Η NASA αναπτύσσει ένα ισχυρό νέο τσιπ υπολογιστή σχεδιασμένο να αυξάνει δραματικά την ευφυΐα και την απόδοση των μελλοντικών διαστημικών σκαφών. Μέσω μιας εμπορικής συνεργασίας, το έργο αναπτύσσει προηγμένη τεχνολογία επεξεργασίας ικανή να βοηθήσει τα διαστημόπλοια να λειτουργούν πιο ανεξάρτητα κατά τη διάρκεια αποστολών μακριά από τη Γη.
Το έργο Υπολογιστών Διαστημικών Πτήσεων Υψηλής Απόδοσης της NASA εστιάζει στην αύξηση της υπολογιστικής ισχύος των διαστημικών σκαφών που χρησιμοποιούνται στην εξερεύνηση του διαστήματος. Οι τρέχουσες αποστολές βασίζονται σε παλαιότερους επεξεργαστές επειδή είναι αρκετά ανθεκτικοί για να επιβιώσουν στις ακραίες συνθήκες του διαστήματος. Ενώ αυτά τα τσιπ είναι αξιόπιστα, δεν έχουν την απόδοση που απαιτείται για πιο προηγμένες αποστολές.
Η εταιρεία λέει ότι νέοι και πιο ικανοί επεξεργαστές είναι απαραίτητοι για μελλοντικά αυτόνομα διαστημόπλοια, ταχύτερη επιστημονική ανάλυση επί του σκάφους και υποστήριξη αστροναυτών κατά τη διάρκεια αποστολών στη Σελήνη και τον Άρη.
«Χτισμένο στην κληρονομιά των προηγούμενων διαστημικών επεξεργαστών, αυτό το νέο σύστημα πολλαπλών πυρήνων είναι ανεκτικό σε σφάλματα, ευέλικτο και εξαιρετικά υψηλών επιδόσεων», δήλωσε ο Eugene Schwanbeck, υπεύθυνος εξαρτημάτων προγράμματος για το Πρόγραμμα Ανάπτυξης Game Changing της NASA στο Ερευνητικό Κέντρο Langley της υπηρεσίας στο Hampton της Βιρτζίνια. «Η δέσμευση της NASA για την προώθηση της πληροφορικής για τις διαστημικές πτήσεις είναι ένας θρίαμβος τεχνολογικών επιτευγμάτων και συνεργασίας».
Οι σκληρυμένοι από την ακτινοβολία επεξεργαστές αντιμετωπίζουν ακραίες δοκιμές
Στο επίκεντρο του έργου βρίσκεται ένας νέος επεξεργαστής που έχει σκληρυνθεί από την ακτινοβολία που μπορεί να προσφέρει έως και 100 φορές την υπολογιστική ισχύ των σημερινών υπολογιστών διαστημικών πτήσεων, ενώ επιβιώνει στο σκληρό περιβάλλον του διαστήματος. Μηχανικοί στο Εργαστήριο Jet Propulsion Laboratory (JPL) της NASA στη Νότια Καλιφόρνια διεξάγουν εκτεταμένα πειράματα σχεδιασμένα να προσομοιώνουν αυτές τις συνθήκες.
“Προσφέρουμε αυτά τα νέα τσιπ μέσω του κουδουνίσματος μέσω δοκιμών ακτινοβολίας, θερμότητας και κραδασμών και αξιολογούμε την απόδοσή τους μέσω αυστηρών λειτουργικών δοκιμών”, δήλωσε ο Jim Butler, διευθυντής έργου High Performance Space Computing της JPL.
Για να πληροί τις προϋποθέσεις για διαστημική πτήση, ο επεξεργαστής πρέπει να αντέχει σε έντονη ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία και δραματικές διακυμάνσεις θερμοκρασίας που μπορεί να βλάψουν τα ηλεκτρονικά. Τα σωματίδια υψηλής ενέργειας από τον Ήλιο και το βαθύ διάστημα μπορούν επίσης να προκαλέσουν σφάλματα υπολογιστή που αναγκάζουν το διαστημικό σκάφος σε “ασφαλή λειτουργία”, κλείνοντας προσωρινά μη απαραίτητα συστήματα έως ότου οι μηχανικοί μπορέσουν να επιλύσουν το πρόβλημα.
Η NASA δοκιμάζει επίσης πώς το τσιπ χειρίζεται τις προκλήσεις μιας πλανητικής προσγείωσης.
«Για να προσομοιώσουμε τις πραγματικές επιδόσεις, χρησιμοποιούμε σενάρια προσγείωσης υψηλής πιστότητας από πραγματικές αποστολές της NASA που απαιτούν συνήθως υλικό έντασης ισχύος για την επεξεργασία μεγάλου όγκου δεδομένων αισθητήρα προσγείωσης», είπε ο Μπάτλερ. «Είναι μια συναρπαστική στιγμή για εμάς να εργαζόμαστε πάνω στο υλικό που θα επιτρέψει το επόμενο τεράστιο άλμα της NASA».
