Touchdown! NASA's Perseverance Rover lander på Mars med Xilinx FPGA'er ombord

Hej MARS...Tillykke til de fantastiske ingeniører og videnskabsmænd ved NASA og Jet Propulsion Labs (JPL) for et vellykket landing på Mars Jezero-krateret den 18. februar 2021! Vi er så stolte af at være en del af denne mission med Xilinx FPGA'er i lander-roveren og instrumenter, inklusive vision-processoren til at udføre billedbehandlingsoptimering for de historiske første billeder.

I juli 2020 lancerede NASA Perseverance rover-missionen, som søgte tegn på beboelige forhold, søge efter biosignaturer og indsamle prøver til fremtidige Mars-prøve-retur-missioner og menneskelige ekspeditioner, og nu 7 måneder senere er Perseverance landet med succes i Jezero-krateret .

Perseverance-roveren inkluderer en FPGA-baseret hardwareaccelerator i sin Vision Compute Element (VCE), der vil hjælpe med landingsnavigation og autonom kørsel på Mars-overfladen. Vores Radiation-Hardened Virtex-5QV'er (SIRF) fungerer som den omprogrammerbare visuelle processor i Computer Vision Accelerator Card (CVAC), der bruges til at accelerere visse stereo- og visuelle opgaver som billedkorrektion, filtrering, detektion og matchning. Også inkluderet på nogle af instrumenterne er Mastcam-Z, et multispektralt stereoskopisk billeddannende instrument, som bruger en strålingstolerant Virtex-II FPGA (XQR2V3000) i den digitale boks baseret på Mars Science Lab (MSL) arkitekturen, og scanningen Beboelige miljøer med Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) spektrometer, som bruger MAHLI med et kamerasystem, der inkorporerer XQR2V3000 FPGA'erne.

Figur 1: Perseverance Rover (Kilde: NASA)

Figur 2: Vision Compute Element (Kilde: EEJournal).Dette er ikke Xilinx' første mission til Mars. NASAs Opportunity Rover-mission sluttede den 13. februar 2019 efter at have udforsket Mars overflade i 15 jordår, selvom designet var beregnet til at vare kun 90 Mars-dage. NASAs Mars Exploration Program er en af ​​de mest succesrige interplanetariske udforskningsmissioner nogensinde. Vi lykønsker holdet hos JPL og takker dem for at gøre Xilinx til en del af disse historiske missioner.

Hvad er der i fortiden?

Figur 3: MER-mulighed (Kilde: NASA)

NASAs Mars Exploration Rover (MER)-mission involverede to Mars-rovere: "Spirit" og "Opportunity". De blev designet til at udforske planeten for vandkilder på Mars. Planlagt at vare 90 dage, overgik roverne alles forventninger med Spirit, der varede 7+ år (20X længere) og Opportunity, der varede 15 år (55X længere) – begge returnerede værdifuld information om planetens geologiske sammensætning!

Ved at skabe disse utrolige MER'er, designet til at køre på solenergi, brugte JPL-teamet strålingstolerante Xilinx® Virtex®-4 FPGA'er, state-of-the-art inden for FPGA rumkvalitetsteknologi på tidspunktet for designet, til både Mars-rovernes landing og drift på overfladen. Specifikt gik XQVR4062 FPGA'er ind i hvert MER-landingsfartøj for at kontrollere de afgørende pyrotekniske operationer under en rovers flerfasede nedstignings- og landingsprocedure, når ingeniørerne udløser sprængstoffer til forskellige stadier af manøvren. NASA-ingeniører brugte FPGA'erne i hjertet af Lander Pyro Switch Interface-systemet, som orkestrerede MER'ernes udførlige pyrotekniske sekvens til millisekund. Derudover brugte NASA også XQVR1000s i MER Motor Control Board, som overvåger motorerne til hjulene, styretøjet, armene, kameraerne og forskellige instrumenter, hvilket gør det muligt for rovere at rejse rundt på planetens ofte silt-lignende overflade og klare forskellige forhindringer.

Figur 4: MSL Curiosity (Kilde: NASA)

Den næste rover, der rejser til Mars, Mars Science Lab (MSL), også kaldet "Curiosity", blev lanceret i 2011 og rejste i otte måneder på en 352 millioner kilometer lang rejse. Designet til at køre på atomkraft, navigerer den stadig på Mars-overfladen og forsøger at fastslå, om planeten nogensinde har understøttet mikrobiel livsform. Oprindeligt designet til en 2-årig mission, er roveren stadig i drift og kører stærkt 8+ år senere og vil sandsynligvis fortsætte med at gøre det i de kommende år.

Xilinx rumkvalitetsprodukter muliggør nøgleinstrumentsystemer som MAHLI (imager), ChemCam (fjernmålingsinstrumenter), Electra-Lite (kommunikation) og MALIN (processor) på roveren. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), et kamera på roverens robotarm, optager billeder, mens MALIN-systemet består af backend billedbehandlingsbokse, der behandler billeder fra alle indbyggede kameraer. Xilinx's Virtex®-II (XQR2V3000) strålingstolerante FPGA'er implementerer billedrørledningerne i disse systemer. Alle interface-, komprimerings- og timingfunktioner er implementeret som logiske perifere enheder af en MicroBlaze™ soft-processor kerne i Virtex-II FPGA. Dette gør det muligt for Curiosity at sende fantastiske billeder tilbage af et fremmed landskab, der er 35 millioner miles væk. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) giver elementære kompositioner og billeder i høj opløsning af sten og jord ved hjælp af Xilinx' strålingstolerante XQ2V1000 FPGA.

Curiosity er udstyret med betydelige telekommunikationssystemer som X Band-senderen og -modtageren, der kan kommunikere med Jorden og en UHF Electra-Lite software-defineret radio til kommunikation med Mars' orbitere, der tjener som den primære vej for dataretur til Jorden. Xilinx's XQR2V3000 strålingstolerante FPGA'er tjener i disse kommunikationsbokse og giver kritiske links tilbage til Jorden.

Xilinx giver vores kunder en licens til at bygge en tilpasningsdygtig fremtid, er DU klar til fremtidige missioner og videnskabelige sysler? For at lære om Xilinx rumløsninger, besøg https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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