26.06.2012 / Autor: Ralph-Mirko Richter

Curiositys Computersystem

Curiositys Bordcomputer ist im Inneren des Roverchassis platziert und so einigermaßen vor den harschen Umweltbedingungen geschützt, welchen der Rover nicht nur auf der Oberfläche des Mars, sondern auch während des interplanetaren Fluges durch das Weltall ausgesetzt ist.

Während man die Räder, den Roboterarm und die verschiedenen wissenschaftlichen Instrumente des Rovers im bildlichen Sinne als dessen Arme, Beine und Augen bezeichnen kann, so stellt der Bordcomputer das Gehirn Curiositys dar. Und so wie auch ein Mensch nicht ohne Gehirn denken oder handeln kann, so ist auch Curiosity bei der Durchführung seiner Forschungsmission auf dem Mars auf ein voll einsatzfähiges Computersystem angewiesen. Neben der Speicherung der gesammelten wissenschaftlichen Daten ist die damit verbundene Betriebssoftware für elementare Prozesse wie die Durchführung einer Fahrt, die Untersuchung von Materialproben oder die Kommunikation mit der Erde unerlässlich. Zudem wird mit Hilfe des Computersystems regelmäßig der "Gesundheitszustand" der verschiedenen elektronischen und mechanischen Bauteile registriert. Neben der Funktionalität der einzelnen Komponenten wird dabei zum Beispiel der Wärmehaushalt überwacht. Sobald das Computersystem auftretende Unregelmäßigkeiten registriert, werden entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet, welche bis hin zu einem kontrollierten Übertritt in einen Sicherheitsmodus - einem vorsorglichen Abschalten einzelner Systeme oder des gesamten Rovers - reichen können. Ein solcher Sicherheitsmodus gibt den Mitarbeitern im Roverkontrollzentrum die benötigte Zeit, um die notwendigen Gegenmaßnahmen durchzuführen, ohne dass die Fortführung der Curiosity-Mission gefährdet wird.

Bei dem für den Betrieb des Computers verwendeten Betriebsprogramm handelt es sich um das bereits erprobte VxWorks, welches über 130 verschiedene Threads verwaltet. Mit der Erstellung der speziellen Missionssoftware war ein Programmierer-Team von mehr als 30 Softwareingenieuren beschäftigt, welche hierfür über 2,5 Millionen Programmzeilen schrieben.

Basierend auf dem Betriebsprogramm und der Missionssoftware findet Curiositys Datenverarbeitung in dessen Bordcomputersystem, dem sogenannten "Rover Compute Element" (kurz RCE) statt. Aus Redundanzgründen verfügt Curiosity über zwei baugleiche Bordcomputer, von denen allerdings zunächst lediglich das primäre Computersystem zum Einsatz kommen wird. Alle für die Computer verwendeten Bauteile weisen eine hohe Fehler- und Strahlentoleranz auf.

Das System verfügt dabei über eine etwa acht mal größere Kapazität als die bei seinen beiden unmittelbaren Vorgängern, den im Jahr 2003 zu unserem Nachbarplaneten gestarteten Marsrovern Spirit und Opportunity, verwendeten Computersysteme. So besitzt jeder der beiden von Curiosity verwendeten Computer für die Datenspeicherung einen nichtflüchtigen EEPROM-Speicher mit einer Größe von 256 KB, einen Arbeitsspeicher mit einer Größe von 256 MB und einen Flash-Speicher mit einer Kapazität von zwei GB. Zum Vergleich: Die beiden Vorgänger von Curiosity konnten für die Datenspeicherung auf 3 MB EEPROM, 128 MB Arbeitsspeicher und 256 MB Flash-Speicher zurückgreifen.

Bei dem verwendeten Prozessor handelt es sich um einen von der Firma BAE Systems Electronic Solutions speziell für den Einsatz im Weltraum entwickelten RAD750-Prozesor. Der RAD750 stellt eine Weiterentwicklung des unter anderem bereits bei den Mars-Oberflächenmissionen Pathfinder, Spirit und Opportunity verwendeten RAD6000-Prozessors dar, und hat seine Weltraumtauglichkeit bereits bei mehreren Missionen eindrucksvoll demonstriert. Unter anderem kommt der RAD750 aktuell bei den derzeit aktiven Missionen Mars Reconnaissance Orbiter, Kepler, Lunar Reconnaissance Orbiter und JUNO zum Einsatz. Erstmals wurde der Mikroprozessor im Rahmen der Kometenmission Deep Impact verwendet, welche am 12. Januar 2005 zu dem Kometen 9P/Tempel startete.

Der RAD750 weist eine maximale Taktrate von 200 MHZ auf und kann etwa 400 Millionen Instruktionen pro Sekunde verarbeiten. Auch hier zeigt sich eine Verbesserung gegenüber dem bei früheren Missionen verwendeten RAD6000-Prozessor, welcher über eine Taktrate von 20 MHz verfügt und lediglich etwa 35 Millionen Instruktionen pro Sekunde verarbeiten kann. Aufgrund seines vorgesehenen Einsatzgebietes kann der strahlengehärtete RAD750-Prozessor einer Strahlendosis von bis zu 10.000 Gray wiederstehen und in einem Temperaturbereich zwischen minus 55 Grad Celsius bis plus 125 Grad Celsius arbeiten. Dabei benötigt der Prozessor fünf Watt Energie.