Touchdown! NASA's Perseverance Rover landt op Mars met Xilinx FPGA's aan boord

Hallo MARS... Felicitaties aan de geweldige ingenieurs en wetenschappers van NASA en Jet Propulsion Labs (JPL) voor een succesvolle touchdown op de Mars Jezero-krater op 18 februari 2021! We zijn zo trots om deel uit te maken van deze missie met Xilinx FPGA's in de lander rover en instrumenten, waaronder de vision-processor, om beeldverwerkingsoptimalisatie uit te voeren voor de historische eerste beelden.

In juli 2020 lanceerde NASA de Perseverance rover-missie, die zocht naar tekenen van bewoonbare omstandigheden, zocht naar biosignaturen en monsters verzamelde voor toekomstige Mars-monster-terugkeermissies en menselijke expedities, en nu 7 maanden later is Perseverance met succes geland in de Jezero-krater. .

De Perseverance-rover bevat een op FPGA gebaseerde hardwareversneller in zijn Vision Compute Element (VCE) die zal helpen bij landingsnavigatie en autonoom rijden op het oppervlak van Mars. Onze Radiation-Hardened Virtex-5QV's (SIRF) dienen als de herprogrammeerbare visuele processor in de Computer Vision Accelerator Card (CVAC) die wordt gebruikt om bepaalde stereo- en visuele taken zoals beeldrectificatie, filtering, detectie en matching te versnellen. Op sommige instrumenten is ook de Mastcam-Z opgenomen, een multispectraal stereoscopisch beeldinstrument dat gebruik maakt van een stralingstolerante Virtex-II FPGA (XQR2V3000) in de digitale box, gebaseerd op de Mars Science Lab (MSL)-architectuur, en de Scanning Bewoonbare omgevingen met Raman & Luminescentie voor organische stoffen en chemicaliën (SHERLOC) spectrometer, die de MAHLI gebruikt met een camerasysteem waarin de XQR2V3000 FPGA's zijn geïntegreerd.

Figuur 1: Perseverance Rover (Bron: NASA)

Figuur 2: Vision Compute-element (bron: EEJournal).Dit is niet de eerste missie van Xilinx naar Mars. NASA's Opportunity Rover-missie kwam op 13 februari 2019 ten einde, na vijftien aardse jaren het oppervlak van Mars te hebben verkend, ook al was het ontwerp bedoeld om slechts 15 Mars-dagen te duren. Het Mars Exploratieprogramma van NASA is een van de meest succesvolle interplanetaire verkenningsmissies ooit. We feliciteren het team van JPL en bedanken hen voor het feit dat ze Xilinx deel hebben laten uitmaken van deze historische missies.

Wat is er in het verleden?

Figuur 3: MER-kans (Bron: NASA)

Bij NASA's Mars Exploration Rover (MER)-missie waren twee Mars-rovers betrokken: 'Spirit' en 'Opportunity'. Ze zijn ontworpen om de planeet te verkennen naar waterbronnen op Mars. De rovers waren gepland om 90 dagen mee te gaan en overtroffen ieders verwachtingen: Spirit duurde meer dan 7 jaar (20x langer) en Opportunity duurde 15 jaar (55x langer) - beide leverden waardevolle informatie op over de geologische samenstelling van de planeet!

Bij het creëren van deze ongelooflijke MER's, ontworpen om op zonne-energie te werken, gebruikte het JPL-team stralingstolerante Xilinx® Virtex®-4 FPGA's, state-of-the-art in FPGA ruimtevaarttechnologie ten tijde van het ontwerp, voor zowel de landing en operatie aan de oppervlakte van de Mars-rovers. Concreet gingen XQVR4062 FPGA's in elk MER-landingsvaartuig om de cruciale pyrotechnische operaties te controleren tijdens de meerfasige afdaling en landingsprocedure van een rover, wanneer de ingenieurs explosieven activeren voor verschillende stadia van de manoeuvre. NASA-ingenieurs gebruikten de FPGA's in het hart van het Lander Pyro Switch Interface-systeem, dat de uitgebreide pyrotechnische reeks van de MER's tot op de milliseconde orkestreerde. Daarnaast heeft NASA ook XQVR1000's gebruikt in de MER Motor Control Board, die toezicht houdt op de motoren voor de wielen, stuurinrichting, armen, camera's en diverse instrumenten, waardoor de rovers over het vaak slibachtige oppervlak van de planeet kunnen reizen en verschillende obstakels kunnen overwinnen.

Figuur 4: MSL Curiosity (Bron: NASA)

De volgende rover die naar Mars zou reizen, het Mars Science Lab (MSL), ook wel ‘Curiosity’ genoemd, werd in 2011 gelanceerd en reisde acht maanden lang op een reis van 352 miljoen mijl. Het is ontworpen om op kernenergie te werken en navigeert nog steeds over het oppervlak van Mars, in een poging vast te stellen of de planeet ooit microbiële levensvormen heeft ondersteund. Aanvankelijk ontworpen voor een missie van twee jaar, is de rover ruim acht jaar later nog steeds operationeel en functioneert hij nog steeds uitstekend, en zal dat waarschijnlijk nog jaren blijven doen.

Xilinx producten van ruimtekwaliteit maken belangrijke instrumentsystemen zoals MAHLI (imager), ChemCam (instrumenten voor afstandsdetectie), Electra-Lite (communicatie) en MALIN (processor) op de rover mogelijk. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), een camera op de robotarm van de rover, verzamelt beelden, terwijl het MALIN-systeem bestaat uit backend-beeldverwerkingsboxen die beelden van alle ingebouwde camera's verwerken. Xilinx's Virtex®-II (XQR2V3000) stralingstolerante FPGA's implementeren de beeldpijplijnen in deze systemen. Alle interface-, compressie- en timingfuncties zijn geïmplementeerd als logische randapparatuur van een MicroBlaze™ softprocessorkern in de Virtex-II FPGA. Hierdoor kan de Curiosity verbluffende beelden terugsturen van een buitenaards landschap dat zich 35 miljoen kilometer verderop bevindt. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) biedt elementaire composities en hoge-resolutiebeelden van rotsen en grond met behulp van Xilinx's stralingstolerante XQ2V1000 FPGA.

Curiosity is uitgerust met belangrijke telecommunicatiesystemen zoals de X Band-zender en -ontvanger die met de aarde kunnen communiceren en een UHF Electra-Lite softwaregedefinieerde radio voor communicatie met de orbiters van Mars die dienen als het primaire pad voor gegevensteruggave naar de aarde. Xilinx's XQR2V3000 stralingstolerante FPGA's dienen in deze communicatieboxen en zorgen voor kritische verbindingen terug naar de aarde.

Xilinx geeft onze klanten een licentie om een ​​aanpasbare toekomst te ontwerpen. Ben JIJ klaar voor toekomstige missies en wetenschappelijke bezigheden? Bezoek voor meer informatie over Xilinx-ruimteoplossingen https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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