Tra i fattori che guidano questo fenomeno vi sono la disponibilità di tecnologie più accessibili e di progetti di riferimento open-source. Questi elementi hanno contribuito ad abbassare le barriere all'ingresso nel settore ingegneristico, consentendo alle aziende più piccole di lanciare sul mercato le apparecchiature da loro progettate e costruite. Inoltre, ciò ha comportato una riduzione significativa delle risorse tecnologiche e finanziarie necessarie rispetto al passato.

4Links, con sede nel Buckinghamshire, Regno Unito, svolge un ruolo fondamentale nello sviluppo del "Nuovo Spazio". Fondata nel 2000, l'azienda fornisce le competenze ingegneristiche e i servizi di consulenza di cui le piccole e medie imprese (PMI) hanno bisogno per realizzare i loro progetti spaziali. Collabora inoltre con organizzazioni più grandi, come Airbus e Clearspace.
Uno dei progetti recenti di 4Links ha riguardato lo sviluppo di una piattaforma software e hardware progettata per rendere lo sviluppo di sistemi spaziali più rapido, semplice ed economico. Questa piattaforma, chiamata Loki in onore del dio norreno noto per la sua intelligenza, promuove il riutilizzo della progettazione senza la necessità di ripartire da zero per ogni progetto.

Figura 1: Piattaforma di sviluppo Loki di 4Links (l'area di connessione del sottosistema si trova a destra).
Loki mira a fornire ai clienti dell'industria spaziale una piattaforma di elaborazione completamente configurabile su cui costruire i propri computer di bordo. È progettata per i satelliti che utilizzano la metodologia di infrastruttura di rete SpaceWire, sempre più diffusa (nella cui implementazione il fondatore di 4Links, Paul Walker, ha svolto un ruolo chiave). Basata su un design programmabile, modulare e logico, Loki richiede meno risorse ingegneristiche, riducendo così i tempi di sviluppo e i costi.
Loki è composta da una scheda principale in formato Eurocard e da una scheda ausiliaria di espansione. Questa scheda ausiliaria gestisce tutti gli aspetti relativi alle funzionalità fisse, come l'elaborazione, la memoria e la gestione del sistema. La scheda ausiliaria si basa su un FPGA Xilinx Kintex UltraScale ad alte prestazioni. Può essere riprogrammata prima del lancio e persino aggiornata in volo. Una scheda I/O principale, invece, gestisce tutte le connessioni. Funziona come gateway, gestendo la comunicazione con i vari sottosistemi del satellite e fornendo input alla scheda di espansione collegata all'FPGA.
La possibilità di integrare la scheda ausiliaria con le schede principali utilizzando diverse configurazioni I/O semplifica notevolmente le modifiche in base alle esigenze del cliente. Un altro vantaggio chiave di Loki è che la scheda deve essere validata una sola volta e può quindi essere utilizzata in più configurazioni. Di conseguenza, tutto può essere pronto per il lancio in tempi significativamente più brevi, a volte anche in un solo mese.
Come spiega Spencer Saunders, Direttore dell'Ingegneria di 4Links, "L'approccio basato su scheda principale e scheda ausiliaria rende questa piattaforma molto interessante per i nostri clienti. È molto più agile, consentendo uno sviluppo accelerato. Un altro vantaggio per gli utenti è che possono validare una scheda e poi riconfigurarne altre. Questa validazione elimina la necessità di costose ricertificazioni per ogni nuovo progetto."
Considerazioni ingegneristiche
: Poiché Loki è destinato a satelliti e altre apparecchiature orbitali, il suo peso complessivo doveva essere minimo. Inoltre, è stato necessario tenere conto della natura sensibile ai costi della maggior parte dei progetti "New Space", il che significa che i componenti MIL-SPEC personalizzati non erano fattibili nella progettazione; al loro posto, sono stati utilizzati prodotti convenzionali standard. Innanzitutto, i dispositivi dovevano essere resistenti ai danni. Tutti i componenti selezionati dovevano funzionare per lunghi periodi nonostante l'esposizione a temperature estreme, urti meccanici e vibrazioni.
Il collegamento della scheda principale a ciascun sottosistema ha richiesto al team di sviluppo di 4Links di superare diverse sfide progettuali. Oltre a soddisfare tutti i requisiti sopra menzionati, lo spazio disponibile per i connettori necessari sarebbe stato molto limitato, rendendo necessaria una configurazione dei pin ad alta densità.

Trovare una soluzione di interconnessione efficace:
i connettori convenzionali, come il formato Micro-D, sarebbero eccessivamente ingombranti per questo tipo di implementazione, occupando spazio prezioso sul circuito stampato. Inoltre, questi connettori sono più pesanti a causa dei loro alloggiamenti metallici, rendendo necessaria una soluzione alternativa.
Harwin e 4Links hanno iniziato a discutere di Loki poco più di un anno fa. Dopo approfonditi test su vari campioni, si è stabilito che i connettori Gecko-SL sarebbero stati una scelta eccellente per la scheda I/O e per soddisfare tutte le capacità di connessione del suo sottosistema.

I connettori Gecko-SL con passo da 1,25" di Harwin offrono vantaggi distinti rispetto ai componenti Micro-D standard, in quanto sono significativamente più leggeri e compatti. Come tutti i componenti della famiglia Gecko, offrono l'elevatissima affidabilità richiesta dai sistemi mission-critical: devono essere sufficientemente robusti da resistere alle condizioni operative più impegnative. Il meccanismo di bloccaggio a vite garantisce un fissaggio sicuro anche in presenza di intense forze torsionali. Il design a 4 terminali con contatti in rame-berillio garantisce una connessione stabile anche in presenza di forti urti (50G/100G) e vibrazioni (20G). I connettori Gecko-SL operano a temperature comprese tra -65°C e +150°C e si distinguono anche per le loro eccellenti proprietà di degassamento.
I connettori Gecko-SL sono disponibili in un'ampia varietà di configurazioni di pin. Per la piattaforma Loki, era inoltre fondamentale che il team tecnico di 4Links potesse beneficiare di un'eccezionale flessibilità di connessione grazie alle numerose combinazioni che potevano essere integrate con successo nella superficie disponibile della scheda madre. Ciò ha comportato un ingombro minimo di pin non utilizzati.
"I connettori Gecko-SL di Harwin ci hanno fornito l'elevata densità di pin di cui avevamo bisogno, in modo molto più efficiente rispetto alle soluzioni concorrenti, poiché richiedono uno spazio minimo sulla scheda", afferma Saunders di 4Links. "Apprezziamo anche l'enorme versatilità nel numero di pin disponibili per le diverse versioni. Questo ci ha permesso di installare connettori con il numero di pin richiesto, assegnati a ciascuna funzione, senza lasciare pin inutilizzati o sprecare spazio." “La qualità dei prodotti ricevuti da Harwin e il relativo supporto tecnico sono stati fondamentali per portare sul mercato la nostra piattaforma Loki.”
La piattaforma Loki costituisce già la base dei sistemi informatici installati a bordo di numerose missioni satellitari in orbita terrestre bassa (LEO) utilizzate per il monitoraggio meteorologico, l'osservazione della Terra e la rimozione dei detriti spaziali. Ulteriori progetti saranno avviati a breve.

Autore: Andy Brayford, Direttore dello sviluppo commerciale per il Nord Europa, Harwin