تاچ داون! مریخ نورد Perseverance ناسا با FPGA های Xilinx روی مریخ فرود می آید

سلام مریخ... به مهندسان و دانشمندان شگفت‌انگیز ناسا و آزمایشگاه‌های پیشرانه جت (JPL) برای برخورد موفقیت‌آمیز بر روی دهانه مریخ Jezero در 18 فوریه 2021 تبریک می‌گوییم! ما بسیار مفتخریم که بخشی از این ماموریت با Xilinx FPGA در کاوشگر و ابزار، از جمله پردازنده بینایی برای انجام بهینه سازی پردازش تصویر برای اولین تصاویر تاریخی هستیم.

در جولای 2020، ناسا مأموریت مریخ نورد Perseverance را راه اندازی کرد که به دنبال نشانه هایی از شرایط قابل سکونت، جستجوی امضاهای زیستی و جمع آوری نمونه برای ماموریت های آتی با بازگشت نمونه مریخ و اکتشافات انسانی بود و اکنون 7 ماه بعد، Perseverance با موفقیت در دهانه Jezero فرود آمده است. .

مریخ نورد Perseverance شامل یک شتاب دهنده سخت افزاری مبتنی بر FPGA در Vision Compute Element (VCE) خود است که به ناوبری فرود و رانندگی مستقل در سطح مریخ کمک می کند. Radiation-Hardened Virtex-5QVs (SIRF) ما به عنوان یک پردازنده بصری قابل برنامه ریزی مجدد در کارت شتابدهنده بینایی رایانه (CVAC) برای تسریع برخی کارهای استریو و بصری مانند تصحیح تصویر، فیلتر کردن، تشخیص و تطبیق استفاده می شود. همچنین بر روی برخی از ابزارها، Mastcam-Z، یک ابزار تصویربرداری استریوسکوپی چندطیفی، که از یک FPGA مقاوم در برابر تشعشعات Virtex-II (XQR2V3000) در جعبه دیجیتال مبتنی بر معماری آزمایشگاه علوم مریخ (MSL) استفاده می‌کند، و اسکن هستند. طیف‌سنج محیط‌های قابل سکونت با رامان و لومینسانس برای مواد آلی و شیمیایی (SHERLOC)، که از MAHLI با یک سیستم دوربین شامل XQR2V3000 FPGA استفاده می‌کند.

شکل 1: مریخ نورد پشتکار (منبع: ناسا)

شکل 2: عنصر محاسبه چشم انداز (منبع: EEJournal).این اولین ماموریت Xilinx به مریخ نیست. ماموریت مریخ نورد فرصت ناسا پس از کاوش در سطح مریخ به مدت 13 سال زمینی در 2019 فوریه 15 به پایان رسید، حتی اگر قرار بود این طرح فقط 90 روز مریخی دوام بیاورد. برنامه اکتشاف مریخ ناسا یکی از موفق ترین ماموریت های اکتشافی بین سیاره ای است که تاکنون انجام شده است. ما به تیم در JPL تبریک می گوییم و از آنها برای تبدیل Xilinx به بخشی از این ماموریت های تاریخی تشکر می کنیم.

چه چیزی در گذشته است؟

شکل 3: فرصت MER (منبع: ناسا)

ماموریت مریخ نورد اکتشافی ناسا (MER) شامل دو مریخ نورد بود: «روح» و «فرصت». آنها برای کشف سیاره برای یافتن منابع آب در مریخ طراحی شده اند. این مریخ نوردها که برنامه ریزی شده بودند 90 روز دوام بیاورند، فراتر از انتظارات همه بودند، با Spirit با ماندگاری بیش از 7 سال (20 برابر بیشتر) و Opportunity با 15 سال (55 برابر بیشتر) - هر دو اطلاعات ارزشمندی درباره ترکیب زمین شناسی سیاره به دست می دهند!

