Slik ble NASAs skarpeste ingeniører kvitt Windows NT

Del

Når astronauter skal hjem fra en tur ut i rommet er sikkerheten i høysetet. Uansett hva slags romfarkost du har flydd opp i er det bare et tynt lag keramiske fliser som beskytter deg mot varmen og trykket som oppstår når du kommer flyvende inn i atmosfæren i overlydshastighet. Mange husker kanskje den tragiske ulykken i 2003, da romfergen Colombia forulykket på grunn av skader som hadde oppstått på vei ut i rommet.

Da NASA måtte ha et sted å teste forskjellige teknikker og materialer for å kunne reparere skadede fliser på romfergene sine, bygde de et spesiallaget kammer på Johnson Space Centre i USA. Her kunne astronauter teste ut forskjellige typer «gugge» på de keramisk flisene i et miljø som kunne simulere de ekstreme trykk- og temperaturforholdene som finnes ute i rommet.

Det sylinderformede «Chamber B», som kammeret heter, har metertykke vegger, og et tak som kan åpnes opp for å senke ned objekter på inntil 45 tonn. En langsgående monorail-skinne gir avlastning av vekt for én fullt utstyrt astronaut av gangen. Kammeret er også utstyrt med doble sluser som gir forholdsvis enkel adgang for personell som skal ut og inn.

Ikke at du har særlig lyst til å spasere inn dit uten videre...

I verdenrommet kan ingen høre deg måle

Mye av det NASA jobber med må testes grundig før det kan tas i bruk. Bak denne luken testes den nye romdrakten Z1. <i>Bilde: Jacobs Technology and NASA</i>

Mye av det NASA jobber med må testes grundig før det kan tas i bruk. Bak denne luken testes den nye romdrakten Z1. Bilde: Jacobs Technology and NASA

For å simulere de ekstreme forholdene i verdensrommet må kammeret kjøles ned til 90 grader kelvin, og massive pumper kan redusere trykket til nær vakuum på åtte timer. Et nitrogenbasert kjølesystem i veggene gjør at kammeret når riktig temperatur, basert på rapporter fra myriader av sensorer som kartlegger det termiske miljøet.

Det er imidlertid ikke nok. Enkelte objekter som skal testes i kammeret er så delikate – eller viktige å ha total kontroll på hvordan oppfører seg – at de må utstyres med egne, dedikerte temperaturmålere. Dette kommer da i tillegg til sensorene som overvåker temperaturene i selve kammeret, og selvfølgelig egne trykksensorer som holder øye med atmosfæren.

For å sikre at oppgavene og materialene det øves på faktisk er representative for hvordan ting ville fungert i rommet må målingene være helt presise. Alt i alt er det mer enn 500 analoge signaler som kommer ut fra Chamber B, og som må håndteres av et datainnhentingssystem – eller DAQ-system, som det gjerne kalles. Dette byr på egne utfordringer, siden DAQ-systemer med veldig mange kanaler har det med å skape nye, komplekse utfordringer som man ikke ser i mindre systemer.

500 sensorer på Windows NT?

Det er ingen lett jobb å instrumentere det største kammeret NASA har tilgjengelig for menneskelig bruk. Helheten er faktisk så kompleks at «grunnmuren» i systemet i praksis ikke kan skiftes ut.

I tillegg til et nettverk av måleapparater må det distribuerte systemet ha en sofistikert arkitektur som tillater loggføring og visualisering av data på en sentral lokasjon. Alle data må nemlig være synlige i sanntid i kontrollsentralen mens eksperimenter og tester utføres, samtidig som de må lagres i en sentral database – med backup.

OPC-grensesnittet for hele dette oppsettet var imidlertid utviklet for Windows NT(!), og dette skapte utfordringer med tanke på å legge til nye systemer eller egenskaper ved behov. Etterhvert som infrastrukturen til hele målesystemet ble stadig vanskeligere å reparere og vedlikeholde begynte NASA å se etter en helt ny løsning for DAQ-systemet i Chamber B.

Helt nytt målesystem

Disse SCXI-terminalblokkene gjorde fra National Instruments gjorde det enklere å redusere kompleksiteten i NASAs Chamber B. <i>Bilde: Jacobs Technology and NASA</i>

Disse SCXI-terminalblokkene gjorde fra National Instruments gjorde det enklere å redusere kompleksiteten i NASAs Chamber B. Bilde: Jacobs Technology and NASA

En ny løsning ville måtte lages med en god plan slik at det senere kunne tilpasses til nye brukere og eksperimenter. Samtidig eksisterte det en del særegne utfordringer. Når feiltoleransene dine er så lave som hos NASA har det for eksempel alltid vært vanskelig å unngå eksternt signaljusteringsutstyr, som referanseovner eller andre spesialbygde kompenseringsløsninger.

For Chamber B sin del ble alle temperaturmålerne i den opprinnelige løsningen kjørt via nettopp en sentral referanseovn, holdt på en stabil temperatur. Ved å kvitte seg med denne løsningen ville NASA kunne få et mer distribuert oppsett, og slippe å kjøre alt av kabler inn i en sentral lokasjon før de gikk inn i selve DAQ-systemet.

Løsningen på det hele ble levert av National Instruments, i form av NI SC Express og NI PXI-plattformen. Det helt nye systemet ble designet med NI LabVIEW-programvaren, og lot romfartsorganisasjonen oppnå samme nøyaktighet som før, men langt enklere. Ved å kvitte seg med referanseovner, samtidig som de fikk et mer tilpasningsdyktig system for fremtiden, kan de nå levere presise måligner med kommersielle hyllevarekomponenter. I tillegg sparer de en god slump penger på kostbare kopperkabler.

Det ferdig oppgraderte Chamber B kan dermed fortsette å levere testresultater som er presise nok til å kunne stoles på for astronauter ute i rommet – samtidig som det er modernisert opp til fremtidens standard. Fremtidige oppgraderinger, endringer og justeringer kommer også til å bli enklere å gjennomføre.

Gjør det selv

Akkurat signaljustering er en av de viktigste leddene i et DAQ-system, ettersom du ikke kan stole på nøyaktigheten av målingene dine uten at signalene som kommer inn er optimalisert for digitaliseringsløsningen du bruker.

For å lære mer om hvordan du oppnår nøyaktigheten, hastigheten og ytelsen du trenger for å kunne utføre pålitelige tester kan du laste ned National Instrument sin «The Engineer's Guide to Signal Conditioning» – og designe et testsystem som vil skalere med dine testbehov både nå og i fremtiden.