Modern Misyonların Unseen Bey

Uzay araştırmaları, veri toplama yeteneğine girmiş ve uzay aracı veri depolama ve işleme donanımlarında son gelişmelerin bu boşluğu kapatabilmesi için, şimdi bilimsel bilgilerden oluşan terabaylar üretiyor.Ancak bu verileri toplama ve işleme yeteneği uzun süredir tükendi.

Bu makale, verileri soğuk, radyasyona bağlı uzayın vakumlanmasında yönetmek için belirli zorluklara girer, sonra uzay aracının ne yapabileceğini yeniden yazabilecek olan kesme depolama ve işleme çözümleri ankete girer. radyasyondan katı-devlet sürücülerinden yapay zeka hızlandırılmış, donanımlar bugün yarının keşfine güç verecektir.

Uzaylı Veri Yönetimi Temel Olarak Farklı

Dünyadaki verileri karşılaştırmak önemsizdir. Bir iklim kontrollü bir veri merkezindeki bir sunucu ağır bir şekilde tamir edilebilir, değiştirilmesi veya dünyada yükseltilebilir. milyarlarca kilometre uzakta böyle lüks bir araç var. Her bileşen vibrasyon, aşırı sıcaklık sallamaları ve sürekli bir patlama radyasyonun. Power, Dünya'ya yönelik bant genişliği ciddi şekilde sınırlıdır.

Bu kısıtlamalar, eşsiz bir mühendislik zorluk seti yaratır:

  • [FONT:0)Radiation-Indük Bit Flips:) Yüksek enerjili parçacıklar, depolamak için depolanmış verileri veya işlemcileri yanlış talimatları yürütmek için neden olabilir. Geleneksel tüketici elektronikleri derin uzayda saatlerce başarısız olur.
  • [FONT:0]Limited Band genişlik:[Dönder:[Dönder:) Mars'tan ortalama 1-6 megabitler en iyi ikinci olarak en iyi şekilde. tek yüksek çözünürlüklü görüntü, iletmeleri için birkaç dakika sürebilir.
  • [FONT:0)Power Budgets Measured in Watts: Tipik bir bilim uzay aracının birkaç yüz watt toplam güç zarfı olabilir. Depolama ve işleme sistemleri inanılmaz derecede verimli olmalıdır.
  • [FONT:0)Unforgivable Longevity:) Misyonlar genellikle son 10-20 yıl boyunca fiziksel onarım için bir fırsat olmadan.

Bu faktörler, veri boru hattının her katmanını yeniden düşünmeye zorlanmıştı. Sonuç, aynı anda daha sağlam, daha verimli ve Apollo veya Uzay Araç çağında uçan her şeyden daha yetenekli bir donanım türüdür.

Uzaylı Depolama Donanımı

Bant Drives'tan Flash'a: Sessiz Devrim

Erken uzay aracı manyetik kaset kayıtlarına dayanıyordu. Mekanik olarak güvenilir olsalardı, kiloları ölçtüler, önemli bir güç tükettiler ve ikinci başına kilo verme hızları ölçtüler. Uzay Servisi, örneğin, sadece 100 megabayt depolayan kaset kayıtları kullandı - bugün daha az düşük akıllı telefon fotoğrafı.

Katı devlet hafızasının önemli kısmı, statik RAM (SRAM) ile kritik telgraf için başladı, ancak SRAM uçucu ve güçlendiricidir[Dönümüzdekiler için).19 yıl boyunca, NAND flash bellek, uzay için baskın depolama ortamı haline geldi. ancak, bir tüketici SSD'de satın aldığınız flaş fişleri yörünge için uygun değildir.

Şirketler, 0,0)Teledyne e2v[DÜT:1), ) ) ve [[Dönetici: 0:0) Mikroskopları 100 krad (Sihirli NAND flash modüller) ötesinde, en düşük seviyeli NAND flash modüller için eşiği, bu da standart bir ticari görevlere kıyasla daha düşük maliyetlidir.

