Touchdown! Το Perseverance Rover της NASA προσγειώνεται στον Άρη με τα Xilinx FPGA επί του σκάφους

Γεια σου MARS…Συγχαρητήρια στους καταπληκτικούς μηχανικούς και επιστήμονες της NASA και των Jet Propulsion Labs (JPL) για μια επιτυχημένη προσγείωση στον κρατήρα Mars Jezero στις 18 Φεβρουαρίου 2021! Είμαστε τόσο περήφανοι που είμαστε μέρος αυτής της αποστολής με τα Xilinx FPGA στο ρόβερ και τα όργανα προσεδάφισης, συμπεριλαμβανομένου του επεξεργαστή όρασης για την εκτέλεση βελτιστοποίησης επεξεργασίας εικόνας για τις ιστορικές πρώτες εικόνες.

Τον Ιούλιο του 2020, η NASA εκτόξευσε την αποστολή ρόβερ Perseverance, η οποία αναζήτησε σημάδια κατοικήσιμων συνθηκών, αναζήτηση βιουπογραφών και συλλογή δειγμάτων για μελλοντικές αποστολές επιστροφής δειγμάτων Άρη και ανθρώπινες αποστολές και τώρα 7 μήνες αργότερα, το Perseverance προσγειώθηκε με επιτυχία στον κρατήρα Jezero .

Το ρόβερ Perseverance περιλαμβάνει έναν επιταχυντή υλικού που βασίζεται σε FPGA στο Vision Compute Element (VCE) που θα βοηθήσει στην πλοήγηση προσγείωσης και στην αυτόνομη οδήγηση στην επιφάνεια του Άρη. Τα σκληρυμένα με ακτινοβολία Virtex-5QV (SIRF) χρησιμεύουν ως ο επαναπρογραμματιζόμενος οπτικός επεξεργαστής στην κάρτα επιτάχυνσης όρασης υπολογιστή (CVAC) που χρησιμοποιείται για την επιτάχυνση ορισμένων στερεοφωνικών και οπτικών εργασιών όπως διόρθωση εικόνας, φιλτράρισμα, ανίχνευση και αντιστοίχιση. Σε μερικά από τα όργανα περιλαμβάνονται επίσης το Mastcam-Z, ένα πολυφασματικό στερεοσκοπικό όργανο απεικόνισης, το οποίο χρησιμοποιεί ένα ανθεκτικό στην ακτινοβολία Virtex-II FPGA (XQR2V3000) στο ψηφιακό κουτί που βασίζεται στην αρχιτεκτονική του Mars Science Lab (MSL) και το Scanning Κατοικίσιμο περιβάλλον με φασματόμετρο Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC), το οποίο χρησιμοποιεί το MAHLI με σύστημα κάμερας που ενσωματώνει τα FPGA XQR2V3000.

Εικόνα 1: Perseverance Rover (Πηγή: NASA)

Εικόνα 2: Vision Compute Element (Πηγή: EEJournal).Αυτή δεν είναι η πρώτη αποστολή του Xilinx στον Άρη. Η αποστολή Opportunity Rover της NASA ολοκληρώθηκε στις 13 Φεβρουαρίου 2019, μετά από εξερεύνηση της επιφάνειας του Άρη για 15 γήινα χρόνια, παρόλο που ο σχεδιασμός προοριζόταν να διαρκέσει μόλις 90 Αρειανές ημέρες. Το Πρόγραμμα Εξερεύνησης του Άρη της NASA είναι μια από τις πιο επιτυχημένες διαπλανητικές αποστολές εξερεύνησης που έγιναν ποτέ. Συγχαίρουμε την ομάδα στο JPL και την ευχαριστούμε που έκανε το Xilinx μέρος αυτών των ιστορικών αποστολών.

Τι υπάρχει στο παρελθόν;

Εικόνα 3: MER Opportunity (Πηγή: NASA)

Η αποστολή Mars Exploration Rover (MER) της NASA περιελάμβανε δύο ρόβερ στον Άρη: το "Spirit" και το "Opportunity". Σχεδιάστηκαν για να εξερευνήσουν τον πλανήτη για πηγές νερού στον Άρη. Σχεδιασμένο να διαρκέσει 90 ημέρες, τα ρόβερ ξεπέρασαν τις προσδοκίες όλων με το Spirit να διαρκεί 7+ χρόνια (20 φορές περισσότερο) και το Opportunity να διαρκεί 15 χρόνια (55 φορές περισσότερο)—και τα δύο επιστρέφουν πολύτιμες πληροφορίες για τη γεωλογική σύνθεση του πλανήτη!

