Καθώς η εξερεύνηση του διαστήματος οδηγεί τα διαστημόπλοια και τα πληρώματα ολοένα και πιο μακριά από τη Γη, η ανάγκη για συστήματα που μπορούν να λειτουργούν χωρίς συνεχή ανθρώπινη παρέμβαση γίνεται πιο επιτακτική από ποτέ. Οι μεγάλες αποστάσεις σημαίνουν ότι οι αστροναύτες στη Σελήνη και τον Άρη θα αντιμετωπίζουν σημαντικές καθυστερήσεις στις επικοινωνίες, γεγονός που καθιστά δύσκολη την άμεση αποστολή και λήψη δεδομένων και οδηγιών.
Την ίδια στιγμή, τα αυτόνομα συστήματα μπορούν να επιταχύνουν δραματικά τον ρυθμό των επιστημονικών ανακαλύψεων, επεξεργαζόμενα και αναλύοντας τεράστιους όγκους δεδομένων πολύ πιο γρήγορα από ό,τι σήμερα.
Για να ανταποκριθεί σε αυτή την πρόκληση, το πρόγραμμα Game Changing Development (GCD) της NASA προχώρησε σε συνεργασία με την Microchip Technology Inc. για την ανάπτυξη του νέου High Performance Spaceflight Computing (HPSC), ενός επαναστατικού επεξεργαστή που σχεδιάστηκε ώστε να επιτρέπει στα διαστημόπλοια να «σκέφτονται» και να λειτουργούν σχεδόν αυτόνομα.
Το νέο chip ολοκλήρωσε ήδη τον πρώτο κύκλο περιβαλλοντικών δοκιμών και, σύμφωνα με τη NASA, πρόκειται για ένα τεχνολογικό άλμα που θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά το μέλλον των διαστημικών αποστολών.
Η ανάπτυξη υπολογιστικών συστημάτων για το διάστημα απαιτεί επεξεργαστές που όχι μόνο προσφέρουν τεράστια υπολογιστική ισχύ, αλλά μπορούν παράλληλα να αντέχουν σε ακραίες θερμοκρασίες και υψηλά επίπεδα ακτινοβολίας. Μέχρι σήμερα, η NASA βασιζόταν σε παλαιότερης γενιάς chips, τα οποία σχεδιάστηκαν δεκαετίες πριν με βασική προτεραιότητα την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητα.
Ωστόσο, ο όγκος δεδομένων που συλλέγουν πλέον οι διαστημικές αποστολές έχει αυξηθεί τόσο πολύ, ώστε απαιτούνται πολύ ισχυρότερα συστήματα για την επεξεργασία και ανάλυσή τους.
Το HPSC δημιουργήθηκε ακριβώς για αυτόν τον λόγο. Πρόκειται για έναν ακτινοβολιακά ενισχυμένο επεξεργαστή υψηλών επιδόσεων, ικανό να προσφέρει έως και 100 φορές μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ από τα σημερινά διαστημικά συστήματα. Το έργο διαχειρίζεται η Space Technology Mission Directorate της NASA, ενώ το Jet Propulsion Laboratory ανέλαβε την ανάπτυξη των τεχνικών απαιτήσεων και την επιλογή του εμπορικού συνεργάτη.
Ο νέος επεξεργαστής ανήκει στην κατηγορία system-on-a-chip (SoC), δηλαδή ολοκληρωμένων συστημάτων που ενσωματώνουν σε ένα μόνο microchip όλες τις βασικές λειτουργίες ενός υπολογιστή, όπως CPU, μνήμη, μονάδες δικτύωσης και interfaces εισόδου/εξόδου. Παρόμοια τεχνολογία χρησιμοποιείται ήδη σε smartphones και tablets, όμως το HPSC έχει σχεδιαστεί ώστε να μπορεί να λειτουργεί επί χρόνια εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά από τη Γη, χωρίς δυνατότητα επισκευής.