در ایجاد این MERهای باورنکردنی که برای کار با انرژی خورشیدی طراحی شده‌اند، تیم JPL از Xilinx® Virtex®-4 FPGAهای مقاوم در برابر تشعشع استفاده کرد، که در زمان طراحی، از پیشرفته‌ترین فناوری‌های درجه فضایی FPGA برای هر دو استفاده می‌کرد. فرود و عملیات روی سطح مریخ نوردها. به طور خاص، FPGA های XQVR4062 به هر فرود MER رفتند تا عملیات های مهم آتش سوزی را در طول روند فرود و فرود چند مرحله ای مریخ نورد، زمانی که مهندسان مواد منفجره را برای مراحل مختلف مانور فعال می کنند، کنترل کنند. مهندسان ناسا از FPGAها در قلب سیستم واسط سوئیچ لندر پیرو استفاده کردند که توالی دقیق آتش‌نشانی MERها را تا میلی‌ثانیه تنظیم کرد. علاوه بر این، ناسا همچنین از XQVR1000s در هیئت کنترل موتور MER استفاده کرد که بر موتورهای چرخ‌ها، فرمان، بازوها، دوربین‌ها و ابزارآلات مختلف نظارت می‌کند و به مریخ نوردها این امکان را می‌دهد تا در سطح غالباً سیلت مانند سیاره سفر کرده و موانع مختلف را بررسی کنند.

شکل 4: کنجکاوی MSL (منبع: ناسا)

مریخ نورد بعدی که به مریخ سفر کرد، آزمایشگاه علمی مریخ (MSL) با نام مستعار "کنجکاوی" در سال 2011 به فضا پرتاب شد و به مدت هشت ماه در یک سفر 352 میلیون مایلی سفر کرد. این سیاره که برای کار با انرژی هسته ای طراحی شده است، همچنان در حال حرکت در سطح مریخ است و سعی می کند مشخص کند که آیا این سیاره تاکنون از شکل حیات میکروبی پشتیبانی می کند یا خیر. مریخ نورد که در ابتدا برای یک ماموریت 2 ساله طراحی شده بود، هنوز عملیاتی است و 8+ سال بعد قوی عمل می کند و احتمالاً تا سال های آینده نیز به این کار ادامه خواهد داد.

محصولات درجه یک Xilinx سیستم‌های ابزار کلیدی مانند MAHLI (تصویرگر)، ChemCam (ابزار سنجش از راه دور)، Electra-Lite (ارتباطات) و MALIN (پردازنده) را در مریخ نورد فعال می‌کنند. تصویرگر لنز دستی مریخ (MAHLI)، دوربینی بر روی بازوی روباتیک مریخ نورد، تصاویر را به دست می‌آورد، در حالی که سیستم MALIN شامل جعبه‌های پردازش تصویر باطنی است که تصاویر همه دوربین‌های داخل هواپیما را پردازش می‌کند. Xilinx's Virtex®-II (XQR2V3000) FPGA های مقاوم در برابر تشعشع خطوط لوله تصویر را در این سیستم ها پیاده سازی می کند. تمام عملکردهای رابط، فشرده سازی و زمان بندی به عنوان ابزارهای جانبی منطقی یک هسته پردازشگر نرم MicroBlaze™ در Virtex-II FPGA پیاده سازی می شوند. این کنجکاوی را قادر می سازد تا تصاویر خیره کننده ای از یک منظره بیگانه را که 35 میلیون مایل دورتر است، ارسال کند. ChemCam (مجموعه شیمی و دوربین) با استفاده از XQ2V1000 FPGA مقاوم به تشعشع Xilinx، ترکیبات عنصری و تصاویر با وضوح بالا از سنگ و خاک را ارائه می دهد.

کنجکاوی مجهز به سیستم‌های مخابراتی قابل توجهی مانند فرستنده و گیرنده X Band است که می‌تواند با زمین ارتباط برقرار کند و یک رادیو تعریف‌شده توسط نرم‌افزار UHF Electra-Lite برای برقراری ارتباط با مدارگردهای مریخ که به عنوان مسیر اصلی برای بازگشت داده‌ها به زمین عمل می‌کنند. FPGA های XQR2V3000 XQRXNUMXVXNUMX مقاوم در برابر تشعشع در این جعبه های ارتباطی کار می کنند و پیوندهای حیاتی را به زمین ارائه می دهند.

Xilinx به مشتریان خود مجوز طراحی آینده ای سازگار را می دهد، آیا برای ماموریت ها و فعالیت های علمی آینده آماده هستید؟ برای آشنایی با راه حل های فضایی Xilinx، به سایت مراجعه کنید https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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