Softwaretests im Weltraum Künstliche Intelligenz für das Raumfahrzeug Orion

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Missionskritische Systeme in der Luft- und Raumfahrt müssen rigoros getestet werden. Nur so können Leistungsfähigkeit und Sicherheit gewährleistet werden. Künstliche Intelligenz kann hier beim Testen unterstützen.

In den letzten zehn Jahren hat sich die Raumfahrtindustrie verändert. Nicht mehr Regierungen treiben die Weltraumforschung voran, sondern private Unternehmen und milliardenschwere Unternehmer verschieben die Grenzen dessen, was noch vor zehn Jahren für möglich gehalten wurde. Das Ergebnis ist ein explosionsartiges Wachstum und ein wahrer Goldrausch im Weltraum.

Raumfahrtmissionen sind heute an der Tagesordnung, allein SpaceX wird im Jahr 2022 mehr als einen Flug pro Woche durchführen [1]. Vom Bau der nächsten Generation wiederverwendbarer Raketen über den Ausbau von Kommunikationssatelliten in niedrigen Erdumlaufbahnen bis hin zum Erreichen von Planeten in tieferen Regionen des Sonnensystems mit dem Ziel, Menschen auf den Mars zu schicken - der Innovation sind keine Grenzen gesetzt! Um diese Ziele zu erreichen, ist es jedoch entscheidend, dass die Technologie die erwartete Leistung erbringt.

Technik wird stark beansprucht

Die raue Umgebung des Weltraums ist für die verwendete Technik herausfordernd. Von der Belastung beim Start, den enormen Temperaturschwankungen, den Auswirkungen der Strahlung in der Umlaufbahn bis hin zu den Herausforderungen bei der Kommunikation und der Menge an Weltraumschrott – diese Hürden dürfen nicht unterschätzt werden. Deshalb müssen Hard- und Software so widerstandsfähig sein, dass sie diesen Belastungen standhalten und weiterhin wie erwartet funktionieren.

Raumfahrtausrüstung und -technologie sind äußerst komplex und hängen zunehmend von Software ab. In den 1970er-Jahren hatten Satelliten beispielsweise wenig bis gar keine Software, verglichen mit den heutigen Mega-Satellitenkonstellationen, die auf softwaregesteuerte Dienste zur Kommunikation angewiesen sind.

Hardware mit KI ausgiebig testen

Um sicherzustellen, dass diese Technologien zuverlässig funktionieren, müssen sie rigoros in allen möglichen Szenarien getestet werden. Angesichts der schieren Menge an Code sind manuelle Tests aus verschiedenen Gründen wie Komplexität, Kosten und Zeit nicht praktikabel.

Der Einsatz von KI-gesteuerter Software-Automatisierung ist die einzige Möglichkeit, um sicherzustellen, dass die Technologie weltraumtauglich ist. Intelligente automatisierte Tests können Aufschluss über die Start- und Umlaufbahntauglichkeit geben. Jedes mögliche Szenario muss schnell und gründlich getestet werden. Das ist entscheidend, und künstliche Intelligenz hilft den Teams zu erkennen, wo potenzielle Probleme am wahrscheinlichsten auftreten. So können Probleme noch vor dem physischen Start behoben werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass Software und Technologie die gewünschten Ergebnisse liefern.

Interaktive Systeme müssen zuverlässig funktionieren

Das Testen von Code auf Konformität ist in keiner Umgebung ausreichend, insbesondere nicht in der rauen Umgebung des Weltraums. Die Verwendung von automatisierten Tests, um mit den Augen des Benutzers zu testen - zusätzlich zur gesamten Benutzererfahrung, Funktionalität, Leistung und Benutzerfreundlichkeit bedeutet, dass die Tests genau das widerspiegeln, was der Benutzer tut.

Beispielsweise ist es von entscheidender Bedeutung, die Art und Weise zu bewerten, in der die Systeme zusammenarbeiten, und den Raum zu verstehen. Es ist notwendig, die Benutzeroberfläche dieser Systeme zu verstehen. Die Entwickler können sicherstellen, dass das, was den Operatoren in der Missionskontrolle angezeigt wird, auch das ist, was gesendet und empfangen wird. Wenn Menschen an Bord sind, müssen die interaktiven Systeme zuverlässige und genaue Informationen liefern, die visuell leicht zu interpretieren sind. Beispielsweise können die Daten korrekt sein, aber wenn ein Bedienfeld die Informationen verdeckt oder die Werte abgeschnitten sind, muss dies erkannt und korrigiert werden, bevor das Raumfahrzeug in den Orbit eintritt.

Automatische Tests für das Raumfahrzeug Orion

Ein weiterer Vorteil von KI-gesteuerten Tests besteht darin, dass sie die Entwicklung des technischen Fortschritts beschleunigt wird technologischen Fortschritten beschleunigen. Außerdem lassen sich die Tests leicht skalieren, wenn die Technologie ausgereift ist und mehr Komplexität integriert wird. Das ist angesichts des raschen Wachstums und den Entwicklungen in der Raumfahrtindustrie von entscheidender Bedeutung. Infolgedessen setzen Unternehmen und Behörden zunehmend auf automatisierte Tests.

Ein Beispiel dafür ist die NASA, die die intelligente Automatisierungsplattform Eggplant [2] von Keysight Technologies integriert hat. Die Ingenieure der NASA testen, ob die Software im Raumfahrzeug Orion [3] unter verschiedenen anspruchsvollen Szenarien die erwartete und erforderliche Leistung erbringt. Um den Status des Weltraumfluges zu überwachen und der Besatzung Anweisungen zu erteilen, verfügt das Cockpit über softwarebasierte digitale Anzeigen, die den alten Ansatz mit Unmengen von Papierdokumenten ersetzen.

Getestet wird auch in der Umlaufbahn

Die Orion-Entwickler nutzen die Automatisierung, um die Benutzerfreundlichkeit der Software dynamisch zu bewerten und sicherzustellen, dass sie zuverlässig ist und die erwartete Leistung erbringt. So wird beispielsweise überprüft, ob das digitale Cockpit den Astronauten die richtigen Informationen liefert. Das Endergebnis ist eine wesentlich effizientere und gründlichere Methode zum Testen des gesamten Lebenszyklus.

Aber nicht nur auf der Erde wird getestet. Viele weitere Tests werden durchgeführt, während sich Orion im Orbit befindet, um den Zustand und die Steuerungsfähigkeit des Raumschiffs zu überwachen. Das ist beispielsweise wichtig, wenn ein Notfall eintritt und die Kommunikation mit dem Missionskontrollzentrum auf der Erde unterbrochen wird.

Referenzen

[1] 61 rocket launches! SpaceX celebrates record-breaking 2022. Space.com. Abgerufen am 13. Juli 2023.

[2] Software Verification of Orion Cockpit Displays. NASA.gov. Abgerufen am 13. Juli 2023.

[3] Orion Spacecraft. NASA.gov. Abgerufen am 13. Juli 2023.

* Dr. Gareth Smith ist General Manager der Software Test Automation Group von Keysight Technologies.

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