新しい衛星や宇宙ベースの技術のテストは、決して簡単ではありませんでしたが、もっと簡単にできるはずです。ヴァージン・オービットが打ち上げたばかりの12Uキューブサットミッション「スリングショット1」は、新しい衛星の製造とテストを、新しいキーボードをコンピューターに接続するのと同じくらい簡単にすることを目指しています。
「宇宙用USB」と言うのは短絡的かもしれませんが…間違いではありません。新システムを設計したエアロスペース・コーポレーションのチーム自身もこの比較をしており、軍はまさにこれを実現しようと、宇宙プラグアンドプレイ・アーキテクチャ（SPA）（後にモジュラー・オープン・ネットワーク・アーキテクチャ（MONARCH）に発展）、そして共通ペイロード・インターフェース規格（CoPaIS）といった技術を用いて何度か試みてきたと述べています。しかし、これらのアプローチは、例えばCubeSat規格ほど普及していません。ちなみに、CubeSat規格もエアロスペース・コーポレーションが先駆者です。
Slingshot 1 の目標は、オープン スタンダードを使用しながらも、セキュリティ、電源など、必要なすべての要件を満たし、USB や ATX と同様に適応性と使いやすさに優れた標準サテライト バスを作成することです。
[Slingshot]は、モジュール式のプラグアンドプレイインターフェースを用いることで、衛星開発における俊敏性と柔軟性を高めます。これらのインターフェースはオープンソースシステムを活用することで、開発を停滞させる可能性のある独自仕様のロックインを回避するとともに、カスタマイズされた衛星バスを必要としないペイロード用の標準化インターフェースも提供します。これらのインターフェースは、ペイロードに必要な電力、コマンド、制御、テレメトリ、そしてミッションデータを設定します。共通の標準規格がなければ、ペイロードと衛星間のバス要件は、様々な衛星バスメーカーによって決定されます。Slingshotは、インターフェースの要件数と複雑さを軽減し、「Handle」と呼ばれるオープンなペイロードインターフェース標準を作成することで、この不確実性を排除します。
XKCD によって不滅になった、標準標準化を目指す人々が遭遇する共通の罠、「現在 N+1 標準がある」をどうやって回避するのでしょうか。
さて、衛星の世界における標準のかなり嘆かわしい状況（もし何かあると言えるならば）はさておき、チームは、すでに世界中の膨大なネットワークの基盤となっているイーサネットを基盤としてすべてを設計することに決めました。
「Handle規格をイーサネットにベースとすることで、この非常に一般的なインターフェース向けに開発されたハードウェアおよびソフトウェアツールの広大なエコシステムを基盤とすることができ、実質的に最も一般的な地上システム規格を衛星利用向けに移植したことになります」と、エアロスペースのシニアエンジニアスペシャリスト、ダン・マブリー氏は述べています。「私たちはネットワークを低消費電力向けにカスタマイズしながらも、デバイス間のギガビット/秒通信をサポートしており、新しいアプリケーションごとにネットワークをカスタマイズするためのカスタムソフトウェア開発は必要ありません。」
昨年、AerospaceがSlingshotを自社向けに紹介した際に彼が述べたように、「ペイロードを接続すると、即座に認識されて動作します。そして、ブロードキャストデータは、搭載ソフトウェアの調整や微調整なしに、宇宙船のダウンリンクに送信されます。さらに、オンボードネットワークであるため、そのペイロードのデータは他のすべてのペイロードからも確認できます。ペイロードはリアルタイムで容易に連携でき、分散配置されたスマートセンサーとプロセッサは基本アーキテクチャによって連携されています。」
これを、さまざまなニーズにインテリジェントに供給できる電源ハブと、全体を整理されたゲーミング PC の背面のように見せるモジュラー エンクロージャと組み合わせると、プラグ アンド プレイのレシピが得られ、将来の設計者にとって非常に簡単になります。
