The next generation of spacecraft is anticipated to enable various new applications involving onboard processing, machine learning and decentralised operational scenarios. Even though many of these have been previously proposed and evaluated, the operational constraints of real mission scenarios are often either not considered or only rudimentary. Here, we present an open-source Python module called PASEOS that is capable of modelling operational scenarios involving one or multiple spacecraft. It considers several physical phenomena including thermal, power, bandwidth and communications constraints as well as the impact of radiation on spacecraft. PASEOS can be run both as a high-performance-oriented numerical simulation and/or in a real-time mode directly on edge hardware. We demonstrate these capabilities in three scenarios, one in real-time simulation on a Unibap iX-10 100 satellite processor, another in a simulation modelling an entire constellation performing tasks over several hours and one training a machine learning model in a decentralised setting. While we demonstrate tasks in Earth orbit, PASEOS is conceptually designed to allow deep space scenarios too. Our results show that PASEOS can model the described scenarios efficiently and thus provide insight into operational considerations. We show this in terms of runtime and overhead as well as by investigating the modelled temperature, battery status and communication windows of a constellation. By running PASEOS on an actual satellite processor, we showcase how PASEOS can be directly included in hardware demonstrators for future missions. Overall, we provide the first solution to holistically model the physical constraints spacecraft encounter in Earth orbit and beyond. The PASEOS module is available open-source online together with an extensive documentation to enable researchers to quickly incorporate it in their studies.


翻译:预计下一代航天器将促成各种新的应用,包括机载处理、机器学习和分散作业设想方案,尽管其中许多设想方案先前已经提出和评价,但实际飞行任务设想方案的业务限制往往不是不考虑,就是只是初步的。在这里,我们展示了一个名为PASEOS的开放源代码Python模块,该模块能够模拟涉及一个或多个航天器的业务设想方案,它考虑到若干物理现象,包括热、电力、带宽和通信限制,以及辐射对航天器的影响。PASEOS可以作为一种高性能的模拟数字和/或直接在边缘硬件上实时模式运行。我们在三种设想方案中展示了这些能力,一个在Unubap iX-10-100卫星进程实时模拟中,另一个在模拟模型中展示了整个星座在数小时内执行任务的全星座模型,一个在分散的环境下训练机器学习模式。虽然我们在地球轨道上展示了任务,但PASEOS的概念模型也设计了概念模型,以便允许进行深度空间设想方案。我们的结果表明,PASEOS可以对运行的操作考虑进行广泛的分析。我们通过运行运行时的轨道上的轨道,在运行中将一个直接的轨道上进行一个空间系统模型,我们可以进行一个演示,通过演示式的轨道上进行,以展示,以研究。

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