Linux é uma das estrelas do SpaceX

No último dia 30 de maio, o Crew Dragon da SpaceX tornou-se a primeira nave espacial tripulada de todos os tempos e o primeiro voo espacial tripulado pelos EUA em nove anos. A missão colocou com sucesso os astronautas da NASA Bob Behnken e Doug Hurley em órbita. Na bagagem, além da parafernália eletrônica do hardware e do combustível de foguete havia o Linux que, literalmente, é uma das estrelas do SpaceX.

O sistema move supercomputadores, dispositivos da Internet das Coisas (IoT) e muitos dispositivos de missão. Portanto, o Falcon 9 voa com o Linux. Os engenheiros de software da SpaceX explicaram há vários anos como a programação do Falcon 9 funciona.

Na época, os desenvolvedores disseram:

A equipe da Flight Software tem cerca de 35 pessoas. Escrevemos todo o código para aplicativos Falcon 9, Grasshopper [o foguete de teste Falcon 9] e Dragon; e fazemos o trabalho da plataforma principal, também nesses veículos; também escrevemos software de simulação; teste o código de vôo; escreva o software de comunicação e análise implantado em nossas estações terrestres. Também trabalhamos no Controle de Missões para apoiar missões ativas.

O sistema operacional de bordo do Falcon 9 é um Linux simplificado executando em três processadores x86 de núcleo duplo comuns. O próprio software de vôo é executado separadamente em cada processador e é escrito em C/C ++.

Hardware antigo, porém, eficiente

As CPUs da espaçonave estão longe de ser as mais novas e melhores. Eles foram desenvolvidos para naves espaciais, que levam anos – até décadas – para ir da prancheta de desenho ao lançamento. Por exemplo, a Estação Espacial Internacional (ISS) é executada nas CPUs Intel 80386SX de 20 MHz, vintage de 1988. No entanto, não sabemos quais chips o Falcon 9 usa. As chances são de que o design seja pelo menos uma década mais antigo do que o que você compraria agora.

É claro que, embora esses chips antigos funcionem para o desmultiplexador de comando e controle da estação (C&C MDM), eles não são muito bons para qualquer outra coisa. Para o trabalho diário, os astronautas usam o HP ZBook 15s executando Debian Linux, Scientific Linux e Windows 10. Os sistemas Linux agem como terminais remotos para o C&C MDM, enquanto os sistemas Windows são usados para e-mail, web, e diversão.

Normalmente, porém, os chips que entram no espaço não são chips comuns. As CPUs que ficam no espaço devem ser protegidas da radiação. Caso contrário, eles tendem a falhar devido aos efeitos da radiação ionizante e dos raios cósmicos. Esses processadores personalizados passam por anos de trabalho de design e depois mais anos de testes antes de serem certificados para voos espaciais.

Por exemplo, a NASA espera que seu processador de última geração e de uso geral, uma variante ARM A53 que você conhece do Raspberry Pi 3, esteja pronto para ser executado em 2021. Como o primeiro estágio do Falcon 9 isso basta  e os chips não precisa ser endurecido por radiação.

Linux é uma das estrelas do SpaceX

Por que três processadores? Isso porque, conforme explicado no StackExchange Space Exploration, o SpaceX usa um sistema de próprio (actor model) para fornecer segurança por meio de redundância. Nesse sistema, toda vez que uma decisão é tomada, ela é comparada aos resultados dos outros núcleos.

Se houver algum desacordo, a decisão será descartada e o processo será reiniciado. Somente quando todos os processadores tiverem a mesma resposta é que um comando é enviado aos microcontroladores PowerPC.

Esses controladores, que dão partida nos motores de foguete e aletas de grid, recebem três comandos de cada um dos processadores x86. Se todas as três cadeias de comando forem idênticas, o microcontrolador executará o comando, mas se uma das três estiver incorreta, o controlador seguirá a última instrução correta anteriormente. Se tudo der errado, o Falcon 9 ignorará os comandos do chip que falhou.

Redundância e segurança

Welcome aboard the @SpaceX Crew Dragon spacecraft!

In this video from space, @AstroBehnken and @Astro_Doug reveal the name of their capsule: Endeavour. Take a look inside as the crew continues their journey to the @Space_Station: https://t.co/K9S5mejONx pic.twitter.com/mvH8UhE5FW

— NASA (@NASA) May 31, 2020

O objetivo dessa tripla redundância é reduzir a tolerância a falhas sem ter que pagar por chips específicos e caros. Aviões modernos, como os Airbus mais novos, usam uma abordagem semelhante em seus sistemas fly-by-wire.

Antes de ver o voo, a SpaceX testa seu software e hardware de voo em uma mesa. Lá, eles podem executar simulações de voo completas com falhas catastróficas, sem perder um foguete.

A sonda Dragon também roda o Linux com um software de voo escrito em C ++. A interface da tela de toque do navio é renderizada usando Chromium e JavaScript. Se algo desse errado com a interface, os astronautas têm botões físicos para controlar a espaçonave.

ZDNet

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