Gelişen Memory Technologies: MRAM, FRAM ve Dirensel RAM

NAND flash uzayda tek oyun değildir. Çeşitli diğer yenilmez hafıza teknolojileri traksiyon kazanıyor:

  • [FONT:0)Magnetoresistif RAM (MRAM): [Döneticilerde elektronik şarj yerine manyetik devletlerde depolar. MRAM, doğal olarak radyasyon-hard, sınırsız dayanıklılıka sahiptir ve son derece hızlı çalışır - boot code ve görev-kahkahraman parametrelerini depolamak için idealdir.Everspin MR4A16B) zaten CubeSats ve küçük uydular üzerinde uçuyor.
  • [FONT=0)Ferroelektrik RAM (FRAM): Veri depolamak için bir ferroelektrik kristali kullanın.Çok düşük güç, hızlı ve radyasyona karşı dirençli FRAM, NASA'nın ) veJuno)[Dörtücük Olmayanlar için kullanılmaktadır.
  • [FONT:0)Resistive RAM (ReRAM): [Dönetici: [Dönetici: 1) ReRAM, MRAM veya FRAM'dan çok daha yüksek depolama yoğunluğunu vaat ediyor, iyi radyasyon toleransını sürdürüyorken. Çeşitli uzay ajansları aktif olarak ReRAM geliştirmelerini finanse ediyor.

Her teknoloji yoğunluk, hız, dayanıklılık ve maliyetle ticaret yapıyor, ancak birlikte tasarımcıların görev profillerini uyumlu hale getirmelerine ve eşleştirmesine izin veriyor.

Ambalaj ve Hata Düzeltme

Uzay depolama donanımı sadece hafıza hücreleri hakkında değildir. Ambalaj aynı derecede önemlidir. Modüller radyasyondan alınan paketlerde kaydedilir, genellikle ekstra pins ile kırmızı depolama cihazları kullanımlıdır.En uzay-telif depolama cihazları kullanımlıdır.[0]Çogunlukta modüler kırmızıdanlık (TMR)).

Yazılım düzeyinde hata düzeltmesi, Dünya'da daha agresiftir. Uzaylı SSD'ler kilobay başına onlarca hata çalıştırmaktadır:0)Reed-Solomon) veya [[Density Parity-Check)[Density-Check)[Dörtüncü kodlar)[Dörtüncü dereceler ağırlıkta yanlış bir şekilde yanlış algılanabilir.

Radyasyonun toparlanmış hafıza hakkında daha fazla ayrıntı için, NASA'nın [[0)Electronic Bölüm ve Ambalaj Programı[Dönetici: 1), test edilmiş parçaların kapsamlı bir veritabanını koruyor.

Donanım: Onboard Intelligence

Radyasyon-Hardized Processors: 386'dan ARM

Radyasyonun toparlanmış işlemciler ihtiyacı garip bir evrimsel bir ize yol açtı. Tüketici işlemcileri düğümleri daraltmak için milyarlarca transistör topladılar, uzay işlemcileri genellikle daha büyük, daha büyük lithograflar kullandı çünkü doğal olarak tek-event etkilere karşı daha dirençliler.

ikonikFLEN:0)RAD750[DFLT:1), GüçPC 750 mimarisine dayanarak, 2000'den beri birçok NASA görevinin işkodunu olmuştur. 110-200 MHz ve 1,5'te (milli) 0.7 MIPS (milli) sunar.[MelektttttttttD)[değiştir | kaynağı değiştir]

Bugün, pendulumlar daha modern mimarilere doğru hızla ilerliyor. [Üyetim:0)GR740) Airbus ve [[Üyetim:2.[Üyetim:2)RISC-V[D[DÜye ait Jet Propulsion Laboratory, radyasyon toleransını korumak için birkaç kez daha hızlı ilerliyor. ESA'nın UZMANI KAYNAKLARI[DÜye Olmayanlar ve gelecekler için)[DÜye Olmayanlar.

