هبوط! هبوط مركبة روفر المثابرة التابعة لناسا على المريخ مع Xilinx FPGAs على متنها

مرحبًا MARS ... تهانينا للمهندسين والعلماء الرائعين في NASA ومختبرات الدفع النفاث (JPL) على هبوط ناجح على حفرة Mars Jezero Crater في 18 فبراير 2021! نحن فخورون جدًا بأن نكون جزءًا من هذه المهمة مع Xilinx FPGAs في مركبة لاندر روفر والأدوات ، بما في ذلك معالج الرؤية لأداء تحسين معالجة الصور للصور الأولى التاريخية.

في يوليو 2020 ، أطلقت وكالة ناسا مهمة المثابرة الجوالة ، والتي سعت للحصول على علامات لظروف صالحة للسكن ، والبحث عن البصمات الحيوية ، وجمع عينات من أجل بعثات مستقبلية لعودة عينات المريخ والبعثات البشرية ، والآن بعد 7 أشهر ، هبطت المثابرة بنجاح في Jezero Crater .

يشتمل المسبار المتجول على مسرع للأجهزة قائم على FPGA في عنصر Vision Compute (VCE) الذي سيساعد في هبوط الملاحة والقيادة الذاتية على سطح المريخ. تعمل Virtex-5QVs (SIRF) المتصلب من الإشعاع كمعالج مرئي قابل لإعادة البرمجة في بطاقة مسرع رؤية الكمبيوتر (CVAC) المستخدمة لتسريع بعض المهام الاستريو والبصرية مثل تصحيح الصورة والتصفية والكشف والمطابقة. تشتمل بعض الأدوات أيضًا على Mastcam-Z ، وهي أداة تصوير مجسمة متعددة الأطياف ، والتي تستخدم Virtex-II FPGA (XQR2V3000) المقاومة للإشعاع في الصندوق الرقمي بناءً على معمارية مختبر علوم المريخ (MSL) ، والمسح الضوئي البيئات الصالحة للسكن مع مطياف Raman & Luminescence للمواد العضوية والكيماوية (SHERLOC) ، والذي يستخدم MAHLI مع نظام كاميرا يشتمل على XQR2V3000 FPGAs.

الشكل 1: المثابرة روفر (المصدر: ناسا)

الشكل 2: عنصر حساب الرؤية (المصدر: مجلة إي جورنال).هذه ليست مهمة Xilinx الأولى إلى المريخ. انتهت مهمة Opportunity Rover Mission التابعة لناسا في 13 فبراير 2019 ، بعد استكشاف سطح المريخ لمدة 15 عامًا أرضيًا ، على الرغم من أن التصميم كان يهدف إلى أن يستمر 90 يومًا فقط من المريخ. يعد برنامج استكشاف المريخ التابع لوكالة ناسا أحد أكثر مهام الاستكشاف بين الكواكب نجاحًا على الإطلاق. نهنئ فريق مختبر الدفع النفاث ونشكرهم على جعل Xilinx جزءًا من هذه المهام التاريخية.

ماذا يوجد في الماضي؟

الشكل 3: فرصة MER (المصدر: وكالة ناسا)

اشتملت مهمة استكشاف المريخ (MER) التابعة لوكالة ناسا على مركبتين على المريخ: "سبيريت" و "فرصة". صُممت لاستكشاف الكوكب بحثًا عن مصادر المياه على المريخ. من المقرر أن تستمر المركبات الجوالة لمدة 90 يومًا ، وقد تجاوزت توقعات الجميع مع سبيريت الذي يدوم 7 سنوات أو أكثر (20 مرة أطول) وفرصة تدوم 15 عامًا (55 مرة أطول) - وكلاهما يعيدان معلومات قيمة عن التركيب الجيولوجي للكوكب!

