Touchdown! Il Perseverance Rover della NASA atterra su Marte con FPGA Xilinx a bordo

Ciao MARTE... Congratulazioni agli straordinari ingegneri e scienziati della NASA e dei Jet Propulsion Labs (JPL) per il riuscito touchdown sul cratere Jezero di Marte il 18 febbraio 2021! Siamo così orgogliosi di far parte di questa missione con gli FPGA Xilinx nel lander rover e negli strumenti, incluso il processore di visione per eseguire l'ottimizzazione dell'elaborazione delle immagini per le prime immagini storiche.

Nel luglio 2020, la NASA ha lanciato la missione del rover Perseverance, che ha cercato segni di condizioni abitabili, tracce biologiche e raccolto campioni per future missioni di ritorno di campioni su Marte e spedizioni umane e ora, 7 mesi dopo, Perseverance è atterrato con successo nel cratere Jezero .

Il rover Perseverance include un acceleratore hardware basato su FPGA nel suo Vision Compute Element (VCE) che aiuterà nella navigazione di atterraggio e nella guida autonoma sulla superficie marziana. I nostri Virtex-5QV (SIRF) resistenti alle radiazioni fungono da processore visivo riprogrammabile nella scheda acceleratore di visione artificiale (CVAC) utilizzata per accelerare determinate attività stereo e visive come la rettifica delle immagini, il filtraggio, il rilevamento e la corrispondenza. In alcuni strumenti sono inclusi anche Mastcam-Z, uno strumento di imaging stereoscopico multispettrale, che utilizza un FPGA Virtex-II resistente alle radiazioni (XQR2V3000) nella scatola digitale basata sull'architettura Mars Science Lab (MSL), e lo Scanning Spettrometro SHERLOC (Abitable Environments with Raman & Luminescent for Organics and Chemicals), che utilizza MAHLI con un sistema di telecamere che incorpora gli FPGA XQR2V3000.

Figura 1: Perseverance Rover (Fonte: NASA)

Figura 2: Elemento Vision Compute (Fonte: EEJournal).Questa non è la prima missione di Xilinx su Marte. La missione Opportunity Rover della NASA si è conclusa il 13 febbraio 2019, dopo aver esplorato la superficie di Marte per 15 anni terrestri, anche se il progetto doveva durare solo 90 giorni marziani. Il Mars Exploration Program della NASA è una delle missioni di esplorazione interplanetaria di maggior successo di sempre. Ci congratuliamo con il team del JPL e li ringraziamo per aver reso Xilinx parte di queste missioni storiche.

Cosa c'è nel passato?

Figura 3: Opportunità MER (Fonte: NASA)

La missione Mars Exploration Rover (MER) della NASA ha coinvolto due rover su Marte: “Spirit” e “Opportunity”. Sono stati progettati per esplorare il pianeta alla ricerca di fonti d'acqua su Marte. Progettati per durare 90 giorni, i rover hanno superato le aspettative di tutti, con Spirit che dura più di 7 anni (20 volte di più) e Opportunity che dura 15 anni (55 volte di più), entrambi restituendo preziose informazioni sulla composizione geologica del pianeta!

Nel creare questi incredibili MER, progettati per funzionare con energia solare, il team del JPL ha utilizzato FPGA Xilinx® Virtex®-4 resistenti alle radiazioni, all'avanguardia nella tecnologia spaziale FPGA al momento della progettazione, sia per l'atterraggio e le operazioni in superficie dei rover su Marte. Nello specifico, gli FPGA XQVR4062 sono stati inseriti in ciascun mezzo da sbarco MER per controllare le operazioni pirotecniche cruciali durante la procedura multifase di discesa e atterraggio del rover, quando gli ingegneri innescano gli esplosivi per le varie fasi della manovra. Gli ingegneri della NASA hanno utilizzato gli FPGA nel cuore del sistema Lander Pyro Switch Interface, che ha orchestrato l'elaborata sequenza pirotecnica dei MER al millisecondo. Inoltre, la NASA ha utilizzato gli XQVR1000 anche nella MER Motor Control Board, che supervisiona i motori delle ruote, dello sterzo, dei bracci, delle telecamere e di varia strumentazione, consentendo ai rover di viaggiare sulla superficie spesso simile al limo del pianeta e superare vari ostacoli.

Figura 4: MSL Curiosity (Fonte: NASA)

Il prossimo rover a viaggiare su Marte, il Mars Science Lab (MSL), noto anche come "Curiosity", è stato lanciato nel 2011 e ha viaggiato per otto mesi per un viaggio di 352 milioni di miglia. Progettato per funzionare con l'energia nucleare, sta ancora navigando sulla superficie marziana, cercando di accertare se il pianeta abbia mai ospitato forme di vita microbiche. Inizialmente progettato per una missione di 2 anni, il rover è ancora operativo e forte oltre 8 anni dopo e probabilmente continuerà a farlo negli anni a venire.

I prodotti Xilinx di livello spaziale abilitano sistemi strumentali chiave come MAHLI (imager), ChemCam (strumenti di telerilevamento), Electra-Lite (comunicazioni) e MALIN (processore) sul rover. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), una telecamera sul braccio robotico del rover, acquisisce immagini, mentre il sistema MALIN è costituito da scatole di elaborazione delle immagini backend che elaborano le immagini da tutte le telecamere di bordo. Gli FPGA resistenti alle radiazioni Virtex®-II (XQR2V3000) di Xilinx implementano le pipeline di immagini in questi sistemi. Tutte le funzioni di interfaccia, compressione e temporizzazione sono implementate come periferiche logiche di un core del processore soft MicroBlaze™ nell'FPGA Virtex-II. Ciò consente a Curiosity di inviare immagini straordinarie di un paesaggio alieno a 35 milioni di miglia di distanza. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) fornisce composizioni elementari e immagini ad alta risoluzione di rocce e suolo utilizzando l'FPGA XQ2V1000 di Xilinx resistente alle radiazioni.

Curiosity è dotato di importanti sistemi di telecomunicazioni come il trasmettitore e ricevitore X Band in grado di comunicare con la Terra e una radio UHF Electra-Lite definita dal software per comunicare con gli orbitanti di Marte che funge da percorso principale per il ritorno dei dati sulla Terra. Gli FPGA XQR2V3000 di Xilinx resistenti alle radiazioni servono in queste scatole di comunicazione, fornendo collegamenti critici con la Terra.

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