Slingshotのプログラムマネージャー、ハンナ・ワイアー氏は次のように述べています。「Handleはインターフェースの複雑さを軽減し、インターフェースへの適応を最小限、あるいは全く必要とせずに、様々な衛星バスやペイロードをサポートすることを目指しています。Slingshot 1では、多様な要件を持つペイロードを搭載していましたが、Handleはペイロード統合プロセスを合理化する鍵となりました。Handleのおかげで、靴箱ほどの大きさの衛星にこれほど多くのペイロードを統合することができました。」
もちろん、単に必要最低限のインターフェースを送るだけでは十分ではありません。何も入っていないPCケースを送ることを想像してみてください。動作するかどうかを確認するには、何かを取り付ける必要がありますが、幸いなことに、Aerospaceは2019年のSlingshot誕生以来、膨大な実験と機能を蓄積してきました。
- ハンドル – プラグアンドプレイペイロード電気インターフェースモジュール
- SatCat5 – オンボードイーサネットとネットワークルーティング
- t.Spoon – モジュラー式メカニカルインターフェース
- t.Spoonカメラ – プラグアンドプレイカメラモジュール
- t.Spoonプロセッサ – Zynq Ultrascale+オンボードプロセッシング
- Starshield – オンボードマルウェア検出
- CoralReef – サンゴテンソル処理ユニット
- STarfish – セキュアなARM Cortex-M33オンボード処理
- SDR – Sバンドソフトウェア無線（SDR）ダウンリンク
- Keyspace – 小型衛星向け暗号サービス
- レーザーコム – 次世代宇宙/地上レーザーコムダウンリンク
- ROESA – IoTプロトコルを使用してペイロードを接続する
- Vertigo – 再構成可能な姿勢制御システム
- Blinker – 宇宙交通管理用GPSトランスポンダー
- ハイパー – 小型衛星用過酸化水素スラスタ
- ExoRomper – 人工知能と機械学習のテストベッド
これらの中には、t.Spoonの様々なコンポーネントのように、ほぼ説明の必要がないものもあります。これらは、全体をまとめる中核となる機械要素を構成しています。もちろん、優れたソフトウェア無線ダウンリンクも必要です。しかし、衛星にテンソル演算処理装置と機械学習のテストベッドを搭載するのでしょうか？ IoTプロトコル？ 暗号化サービス？
以前、Aerospace の研究所を訪問した際にチームと話をしたとき、Slingshot に搭載されているものの多くは、ある意味では前例のないものだが、むしろ、一般的な地上のタスクを、衛星のハードウェアとソフトウェアの極めて形式化され、限定されたコンテキストに適応させることが主な目的だと話していました。
3つまたは4つのペイロードがプロセッサとストレージを共有しているとします。それらの通信を安全に確保するにはどうすればよいでしょうか？地上で行うのと同じ方法で、宇宙船の軽量な処理能力、限られた電力、特殊なインターフェースに適応させる必要があります。もちろん、宇宙における安全な処理と通信は以前から行われてきましたが、チェックボックスをクリックするだけでペイロードが完全に暗号化されるようなプラグアンドプレイ版があるわけではありません。
ExoRomperも同様で、TPUに接続された外部カメラを備えています。宇宙空間でのAIは既に多少は活用されていますが、「衛星に雲認識機能を追加すればいいじゃないか。2ワット、20立方センチメートル、275グラムの容量になるだろう」と言えるようなシステムはありませんでした。特にこのシステムは、衛星自体を監視し、照明条件を確認するように設計されており、これは熱負荷と電力処理に深刻な影響を与えます。衛星にも専用の衛星を搭載し、太陽電池に過熱箇所がないか監視するのはどうでしょうか？
今後数ヶ月にわたり、スリングショットは多くのコンポーネントと実験をテストし、データを取得していく予定です。これは、小型衛星の新たなモジュール化時代の幕開けとなるかもしれません。
