Kosketus! NASA: n Perseverance Rover laskeutuu Marsiin Xilinx FPGA: n avulla

Hei MARS ... Onnittelut NASA: n ja Jet Propulsion Labs (JPL): n upeille insinööreille ja tutkijoille onnistuneesta kosketuksesta Mars Jezero-kraatteriin 18. helmikuuta 2021! Olemme niin ylpeitä voidessamme olla mukana tässä tehtävässä, kun Xilinx FPGA: t ovat lander roverissa ja instrumenteissa, mukaan lukien näköprosessori, joka suorittaa kuvankäsittelyn optimoinnin historiallisille ensimmäisille kuville.

Heinäkuussa 2020 NASA käynnisti Perseverance-mönkijän-tehtävän, joka etsi merkkejä asumiskelpoisista olosuhteista, etsi biosignatuureja ja keräsi näytteitä tulevia Mars-näytteenpalautustehtäviä ja ihmisretkiä varten, ja nyt 7 kuukautta myöhemmin Perseverance on laskeutunut onnistuneesti Jezeron kraatteriin. .

Perseverance-mönkijän Vision Compute Element (VCE) -elementissä on FPGA-pohjainen laitteistokiihdytin, joka auttaa laskeutumaan navigoinnissa ja autonomisessa ajossa Marsin pinnalla. Säteilykestävät Virtex-5QV:t (SIRF) toimivat uudelleen ohjelmoitavana visuaalisena prosessorina Computer Vision Accelerator Cardissa (CVAC), jota käytetään nopeuttamaan tiettyjä stereo- ja visuaalisia tehtäviä, kuten kuvan oikaisua, suodatusta, havaitsemista ja sovittamista. Joihinkin instrumentteihin sisältyy myös Mastcam-Z, monispektristereoskooppinen kuvantamislaite, joka käyttää säteilyä kestävää Virtex-II FPGA:ta (XQR2V3000) digilaatikossa, joka perustuu Mars Science Lab (MSL) -arkkitehtuuriin, sekä Scanning. Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) -spektrometri, joka käyttää MAHLI:ta ja kamerajärjestelmää, joka sisältää XQR2V3000 FPGA:t.

Kuva 1: Perseverance Rover (Lähde: NASA)

Kuva 2: Vision Compute Element (Lähde: EEJournal).Tämä ei ole Xilinxin ensimmäinen tehtävä Marsiin. NASAn Opportunity Rover -tehtävä päättyi 13. helmikuuta 2019, kun Marsin pintaa oli tutkittu 15 maan vuoden ajan, vaikka suunnittelun oli tarkoitus kestää vain 90 Marsin päivää. NASAn Mars Exploration Program on yksi kaikkien aikojen menestyneimmistä planeettojen välisistä tutkimustehtävistä. Onnittelemme JPL:n tiimiä ja kiitämme Xilinxistä osana näitä historiallisia tehtäviä.

Mitä on menneisyydessä?

Kuva 3: MER Opportunity (Lähde: NASA)

NASAn Mars Exploration Rover (MER) -tehtävässä oli kaksi Mars-kulkivaa: "Spirit" ja "Opportunity". Ne on suunniteltu tutkimaan planeetalta Marsin vesilähteitä. Suunniteltu kestämään 90 päivää, roverit ylittivät kaikkien odotukset: Spirit kesti yli 7 vuotta (20X pidempään) ja Opportunity kesti 15 vuotta (55X pidempään) – molemmat antoivat arvokasta tietoa planeetan geologisesta koostumuksesta!

Luodessaan näitä uskomattomia aurinkovoimalla toimivia MER-laitteita JPL-tiimi käytti säteilyä kestäviä Xilinx® Virtex®-4 FPGA:ita, jotka olivat suunnitteluhetkellä uusinta FPGA-avaruusteknologiaa. Mars-kulkijoiden laskeutuminen ja toiminta maan päällä. Erityisesti XQVR4062 FPGA:t menivät jokaiseen MER-laskeutumisalukseen ohjaamaan tärkeitä pyroteknisiä operaatioita mönkijän monivaiheisen laskeutumisen ja laskeutumisen aikana, kun insinöörit laukaisevat räjähteitä liikkeen eri vaiheissa. NASA:n insinöörit käyttivät FPGA:ita Lander Pyro Switch Interface -järjestelmän ytimessä, mikä organisoi MER:iden monimutkaisen pyroteknisen sekvenssin millisekunnin tarkkuudella. Lisäksi NASA käytti XQVR1000:ita myös MER Motor Control Boardissa, joka valvoo pyörien, ohjauksen, käsivarsien, kameroiden ja erilaisten instrumenttien moottoreita, jolloin roverit voivat matkustaa ympäri planeetan usein lietemäistä pintaa ja selviytyä erilaisista esteistä.

Kuva 4: MSL Curiosity (Lähde: NASA)

Seuraava Marsiin matkustava kuljettaja, Mars Science Lab (MSL), alias ”Curiosity”, käynnistettiin vuonna 2011 ja matkusti kahdeksan kuukautta 352 miljoonan mailin matkalla. Suunniteltu toimimaan ydinvoimalla, se liikkuu edelleen Marsin pinnalla ja yrittää selvittää, tukiko planeetta koskaan mikrobien elämänmuotoa. Alun perin kaksivuotiseen tehtävään suunniteltu rover on edelleen toiminnassa ja käy vahvana yli kahdeksan vuotta myöhemmin ja todennäköisesti jatkaa sitä tulevina vuosina.

Xilinx-avaruusluokan tuotteet mahdollistavat tärkeimmät instrumenttijärjestelmät, kuten MAHLI (imager), ChemCam (kaukosäädinlaitteet), Electra-Lite (viestintä) ja MALIN (prosessori) roverissa. Roverin robottikäden kamera Mars Hand Lens Imager (MAHLI) ottaa kuvia, kun taas MALIN-järjestelmä koostuu taustakuvankäsittelylaatikoista, jotka käsittelevät kuvia kaikista laivassa olevista kameroista. Xilinxin Virtex®-II (XQR2V3000) Radiation Tolerant FPGA:t toteuttavat kuvaputkistot näissä järjestelmissä. Kaikki liitäntä-, pakkaus- ja ajoitustoiminnot on toteutettu Virtex-II FPGA:n MicroBlaze™ soft-prosessoriytimen loogisina oheislaitteina. Tämän ansiosta Curiosity voi lähettää takaisin upeita kuvia 35 miljoonan mailin päässä sijaitsevasta muukalaismaisemasta. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) tarjoaa alkuainekoostumuksia ja korkearesoluutioisia kuvia kivestä ja maaperästä käyttämällä Xilinxin säteilyä kestävää XQ2V1000 FPGA:ta.

Uteliaisuus on varustettu merkittävillä tietoliikennejärjestelmillä, kuten X Band -lähetin ja -vastaanotin, joka voi kommunikoida Maan kanssa, sekä UHF Electra-Lite -ohjelmistolla määritetyn radion kommunikointiin Marsin kiertoratojen kanssa, jotka ovat ensisijainen reitti maapallolle palaamiseen. Xilinxin XQR2V3000-säteilyä sietävät FPGA: t palvelevat näissä viestintärasioissa ja tarjoavat kriittiset yhteydet takaisin maahan.

Xilinx antaa asiakkaillemme luvan suunnitella mukautuvaa tulevaisuutta, oletko valmis tuleviin tehtäviin ja tieteellisiin pyrkimyksiin? Lisätietoja Xilinx-avaruusratkaisuista on osoitteessa https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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