Atterrissage! Le Rover Perseverance de la NASA débarque sur Mars avec des FPGA Xilinx à bord

Bonjour MARS… Félicitations aux incroyables ingénieurs et scientifiques de la NASA et de Jet Propulsion Labs (JPL) pour un atterrissage réussi sur le cratère Mars Jezero le 18 février 2021! Nous sommes très fiers de faire partie de cette mission avec les FPGA Xilinx dans le rover et les instruments de l'atterrisseur, y compris le processeur de vision pour effectuer l'optimisation du traitement d'image pour les premières images historiques.

En juillet 2020, la NASA a lancé la mission de rover Perseverance, qui cherchait des signes de conditions habitables, recherchait des biosignatures et collectait des échantillons pour les futures missions de retour d'échantillons sur Mars et les expéditions humaines et maintenant 7 mois plus tard, Perseverance a atterri avec succès dans le cratère de Jezero. .

Le rover Perseverance comprend un accélérateur matériel basé sur FPGA dans son Vision Compute Element (VCE) qui facilitera la navigation à l'atterrissage et la conduite autonome sur la surface martienne. Nos Virtex-5QV durcis aux radiations (SIRF) servent de processeur visuel reprogrammable dans la carte d'accélérateur de vision par ordinateur (CVAC) utilisée pour accélérer certaines tâches stéréo et visuelles telles que la rectification d'image, le filtrage, la détection et la correspondance. Certains des instruments comprennent également le Mastcam-Z, un instrument d'imagerie stéréoscopique multispectrale, qui utilise un FPGA Virtex-II tolérant aux rayonnements (XQR2V3000) dans la boîte numérique basée sur l'architecture Mars Science Lab (MSL), et la numérisation Environnements habitables avec spectromètre Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC), qui utilise le MAHLI avec un système de caméra incorporant les FPGA XQR2V3000.

Figure 1: Rover Perseverance (Source: NASA)

Figure 2: Élément de calcul de vision (Source: EEJournal).Ce n'est pas la première mission de Xilinx sur Mars. La mission Opportunity Rover de la NASA a pris fin le 13 février 2019, après avoir exploré la surface de Mars pendant 15 années terrestres, même si la conception était prévue pour ne durer que 90 jours martiens. Le programme d'exploration de Mars de la NASA est l'une des missions d'exploration interplanétaire les plus réussies de tous les temps. Nous félicitons l'équipe du JPL et les remercions d'avoir fait de Xilinx une partie de ces missions historiques.

Qu'y a-t-il dans le passé?

Figure 3: Opportunité MER (Source: NASA)

La mission Mars Exploration Rover (MER) de la NASA impliquait deux rovers martiens: «Spirit» et «Opportunity». Ils ont été conçus pour explorer la planète à la recherche de sources d'eau sur Mars. Prévu pour durer 90 jours, les rovers ont dépassé les attentes de tout le monde avec Spirit pendant 7 ans et plus (20 fois plus longtemps) et Opportunity pendant 15 ans (55 fois plus longtemps) - tous deux retournant des informations précieuses sur la composition géologique de la planète!

Pour créer ces incroyables MER, conçus pour fonctionner à l'énergie solaire, l'équipe du JPL a utilisé des FPGA Xilinx® Virtex®-4 tolérants aux rayonnements, à la pointe de la technologie FPGA de qualité spatiale au moment de la conception, pour les deux l'atterrissage et le fonctionnement en surface des rovers martiens. Plus précisément, des FPGA XQVR4062 sont entrés dans chaque péniche de débarquement MER pour contrôler les opérations pyrotechniques cruciales pendant la procédure de descente et d'atterrissage multiphase d'un rover, lorsque les ingénieurs déclenchent des explosifs pour différentes étapes de la manœuvre. Les ingénieurs de la NASA ont utilisé les FPGA au cœur du système d'interface Lander Pyro Switch, qui a orchestré la séquence pyrotechnique élaborée des MER à la milliseconde. En outre, la NASA a également utilisé des XQVR1000 dans le tableau de commande du moteur MER, qui supervise les moteurs des roues, de la direction, des bras, des caméras et de divers instruments, permettant aux rovers de voyager sur la surface souvent limoneuse de la planète et de négocier divers obstacles.

Figure 4: Curiosité MSL (Source: NASA)

Le prochain rover à se rendre sur Mars, le Mars Science Lab (MSL), alias «Curiosity», a été lancé en 2011 et a voyagé pendant huit mois au cours d'un voyage de 352 millions de kilomètres. Conçu pour fonctionner à l'énergie nucléaire, il navigue toujours sur la surface martienne, essayant de déterminer si la planète a jamais supporté une forme de vie microbienne. Initialement conçu pour une mission de 2 ans, le rover est toujours opérationnel et fonctionne plus de 8 ans plus tard et continuera probablement de le faire pour les années à venir.

Les produits de qualité spatiale Xilinx activent des systèmes d'instruments clés tels que MAHLI (imageur), ChemCam (instruments de télédétection), Electra-Lite (communications) et MALIN (processeur) sur le mobile. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), une caméra sur le bras robotique du rover, acquiert des images, tandis que le système MALIN se compose de boîtiers de traitement d'image backend qui traitent les images de toutes les caméras embarquées. Les FPGA tolérants aux radiations Virtex®-II (XQR2V3000) de Xilinx implémentent les pipelines d'image dans ces systèmes. Toutes les fonctions d'interface, de compression et de synchronisation sont implémentées en tant que périphériques logiques d'un cœur de processeur logiciel MicroBlaze ™ dans le FPGA Virtex-II. Cela permet à la Curiosity de renvoyer des images époustouflantes d'un paysage extraterrestre situé à 35 millions de kilomètres. ChemCam (Complexe de chimie et de caméra) fournit des compositions élémentaires et des images haute résolution de la roche et du sol à l'aide du FPGA XQ2V1000 tolérant aux radiations de Xilinx.

Curiosity est équipé de systèmes de télécommunications importants tels que l'émetteur et le récepteur en bande X qui peuvent communiquer avec la Terre et une radio UHF Electra-Lite définie par logiciel pour communiquer avec les orbiteurs de Mars qui servent de chemin principal pour le retour des données sur Terre. Les FPGA XQR2V3000 tolérants aux radiations de Xilinx servent dans ces boîtiers de communication, fournissant des liaisons critiques vers la Terre.

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