FPGAs: Uzay için Yeniden Programlanabilir Beyinler

Alan programlanabilir kapı dizileri (FPGA) modern uzay aracında vazgeçilmez hale geldi. Genel amaçlı CPU'dan farklı olarak, belirli bir görev için optimize edilmiş özel bir dijital devreye yapılandırılabilir - görüntü sıkıştırma, sinyal filtreleme veya sinir ağı inference.

Uzaylı FPGAs from 03.D:0)Xilinx[[Dönetici: 1 ) ve [[Dörtücü|Dönetici:2)Mikroçi[Dönetici Mikrosemi) yaygın olarak kullanılır. [Döneticileri / Sayfalar)Xilinx Kintex-7).

FPGAs, uzaydaki yazılım tanımlı radyolara (SDRs) de merkezidir, donanım değişiklikleri gerektirmeden bağlantı koşullarını sağlayan esnek modulation ve kodlama şemalarına izin verir.

AI Hızlandırıcılar ve Uzayda Edge Computing Yükselişi

Bir sonraki sınır, uzay aracı üzerinde doğrudan makine öğrenme modellerini dağıtıyor. Tüm ham verileri analiz etmek yerine, AI yetenekleri olan bir uzay aracı, yedeklenen kırmızı görüntüleri tespit etmek, ilginç jeolojik özellikleri tespit etmek veya hatta araçlar için fırsat hedeflerini belirlemek.

Sorun şu ki, çoğu AI hızlandırıcısı (GPUs, Radyatörs, NPUs) uzay için tasarlanmamıştır. Ancak, özel radyasyona dayanıklı AI cipsi ortaya çıkıyor.Intel Myriad 2) ve onun yeni doğan İLM )Ily X[DDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDDD

NASA'nın SİFFA:0)SCaN (Space Communications ve Navigation)[Dönetici:0)[Dönetici)[Uygunluk-Tolerant AI Hızlandırma[Döneticileri) ile bir araya gelme (Dönetici) ile ilgili olarak, bu çip, Dünya'dan gelen bir yuvarlak-dönüşümlü bir komut için saat beklemeden bağımsız olarak, bağımsız bir navigasyon ve bilimsel analiz için aktif olarak geliştirmeyi amaçlamaktadır.

Potansiyel etki derindir.Inboard AI, bir Europa Clipper benzeri misyonun tesisatları tespit etmesine, onlara yönlendirmesine ve gerçek zamanlı olarak araç parametrelerini ayarlamasına izin verebilir - tek yönlü ışık gecikmesi 30 dakikayı aşıyorken sadece imkansız olan bir yetenek.

Sistem Entegrasyonu: Birlikte Depolama ve İşleme

Depolama ve işleme donanımları yapaydır; gerçek sihirli sistem seviyesinde gerçekleşir. Modern uzay aracı mimarisi, birleşik bir veri ağı gibi yüksek hızlı bağlantı kullanır.(Uygunda # 1) UzayFibre) ( uzay için tasarlanmış bir gigabit-per-saniye seri bağlantı)

Örneğin, Avrupa Data Relay System (EDRS)[Dönetici)) gerçek zamanlı olarak bu süreçleri ve depoları bir araya getiren bir lazer iletişim terminali kullanıyor ve bu işlemden 10 yıl önce bir elektronik eşyaya kadar veri toplama sistemiyle işliyor.

[FONT=0)Compression ve Processing Unit (CPU)) Yanilar Orbiter[Dönetici: 3) Görev, FPGA'da uygulanan bir Xilinx FPGA ve 64 GB'nin yüksek çözünürlükte tam bir görüntü çerçevesini sıkıştırabilir.

Vaka Çalışması: James Webb Space Telesko'nun Data System

James Webb Uzay Teleskopu (JWST), uzay veri işlemedeki sanatın mevcut durumunu temsil eder. itsETHFLT:0)Solid State Recorder (SSR)) - en soğuk işletim sıcaklıkları tarafından inşa edilmelidir -115 gigabayt).115 gigabayt) ve çoğu tüketici elektronikini ezecek bir ortamdaki verileri ezebilir.

