Ada: Open Source On-Board-Software für ExoMars

Mit Ada an Bord zum Roten Planeten: Das Raumfahrtunternehmen Thales Alenia Space hat mit der GNAT-Pro-Entwicklungsumgebung von AdaCore kritische Softwareanwendungen für das ExoMars-Programm erstellt und verifiziert. Thales hat die Entwicklungsumgebung eingesetzt, um damit zwei On-Board-Software (OBSW)-Komponenten für ExoMars in der Programmiersprache Ada zu implementieren: eine für die Raumsonde Trace Gas Orbiter (TGO), die sich im März 2016 auf den Weg zum Mars machte, und eine für das Landemodul Entry, Descent and Landing Demonstrator Module (EDM), das die Sonde an Bord hat. Die Entwicklung der OBSW-Komponenten folgte einer geschichteten und modularen Architektur. Diese ermöglicht einen inkrementellen Entwicklungs- und Verifikations-Prozess, unterstützt die teamübergreifende Entwicklung, maximiert die Wiederverwendbarkeit von Software und vereinfacht ihre Wartung.

Das ExoMars-Programm ist ein gemeinsames Raumsondenprojekt der Europäischen Weltraumorganisation ESA und der russischen Raumfahrtagentur Roskosmos, das auch von der US-amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA unterstützt wird. ExoMars besteht aus insgesamt zwei Missionen. Die erste Mission begann im März 2016, als eine Raumsonde mit Landemodul an Bord in Richtung Mars startete. Im Oktober 2016 wird das Landemodul auf der Marsoberfläche landen und dort eine Plattform absetzen, die wissenschaftliche Messungen durchführt. Die Raumsonde wird dann im Dezember 2017 ihre endgültige Umlaufbahn um den Roten Planeten erreichen und die Gaskonzentration in der Atmosphäre des Mars messen.

Der Entwicklungsprozess der OBSW-Komponenten wurde gemäß der ESCC-Standards der Europäischen Weltraumorganisation ESA ausgeführt und entsprach dem Kritikalitätslevel B. Beide Komponenten werden jeweils auf ihrer zentralisierten Hardware-Plattform gehostet und stellen eine eigenständige Softwarelösung dar. Ihre Aufgabe ist es, sämtliche Anwendungen ihrer Plattform zu steuern und das Schnittstellen-Management der Telekommunikations-Nutzlasten durchzuführen. Diese Funktionalität ist nötig, damit die Ziele der Mission unter den Satelliten-spezifischen Arbeitsbedingungen erfüllt werden können.

GNAT Pro und Ada findet schon lange Einsatz bei Raumfahrt-Anwendungen. Die Programmiersprache und die Entwicklungsumgebung helfen Software-Entwicklern traditionell dabei, die hohe Verlässlichkeit zu erreichen, auf die es in diesem speziellen Umfeld ganz besonders ankommt. AdaCore-Produkte sind Open-Source und werden mit Online-Support durch die Entwickler zur Verfügung gestellt. Das Unternehmen hat seinen nordamerikanischen Hauptsitz in New York, der europäische Hauptsitz ist in Paris. Neben der GNAT-Pro-Entwicklungsumgebung setzte Thales noch weitere Tools von AdaCore erfolgreich für das ExoMars-Programm ein. Dazu zählen die integrierte Entwicklungsumgebung GNAT Programming Studio (GPS) und das statische Analysetool GNATstack.

Unabhängig von ExoMars verwendet Thales die Programmiersprache Ada auch für seine internen Echtzeit-Kernel-Produkte. Mit ihnen kann das Unternehmen bei niedrigerem Speicherbedarf und hoher Leistung ein höheres sicherheitskritisches Level erreichen.

„Wir freuen uns sehr darüber, Thales Alenia Space mit unseren Tools für Ada auf dem Weg zum Roten Planeten helfen zu können“, sagt Cyrille Comar, President von AdaCore. „Langfristig angelegte Raumfahrtprojekte wie ExoMars können besonders von unseren Open-Source-Werkzeugen und Bibliotheken profitieren. Sie erfüllen die strengsten Anforderungen und bieten große Verlässlichkeit bei niedrigen Entwicklungs- und Verifikations-Kosten.“ Die zweite Mission – eine Folgemission von ExoMars 2016 – ist für das Jahr 2020 geplant. 

AdaCore wurde 1994 gegründet und bietet Tools für Software-Entwicklung und Verifikation für kritische und sicherheitskritische Systeme. Zu den wichtigsten Produkten von AdaCore gehören die GNAT-Pro-Entwicklungsumgebung für Ada, das statische Analyse-Tool CodePeer, die Verifikationsumgebung SPARK Pro und das modellbasierte Entwicklungswerkzeug QGen. Zahlreiche Anwender haben die AdaCore-Produkte im Einsatz und unterhalten damit eine Vielzahl von kritischen Anwendungen in Bereichen wie Raumfahrtsysteme, kommerzielle Luftfahrt, militärische Systeme, im Flugverkehrsmanagement, bei Schienensystemen, bei Geräten der Medizintechnik und bei Finanzdienstleistungen.