Οι δοκιμές στο JPL ξεκίνησαν τον Φεβρουάριο και αναμένεται να συνεχιστούν για αρκετούς μήνες. Τα προκαταρκτικά αποτελέσματα ήταν εξαιρετικά ενθαρρυντικά. Σύμφωνα με τη NASA, ο επεξεργαστής λειτουργεί όπως προβλέπεται και έχει δείξει επίπεδα απόδοσης περίπου 500 φορές υψηλότερα από τα τσιπ που έχουν σκληρυνθεί από την ακτινοβολία που χρησιμοποιούνται επί του παρόντος σε διαστημόπλοια.
Η ομάδα σηματοδότησε την έναρξη του πειράματος με μια συμβολική στιγμή στέλνοντας ένα email με τίτλο “Hello Universe”, μια αναφορά στα περίφημα εισαγωγικά μηνύματα που χρησιμοποιήθηκαν στις πρώτες ημέρες του προγραμματισμού υπολογιστών.
Διαστημόπλοια με τεχνητή νοημοσύνη και αποστολές στο βαθύ διάστημα
Ο επεξεργαστής αναπτύσσεται από κοινού από την JPL και τη Microchip Technology Inc., με έδρα το Chandler της Αριζόνα. Η εταιρεία συνεργάζεται με τη NASA μέσω μιας εμπορικής συνεργασίας και τα δείγματα τσιπ έχουν ήδη κοινοποιηθεί σε αμυντικούς και εμπορικούς εταίρους στον τομέα της αεροδιαστημικής.
Η τεχνολογία αναμένεται να παίξει μεγάλο ρόλο στο μέλλον των αυτόνομων διαστημικών σκαφών. Με την ενσωματωμένη τεχνητή νοημοσύνη, το διαστημόπλοιο μπορεί να αντιδράσει σε πραγματικό χρόνο σε απροσδόκητες καταστάσεις όταν οι καθυστερήσεις επικοινωνίας καθιστούν τον ανθρώπινο έλεγχο μη πρακτικό. Το τσιπ θα μπορούσε να βοηθήσει αποστολές στο βαθύ διάστημα να επεξεργαστούν, να αποθηκεύσουν και να μεταδώσουν τεράστιες ποσότητες επιστημονικών δεδομένων πιο αποτελεσματικά στη Γη.
Η NASA λέει ότι ο επεξεργαστής θα μπορούσε τελικά να υποστηρίξει αποστολές με πλήρωμα στη Σελήνη και τον Άρη.
Μικρός επεξεργαστής με τεράστια υπολογιστική ισχύ
Η συσκευή είναι γνωστή ως system-on-a-chip (ή SoC), που σημαίνει ότι συνδυάζει τα βασικά στοιχεία ενός υπολογιστή σε μια ενιαία συμπαγή μονάδα. Οι επεξεργαστές περιλαμβάνουν κεντρικές μονάδες επεξεργασίας, υπολογιστικές εκφορτώσεις, προηγμένα συστήματα δικτύωσης, μνήμη και διεπαφές εισόδου/εξόδου.
Τα SoC χρησιμοποιούνται ευρέως σε smartphone και tablet επειδή είναι συμπαγή και ενεργειακά αποδοτικά. Ωστόσο, η έκδοση της NASA έχει σχεδιαστεί για να επιβιώνει για χρόνια στο βαθύ διάστημα, ταξιδεύοντας δυνητικά εκατομμύρια (ή και δισεκατομμύρια) μίλια από τη Γη χωρίς συντήρηση ή επισκευή.
Μόλις ο επεξεργαστής πιστοποιηθεί για χρήση στο διάστημα, η NASA σχεδιάζει να τον ενσωματώσει σε μια ποικιλία αποστολών, συμπεριλαμβανομένων των γήινων τροχιακών, πλανητικών ρόβερ, ανιχνευτών βαθέων διαστήματος και ενδιαιτημάτων με πληρώματα.
Η τεχνολογία μπορεί επίσης να είναι χρήσιμη στη Γη. Η Microchip σχεδιάζει να προσαρμόσει τον επεξεργαστή για βιομηχανίες όπως η αεροπορία και η αυτοκινητοβιομηχανία.
Συνεργασία NASA και βιομηχανίας
Το έργο διαχειρίζεται το πρόγραμμα της Διεύθυνσης Διαστημικής Τεχνολογίας Mission’s Game Changing Development (GCD) στη NASA Langley. Το πρόγραμμα GCD, το οποίο διαχειρίζεται η Caltech στην Πασαντίνα της Καλιφόρνια και η JPL, επιβλέπει τη διαδικασία ανάπτυξης από τον σχεδιασμό της αποστολής και τις βιομηχανικές μελέτες μέχρι την τελική παράδοση.
Η NASA JPL επέλεξε τη Microchip ως συνεργάτη το 2022 και η εταιρεία έχει χρηματοδοτήσει τις δικές της εργασίες έρευνας και ανάπτυξης στον επεξεργαστή.
