выбрасывается наружу и НЕ участвует в тяге напрямую. В таких ракетах чаще используют уран 235 в виде таблеток или стержней. (Иногда еще уран 238 но это уже реже). В атомной электрической ракете химический процесс состоит из деления атомов:
Атом урана делится -> тем самым выделяет тепло. Это реакция КОНТРОЛИРУЕМАЯ, тоесть нет никакого "БАБАХ" или ядерных взрывов.

Какие у нее компоненты?
Общая идея:
ЯЭР (Ядерная электрическая ракета)= источник энергии + электростанция + электродвигатели + теплоотвод + управление
Тягу создаёт электричество, а не ядерное топливо напрямую. Основные компоненты этого аппарата состоит из:

• Ядерный реактор

Сердце ЯЭР. Оно создает тепло, которая вырабатывается за счет делений атомов урана. Опять же предупреждаю что там нет никаких взрывов, все плавно регулируется и контролируется.

• Система ядерной защиты
Защищает всю ракету, электронику, корпус, двигатели и все остальное от радиации. Обычно эту защиту делают из: экраны из бора, карбида бора, лития

• Система при образовании энергий
Превращает тепло в электричество. Типы таких систем довольно много, но самые основные из них это:
• термоэлектрические генераторы
• турбогенераторы (в мощных проектах)
Результат этих генераторов, они создают стабильное электричество для двигателей и других систем.

• Система отвода тепла
Состоит из:

теплоносителей (жидкие металлы или газы)

огромных радиаторов

Зачем:
в космосе нет воздуха → тепло можно убрать только излучением.

• Электрические двигатели
Они создают тягу благодаря которому ракета взлетает.

Типы:
ионные
холловские
плазменные (VASIMR)

Что используют:
электричество от реактора
рабочее тело (ксенон, аргон)
⚠️ Рабочее тело ≠ ядерное топливо

Баки с рабочим телом
Хранят: ксенон, аргон
Функция: газ ионизируется,
выбрасывается назад,
ракета разгоняется вперёд

Система ориентации и стабилизации
Нужна для: точного направления тяги
разворотов аппарата
стабилизации
Использует: малые двигатели, маховики, гироскопы. Блин вот помню решал подобные задачи на ориентацию, это ужасно сложно. Даже просто повернуть на @=30° безумно сложно.

Бортовой компьютер и софт
Мозг всей системы (Код на компьютере)

Управляет: реактором (жёсткая логика), распределением энергии двигателями, навигацией

Работает на: RTOS,
отказоустойчивых алгоритмах, без «свободного» ИИ в критических зонах

Система связи
Позволяет: передавать телеметрию, получать команды с Земли
Но:
аппарат должен уметь работать автономно а это очень сложно.

Каркас и конструкция
Обеспечивает: жёсткость
защиту, крепление всех модулей
Материалы: титан, алюминий-литий,
композиты

Вот такой список у нас получился. Надеюсь всем было понятно. Главное, что стоит запомнить
Ядерно-электрическая ракета — это не “ракета с реактором”,
а космическая электростанция с двигателями.

Следующий вопрос, из чего она состоит?
Мы уже разобрали что за фигнюшки внутри ЯЭР но теперь нужно разобрать его механику. Из чего она состоит механический?

её центре находится реактор — компактный, тяжёлый, окружённый защитой. Он не взрывается, не грохочет. Он спокойно и контролируемо выделяет тепло за счёт деления атомов. Это тепло превращается в электричество.

И вот здесь начинается самое интересное: электричество не создаёт тягу напрямую. Оно питает электрические двигатели, которые разгоняют обычный газ — чаще всего ксенон — до огромных скоростей.
Ракета движется не благодаря ядерному топливу как таковому, а благодаря электричеству, которое оно производит. Ядерное топливо остаётся внутри, как сердце внутри организма.

С точки зрения механики, это сложная система:
жёсткая несущая ферма
реактор в защитном кожухе
теплообменники и трубопроводы
огромные радиаторы, которые раскрываются как крылья
баки с рабочим телом
электрические двигатели

Самая парадоксальная часть — тепло. В космосе нет воздуха, который бы охлаждал конструкцию. Тепло можно убрать только излучением. Поэтому радиаторы получаются большими, тонкими и хрупкими. Иногда они сложнее самого реактора.

Внутри реактора находятся топливные сборки и управляющие стержни.
Главный механический элемент здесь — привод стержней.
Это электромеханический механизм, который:
медленно вводит стержни внутрь активной зоны,
либо выводит их наружу,
регулируя мощность реактора.
Есть и аварийный режим: при необходимости стержни могут просто упасть вниз под действием гравитации или пружины, мгновенно останавливая реакцию.
Это не быстрый процесс, как у двигателя, — это тонкая регулировка, миллиметры движения решают судьбу всей системы.

Реактор выделяет тепло, и его нужно уводить.
Для этого используется система труб и насосов. Если применяется жидкий металл (например, натрий или литий), то могут использоваться:
механические насосы,
либо электромагнитные насосы без движущихся лопастей.

Трубопроводы проходят через теплообменники и далее к радиаторам.
Здесь важна герметичность и устойчивость к высоким температурам.
Это замкнутый, непрерывно циркулирующий контур — как кровеносная система.

А радиаторы вот чуть чуть отличаются от обычных ракет. Иногда используются пружины, иногда электроприводы.
После раскрытия они остаются неподвижными — но их конструкция должна выдерживать температурные перепады и микровибрации.

Если представить всё вместе, механически ядерно-электрическая ракета — это:
длинная ферма,
реакторный модуль,
теплообменная система,
раскрывающиеся радиаторы,
блок двигателей,
баки с рабочим телом,
механизмы ориентации.

Она не «взрывается», не «ревёт».
Её механизмы работают тихо, медленно и точно.
Это машина не для силы, а для выносливости (Ребят она годами может лететь на Сатурн)

Теперь следующий вопрос: Как ее строят?

Проектирование ядерно-электрической ракеты начинается не с реактора. И даже не с двигателя.
Оно начинается с вопроса:
Куда и зачем мы летим?
Потому что эта машина — не универсальная. Она создаётся под конкретную задачу:
доставка груза к Марсу, буксировка спутников между орбитами, экспедиция к астероидам.

И от цели зависит почти всё — мощность реактора, размер радиаторов, количество двигателей, масса конструкции.

Инженеры сначала считают траекторию.
Сколько времени можно лететь?
Какую массу нужно разогнать?
Какой конечной скорости нужно достичь?
И только потом появляется понимание, сколько электрической мощности потребуется. Например: нужно 500 киловатт. Или мегаватт.
Вот с этого момента начинает рождаться сама система.

Под требуемую мощность выбирают реактор.
Но его нельзя просто «сделать мощнее».
Чем выше мощность:
тем больше тепла,
тем крупнее радиаторы,
тем тяжелее защита,
тем массивнее вся конструкция.

И тут начинается баланс.
Каждый килограмм реактора тянет за собой килограммы охлаждения и конструкции.
Проектирование превращается в постоянный компромисс:
мощность против массы, эффективность против сложности.

Самое сложное — это не сам реактор.
Самое сложное — тепло.
В космосе нет воздуха. Нечему «обдувать» аппарат.
Всё лишнее тепло можно убрать только через излучение.
Значит нужны огромные радиаторы.
А радиаторы — это:
площадь,
хрупкость,
механика раскрытия,
температурные деформации.

Иногда именно расчёт радиаторов определяет, как будет выглядеть вся ракета.

Чтобы защитить полезную нагрузку от излучения реактора, её отодвигают как можно дальше.