Landung! Der Perseverance Rover der NASA landet mit Xilinx-FPGAs an Bord auf dem Mars

Hallo MARS… Herzlichen Glückwunsch an die großartigen Ingenieure und Wissenschaftler der NASA und der Jet Propulsion Labs (JPL) zu einer erfolgreichen Landung auf dem Mars Jezero Crater am 18. Februar 2021! Wir sind so stolz darauf, Teil dieser Mission mit Xilinx-FPGAs im Lander Rover und Instrumenten zu sein, einschließlich des Vision-Prozessors, um die Bildverarbeitung für die historischen ersten Bilder zu optimieren.

Im Juli 2020 startete die NASA die Rover-Mission Perseverance, die nach Anzeichen bewohnbarer Bedingungen suchte, nach Biosignaturen suchte und Proben für zukünftige Mars-Probenrückgabemissionen und menschliche Expeditionen sammelte. Jetzt, sieben Monate später, ist Perseverance erfolgreich im Jezero-Krater gelandet .

Der Perseverance-Rover verfügt in seinem Vision Compute Element (VCE) über einen FPGA-basierten Hardwarebeschleuniger, der die Landungsnavigation und das autonome Fahren auf der Marsoberfläche unterstützen wird. Unsere strahlungsgehärteten Virtex-5QVs (SIRF) dienen als umprogrammierbarer visueller Prozessor in der Computer Vision Accelerator Card (CVAC), der zur Beschleunigung bestimmter Stereo- und visueller Aufgaben wie Bildentzerrung, Filterung, Erkennung und Anpassung verwendet wird. Zu einigen Instrumenten gehört auch die Mastcam-Z, ein multispektrales stereoskopisches Bildgebungsinstrument, das in der Digitalbox ein strahlungstolerantes Virtex-II-FPGA (XQR2V3000) auf Basis der Mars Science Lab (MSL)-Architektur verwendet, und das Scanning Habitable Environments with Raman & Lumineszenz for Organics and Chemicals (SHERLOC)-Spektrometer, das das MAHLI mit einem Kamerasystem mit den XQR2V3000-FPGAs verwendet.

Abbildung 1: Perseverance Rover (Quelle: NASA)

Abbildung 2: Vision Compute Element (Quelle: EEJournal).Dies ist nicht die erste Mission von Xilinx zum Mars. Die Opportunity Rover-Mission der NASA endete am 13. Februar 2019, nachdem sie 15 Erdenjahre lang die Marsoberfläche erkundet hatte, obwohl der Entwurf nur für eine Dauer von 90 Marstagen vorgesehen war. Das Mars-Erkundungsprogramm der NASA ist eine der erfolgreichsten interplanetaren Erkundungsmissionen aller Zeiten. Wir gratulieren dem Team von JPL und danken ihnen dafür, dass sie Xilinx zu einem Teil dieser historischen Missionen gemacht haben.

Was ist in der Vergangenheit?

Abbildung 3: MER-Gelegenheit (Quelle: NASA)

An der Mission Mars Exploration Rover (MER) der NASA waren zwei Marsrover beteiligt: ​​„Spirit“ und „Opportunity“. Sie wurden entwickelt, um den Planeten nach Wasserquellen auf dem Mars zu erkunden. Die Rover waren auf eine Laufzeit von 90 Tagen ausgelegt und übertrafen alle Erwartungen: Die Laufzeit von Spirit betrug mehr als 7 Jahre (20-mal länger) und die von Opportunity 15 Jahre (55-mal länger) – beide lieferten wertvolle Informationen über die geologische Zusammensetzung des Planeten!

Bei der Entwicklung dieser unglaublichen MERs, die für den Betrieb mit Solarenergie konzipiert sind, verwendete das JPL-Team für beide strahlungstolerante Xilinx® Virtex®-4 FPGAs, die zum Zeitpunkt des Designs auf dem neuesten Stand der FPGA-Weltraumtechnologie waren die Landung und der Betrieb der Marsrover auf der Oberfläche. Insbesondere wurden XQVR4062-FPGAs in jedes MER-Landungsboot eingebaut, um die entscheidenden pyrotechnischen Vorgänge während des mehrphasigen Sink- und Landevorgangs eines Rovers zu steuern, wenn die Ingenieure in verschiedenen Phasen des Manövers Sprengstoffe auslösen. NASA-Ingenieure nutzten die FPGAs als Herzstück des Lander Pyro Switch Interface-Systems, das die aufwändige pyrotechnische Sequenz der MERs auf die Millisekunde genau orchestrierte. Darüber hinaus setzte die NASA XQVR1000 auch im MER Motor Control Board ein, das die Motoren für Räder, Lenkung, Arme, Kameras und verschiedene Instrumente überwacht und es den Rovern ermöglicht, über die oft schlammartige Oberfläche des Planeten zu fahren und verschiedene Hindernisse zu überwinden.

Abbildung 4: MSL Curiosity (Quelle: NASA)

Der nächste Rover, der zum Mars reist, das Mars Science Lab (MSL), auch bekannt als „Curiosity“, wurde 2011 gestartet und war acht Monate lang auf einer 352 Millionen Meilen langen Reise unterwegs. Entwickelt für den Betrieb mit Atomkraft, navigiert es immer noch über die Marsoberfläche und versucht herauszufinden, ob der Planet jemals mikrobielles Leben beherbergt hat. Ursprünglich für eine zweijährige Mission konzipiert, ist der Rover auch acht Jahre später immer noch einsatzbereit und leistungsstark und wird dies wahrscheinlich auch in den kommenden Jahren tun.

Die weltraumtauglichen Produkte von Xilinx ermöglichen wichtige Instrumentensysteme wie MAHLI (Imager), ChemCam (Fernerkundungsinstrumente), Electra-Lite (Kommunikation) und MALIN (Prozessor) auf dem Rover. Der Mars Hand Lens Imager (MAHLI), eine Kamera am Roboterarm des Rovers, erfasst Bilder, während das MALIN-System aus Backend-Bildverarbeitungsboxen besteht, die Bilder von allen Bordkameras verarbeiten. Die strahlungstoleranten FPGAs Virtex®-II (XQR2V3000) von Xilinx implementieren die Bildpipelines in diesen Systemen. Alle Schnittstellen-, Komprimierungs- und Timing-Funktionen sind als logische Peripheriegeräte eines MicroBlaze™-Softprozessorkerns im Virtex-II-FPGA implementiert. Dadurch kann die Curiosity atemberaubende Bilder einer außerirdischen Landschaft zurücksenden, die 35 Millionen Meilen entfernt ist. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) liefert mithilfe des strahlungstoleranten XQ2V1000 FPGA von Xilinx Elementzusammensetzungen und hochauflösende Bilder von Gestein und Boden.

Curiosity ist mit bedeutenden Telekommunikationssystemen wie dem X-Band-Sender und -Empfänger ausgestattet, der mit der Erde kommunizieren kann, und einem softwaredefinierten UHF-Electra-Lite-Radio für die Kommunikation mit den Orbitern des Mars, die als Hauptpfad für die Datenrückführung zur Erde dienen. Die strahlungstoleranten FPGAs XQR2V3000 von Xilinx dienen in diesen Kommunikationsboxen und stellen wichtige Verbindungen zurück zur Erde her.

Xilinx gibt unseren Kunden die Lizenz, eine anpassungsfähige Zukunft zu gestalten. Sind SIE bereit für zukünftige Missionen und wissenschaftliche Aktivitäten? Um mehr über Raumfahrtlösungen von Xilinx zu erfahren, besuchen Sie https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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