في إنشاء هذه المراجعات المذهلة ، المصممة للعمل على الطاقة الشمسية ، استخدم فريق مختبر الدفع النفاث Xilinx® Virtex®-4 FPGAs المقاومة للإشعاع ، وهي أحدث ما توصلت إليه تكنولوجيا FPGA الفضائية في وقت التصميم ، لكليهما هبوط وتشغيل مركبات المريخ الجوالة على سطح الأرض. على وجه التحديد ، دخلت XQVR4062 FPGAs في كل مركبة إنزال MER للتحكم في عمليات الألعاب النارية الحاسمة خلال إجراءات الهبوط والهبوط متعددة المراحل للمركبة ، عندما يقوم المهندسون بتشغيل المتفجرات في مراحل مختلفة من المناورة. استخدم مهندسو ناسا FPGAs في قلب نظام Lander Pyro Switch Interface ، الذي نسق تسلسل الألعاب النارية المتقنة لـ MERs إلى ميلي ثانية. بالإضافة إلى ذلك ، استخدمت ناسا أيضًا XQVR1000s في لوحة التحكم في المحركات MER ، والتي تشرف على محركات العجلات والتوجيه والأذرع والكاميرات والأجهزة المختلفة ، مما يمكّن المركبات الجوالة من السفر حول سطح الكوكب الذي غالبًا ما يشبه الطمي والتغلب على العقبات المختلفة.

الشكل 4: MSL Curiosity (المصدر: NASA)

تم إطلاق المركبة التالية التي ستسافر إلى المريخ، مختبر علوم المريخ (MSL)، المعروف أيضًا باسم "كيوريوسيتي"، في عام 2011 وسافرت لمدة ثمانية أشهر في رحلة طولها 352 مليون ميل. تم تصميمه للعمل بالطاقة النووية، ولا يزال يبحر على سطح المريخ، في محاولة للتأكد مما إذا كان الكوكب يدعم أشكال الحياة الميكروبية. تم تصميم المركبة في البداية لمهمة مدتها عامين، ولا تزال تعمل بقوة بعد أكثر من 2 سنوات ومن المرجح أن تستمر في القيام بذلك لسنوات قادمة.

تعمل منتجات Xilinx الفضائية على تمكين أنظمة الأدوات الرئيسية مثل MAHLI (تصوير) و ChemCam (أدوات الاستشعار عن بعد) و Electra-Lite (الاتصالات) و MALIN (المعالج) على العربة الجوالة. تلتقط كاميرا Mars Hand Lens Imager (MAHLI) ، وهي كاميرا على الذراع الروبوتية للمركبة الجوالة ، الصور ، بينما يتكون نظام MALIN من صناديق معالجة الصور الخلفية التي تعالج الصور من جميع الكاميرات الموجودة على متن المركبة. تقوم شركة Virtex®-II (XQR2V3000) مقاومة الإشعاع من Xilinx بتنفيذ خطوط أنابيب الصور في هذه الأنظمة. يتم تنفيذ جميع وظائف الواجهة والضغط والتوقيت كأجهزة طرفية منطقية لنواة المعالج اللين MicroBlaze ™ في Virtex-II FPGA. يتيح ذلك لـ Curiosity إرسال صور مذهلة للمناظر الطبيعية الغريبة التي تبعد 35 مليون ميل. يوفر ChemCam (مجمع الكيمياء والكاميرا) التراكيب الأولية والصور عالية الدقة للصخور والتربة باستخدام XQ2V1000 FPGA المقاوم للإشعاع من Xilinx.

تم تجهيز كيوريوسيتي بأنظمة اتصالات مهمة مثل جهاز الإرسال والاستقبال X Band الذي يمكنه التواصل مع الأرض وراديو UHF Electra-Lite المحدد بالبرمجيات للتواصل مع مدارات المريخ التي تعمل كمسار أساسي لعودة البيانات إلى الأرض. تعمل FPGAs XQR2V3000 المقاومة للإشعاع من Xilinx في صناديق الاتصالات هذه، مما يوفر روابط مهمة للعودة إلى الأرض.

تمنح Xilinx لعملائنا ترخيصًا لتصميم مستقبل قابل للتكيف ، هل أنت مستعد للمهام المستقبلية والمساعي العلمية؟ للتعرف على حلول مساحة Xilinx ، قم بزيارة https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

المصدر: https://forums.xilinx.com/t5/Xilinx-Xclusive-Blog/Touchdown-NASA-s-Perseverance-Rover-Lands-on-Mars-with-Xilinx/ba-p/1209732