«Χτίζοντας πάνω στην κληρονομιά προηγούμενων διαστημικών επεξεργαστών, αυτό το νέο πολυπύρηνο σύστημα είναι ανθεκτικό σε σφάλματα, ευέλικτο και εξαιρετικά αποδοτικό», δήλωσε ο Eugene Schwanbeck, υπεύθυνος προγράμματος στο GCD της NASA. Όπως σημείωσε, η επένδυση της NASA στη διαστημική υπολογιστική αποτελεί «θρίαμβο τεχνικού επιτεύγματος και συνεργασίας».
Πέρα από την τεράστια υπολογιστική ισχύ, το HPSC θα προσφέρει και προηγμένες δυνατότητες επεξεργασίας δεδομένων τεχνητής νοημοσύνης, με scalable vector computing capabilities, επιτρέποντας στα διαστημόπλοια να λαμβάνουν πιο σύνθετες αποφάσεις σε πραγματικό χρόνο.
Παράλληλα, ο επεξεργαστής έχει σχεδιαστεί ώστε να προσαρμόζεται δυναμικά στις ενεργειακές απαιτήσεις κάθε αποστολής. Λειτουργίες που δεν χρησιμοποιούνται θα μπορούν να απενεργοποιούνται ή να περνούν σε λειτουργία χαμηλής κατανάλωσης, εξοικονομώντας πολύτιμη ενέργεια – έναν από τους σημαντικότερους πόρους στο διάστημα.
Για να διαπιστωθεί αν το νέο chip μπορεί πραγματικά να επιβιώσει στις ακραίες συνθήκες του διαστήματος, οι μηχανικοί στο JPL πραγματοποιούν εξαντλητικές δοκιμές που προσομοιώνουν ακτινοβολία, θερμικά σοκ και έντονους κραδασμούς.
Οι επιστήμονες εξετάζουν επίσης πώς το σύστημα ανταποκρίνεται σε πραγματικά σενάρια αποστολών της NASA, χρησιμοποιώντας προσομοιώσεις προσεδάφισης υψηλής ακρίβειας, οι οποίες απαιτούν επεξεργασία τεράστιων όγκων δεδομένων από αισθητήρες σε πραγματικό χρόνο.
«Υποβάλλουμε αυτά τα νέα chips σε εξαντλητικές δοκιμές ακτινοβολίας, θερμοκρασίας και κραδασμών, ενώ παράλληλα αξιολογούμε τις επιδόσεις τους μέσα από ένα αυστηρό πρόγραμμα λειτουργικών δοκιμών», δήλωσε ο Jim Butler, υπεύθυνος του προγράμματος High Performance Space Computing στο JPL.
Όπως εξήγησε, οι δοκιμές χρησιμοποιούν πραγματικά σενάρια αποστολών της NASA που μέχρι σήμερα απαιτούσαν εξαιρετικά ενεργοβόρο εξοπλισμό για να επεξεργάζονται τα δεδομένα προσεδάφισης.
Οι δοκιμές ξεκίνησαν τον Φεβρουάριο και θα συνεχιστούν για αρκετούς μήνες, ωστόσο τα πρώτα αποτελέσματα θεωρούνται ιδιαίτερα ενθαρρυντικά. Σύμφωνα με τους μηχανικούς της NASA, το HPSC αποδίδει έως και 500 φορές καλύτερα από τα ακτινοβολιακά ενισχυμένα chips που χρησιμοποιούνται σήμερα στις διαστημικές αποστολές.
Μόλις πιστοποιηθεί επίσημα για χρήση στο διάστημα, το νέο chip θα ενσωματωθεί σε μελλοντικά orbiters, ρόβερ, διαστημικές βάσεις και αποστολές βαθιού διαστήματος.
Η τεχνολογία, όμως, δεν περιορίζεται μόνο στο διάστημα. Η Microchip Technology ήδη εξετάζει τρόπους προσαρμογής του HPSC και για εφαρμογές στη Γη, σε τομείς όπως η αεροπορία και η αυτοκινητοβιομηχανία.
Η εξέλιξη αυτή συνεχίζει τη μακρά παράδοση της NASA να αναπτύσσει τεχνολογίες αιχμής που, εκτός από τις διαστημικές αποστολές, βρίσκουν εφαρμογή και στην καθημερινή ζωή στη Γη.
Με πληροφορίες από το Universetoday / NASA