Για τη δημιουργία αυτών των απίστευτων MER, σχεδιασμένων να λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια, η ομάδα JPL χρησιμοποίησε ανθεκτικά στην ακτινοβολία Xilinx® Virtex®-4 FPGA, προηγμένης τεχνολογίας διαστημικής τεχνολογίας FPGA τη στιγμή του σχεδιασμού, και για τα δύο την προσγείωση και την επιφανειακή λειτουργία των ρόβερ του Άρη. Συγκεκριμένα, τα XQVR4062 FPGA μπήκαν σε κάθε σκάφος προσγείωσης MER για να ελέγξουν τις κρίσιμες πυροτεχνικές λειτουργίες κατά τη διάρκεια της διαδικασίας καθόδου και προσγείωσης ενός ρόβερ πολλαπλών φάσεων, όταν οι μηχανικοί ενεργοποιούν εκρηκτικά για διάφορα στάδια του ελιγμού. Οι μηχανικοί της NASA χρησιμοποίησαν τα FPGA στην καρδιά του συστήματος Lander Pyro Switch Interface, το οποίο ενορχήστρωσε την περίτεχνη πυροτεχνική ακολουθία των MER στο χιλιοστό του δευτερολέπτου. Επιπλέον, η NASA χρησιμοποίησε επίσης το XQVR1000 στο MER Motor Control Board, το οποίο επιβλέπει τους κινητήρες για τους τροχούς, το τιμόνι, τους βραχίονες, τις κάμερες και τα διάφορα όργανα, επιτρέποντας στα ρόβερ να ταξιδεύουν γύρω από τη συχνά λάσπη επιφάνεια του πλανήτη και να διαπραγματεύονται διάφορα εμπόδια.

Εικόνα 4: MSL Curiosity (Πηγή: NASA)

Το επόμενο rover που θα ταξιδέψει στον Άρη, το Mars Science Lab (MSL), γνωστό και ως "Curiosity", εκτοξεύτηκε το 2011 και ταξίδεψε για οκτώ μήνες σε ένα ταξίδι 352 εκατομμυρίων μιλίων. Σχεδιασμένο για να λειτουργεί με πυρηνική ενέργεια, εξακολουθεί να περιηγείται στην επιφάνεια του Άρη, προσπαθώντας να εξακριβώσει εάν ο πλανήτης υποστήριξε ποτέ τη μικροβιακή μορφή ζωής. Αρχικά σχεδιασμένο για αποστολή 2 ετών, το rover εξακολουθεί να λειτουργεί και να είναι ισχυρό 8+ χρόνια αργότερα και πιθανότατα θα συνεχίσει να το κάνει για τα επόμενα χρόνια.

Τα προϊόντα διαστημικής ποιότητας Xilinx επιτρέπουν βασικά όργανα οργάνων όπως MAHLI (imager), ChemCam (όργανα τηλεπισκόπησης), Electra-Lite (επικοινωνίες) και MALIN (επεξεργαστής) στο rover. Το Mars Hand Lens Imager (MAHLI), μια κάμερα στο ρομποτικό βραχίονα του rover, αποκτά εικόνες, ενώ το σύστημα MALIN αποτελείται από κουτιά επεξεργασίας εικόνας backend που επεξεργάζονται εικόνες από όλες τις ενσωματωμένες κάμερες. Το Virtex®-II (XQR2V3000) της Xilinx's Radiation Tolerant FPGAs υλοποιεί τους αγωγούς εικόνας σε αυτά τα συστήματα. Όλες οι λειτουργίες διασύνδεσης, συμπίεσης και χρονισμού υλοποιούνται ως λογικά περιφερειακά ενός πυρήνα soft-processor MicroBlaze™ στο Virtex-II FPGA. Αυτό δίνει τη δυνατότητα στο Curiosity να στείλει εκπληκτικές εικόνες ενός εξωγήινου τοπίου που απέχει 35 εκατομμύρια μίλια. Το ChemCam (Chemistry and Camera Complex) παρέχει στοιχειώδεις συνθέσεις και εικόνες υψηλής ανάλυσης βράχου και εδάφους χρησιμοποιώντας το ανθεκτικό στην ακτινοβολία XQ2V1000 FPGA της Xilinx.

Το Curiosity είναι εξοπλισμένο με σημαντικά συστήματα τηλεπικοινωνιών, όπως ο πομπός και ο δέκτης X Band που μπορούν να επικοινωνούν με τη Γη και ένα ραδιόφωνο UHF Electra-Lite που καθορίζεται από το λογισμικό για την επικοινωνία με τα τροχιακά του Άρη που χρησιμεύουν ως η κύρια διαδρομή για την επιστροφή δεδομένων στη Γη. Τα XQR2V3000 FPGA ανθεκτικά στην ακτινοβολία της Xilinx χρησιμεύουν σε αυτά τα κουτιά επικοινωνίας, παρέχοντας κρίσιμες συνδέσεις πίσω στη Γη.

Η Xilinx δίνει στους πελάτες μας άδεια για να αρχιτεκτονήσουν ένα προσαρμόσιμο μέλλον, Είστε έτοιμοι για μελλοντικές αποστολές και επιστημονικές αναζητήσεις; Για να μάθετε για τις διαστημικές λύσεις Xilinx, επισκεφτείτε https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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