200 MHz'de çalışan bir RAD750 bilgisayar ile ilgili SSR'ler bile bu nispeten mütevazı işleme gücü ile, JWST uçlarında önemli veri işlemeyi yapabilir: ortalamaları birden fazla maruz kalma çerçeveleri, gökyüzünün arka planlarını çıkarır ve görüntüleri kullanarak sıkıştırır.For this nispeten düşük Multi-Component Dönüşüm[D] algoritması.

JWST'nin veri sistemine daha derin bir bakış için, [[ŞUÇUÇUÇUÇUÇUÇUÇLAR:0)Space Teleskobu Bilim Enstitüsü'nün dokümantasyon[[DÜT:1) teknik ayrıntılar sağlar.

Future: Kuantum, Fotonikler ve Bio-inspired Storage

İnovasyon hızı yavaşlama belirtileri gösterir. Birkaç futuristik teknolojiler laboratuvardan prototip uzay donanımına taşınır:

Güvenli ve Yüksek Şehir Depolama için Kuantum Hafıza

Atom veya fotonların kuantum eyaletlerinde bilgi depolayan Kuantum hafıza, klasik hafızadan milyonlarca kat daha büyük teorik depolama alanları sunar. Pratik uzay tabanlı kuantum hafıza hala yıllar uzaktayken, Dünya ve derin uzay araştırmaları ile ilgili deneyler.

Fotonikler ve Optik İşleme

Optik interconnects ve fotonik işlemciler zaten karasal veri merkezleri için geliştirilmektedir. Uzayda, optik bağlantılar radyo üzerinde büyük bant genişliği avantajları sunar, ancak fotoğraf işleme hala nazcent. ESA'sİLFLT:0)Fotoğraflar Girişimi), veri depolamasını karıştırabilecek ve ultralow güç tüketimiyle kaybolabilecek silikon fotonik fişleri araştırıyor.

Bio-inspired ve Nöromorphic Computing

Nöromorfik çipler beyin sinir mimarisini taklit etmeye çalışır, sinapslar ve casus nöronlar ile.Bu çipler özellikle telemetri ve robotik kolların uyarlanması için son derece enerji verimlidir.Intel Loihi 2) ve [[Dönetici:2IBM TrueNorth)

Kendini Yeniden yapılandırın ve Yeniden yapılandırılabilir Sistemler

Future Hardware, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki hataları ve yeniden yapılandırabilme yeteneğini içerebilir. FPGAs yerleşik dijital devreler) ve rotadaki hataları mikrosaniyeler içinde tamir etmek için geri dönüşümlü olarak algılayabilir.

Sonuç: Sonraki Devrim Onboard

Uzaylı veri depolama ve işleme donanımları sadece artmakta değil; onlar tamamen yeni misyon kavramlarına izin veriyorlar. Radyasyondan gelen flaş depolama, yüksek hızlı FPGAs, radyasyon-hardized multicore işlemciler ve ortaya çıkan AI hızlandırıcıları, uzay aracının dünyaya geri dönmemesi gerektiği anlamına geliyor.

Yararlılar açıktır: düşük bağlantı maliyetleri, daha hızlı bilim geri döndü ve gerçek zamanlı beklenmedik fenomenlere tepki verme yeteneği.For theETHFLT:0)Artemis programı, [[Ücretsiz Geri Dönüş[DÜye Olmayanlar İçindekiler[Dönemler: 2 )

Depolama kesintileri tüketici cihazlarından gelen güç yaklaşımlarını artırmaya devam ettikçe - uzay destekli güvenilirliği korurken - bir CubeSat'in 2020'lerin-era akıllı telefonlarının işlenmesini mümkün kılabileceği bir geleceğe doğru ilerliyoruz.Ve bu akıllı telefon, dünyanın ötesinde yaşamın ilk belirtilerini keşfedebilir.