Touchdown! NASAs Perseverance Rover lander på Mars med Xilinx FPGAer om bord

Hei MARS...Gratulerer til de fantastiske ingeniørene og forskerne ved NASA og Jet Propulsion Labs (JPL) for en vellykket touchdown på Mars Jezero-krateret 18. februar 2021! Vi er så stolte av å være en del av dette oppdraget med Xilinx FPGA-er i lander-roveren og instrumentene, inkludert vision-prosessoren for å utføre bildebehandlingsoptimalisering for de historiske første bildene.

I juli 2020 lanserte NASA Perseverance rover-oppdraget, som søkte tegn på beboelige forhold, søkte etter biosignaturer og samler inn prøver for fremtidige Mars-prøve-retur-oppdrag og menneskelige ekspedisjoner, og nå 7 måneder senere har Perseverance landet vellykket i Jezero-krateret .

Perseverance-roveren inkluderer en FPGA-basert maskinvareakselerator i Vision Compute Element (VCE) som vil hjelpe til med landingsnavigasjon og autonom kjøring på Mars-overflaten. Våre Radiation-Hardened Virtex-5QVs (SIRF) fungerer som den omprogrammerbare visuelle prosessoren i Computer Vision Accelerator Card (CVAC) som brukes til å akselerere visse stereo- og visuelle oppgaver som bilderetting, filtrering, deteksjon og matching. Også inkludert på noen av instrumentene er Mastcam-Z, et multispektralt stereoskopisk bildeinstrument, som bruker en strålingstolerant Virtex-II FPGA (XQR2V3000) i den digitale boksen basert på Mars Science Lab (MSL)-arkitekturen, og skanningen. Habitable Environments with Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) spektrometer, som bruker MAHLI med et kamerasystem som inneholder XQR2V3000 FPGA-ene.

Figur 1: Perseverance Rover (Kilde: NASA)

Figur 2: Vision Compute Element (Kilde: EEJournal).Dette er ikke Xilinx sitt første oppdrag til Mars. NASAs Opportunity Rover-oppdrag ble avsluttet 13. februar 2019, etter å ha utforsket overflaten til Mars i 15 jordår, selv om designet var ment å vare i bare 90 marsdager. NASAs Mars Exploration Program er et av de mest vellykkede interplanetariske utforskningsoppdragene noensinne. Vi gratulerer teamet ved JPL og takker dem for at de gjorde Xilinx til en del av disse historiske oppdragene.

Hva er i fortiden?

Figur 3: MER-mulighet (Kilde: NASA)

NASAs Mars Exploration Rover (MER)-oppdrag involverte to Mars-rovere: «Spirit» og «Opportunity». De ble designet for å utforske planeten etter vannkilder på Mars. Planlagt å vare i 90 dager, overgikk rovere alles forventninger med Spirit som varte 7+ år (20X lenger) og Opportunity som varte 15 år (55X lenger) – begge ga verdifull informasjon om planetens geologiske sammensetning!

Ved å lage disse utrolige MER-ene, designet for å kjøre på solenergi, brukte JPL-teamet strålingstolerante Xilinx® Virtex®-4 FPGA-er, state-of-the-art innen FPGA-romteknologi på designtidspunktet, for både landing og operasjon på overflaten av Mars-rovere. Spesielt gikk XQVR4062 FPGA-er inn i hvert MER-landingsfartøy for å kontrollere de avgjørende pyrotekniske operasjonene under en rovers flerfasede nedstigning og landingsprosedyre, når ingeniørene utløser eksplosiver for ulike stadier av manøveren. NASA-ingeniører brukte FPGA-ene i hjertet av Lander Pyro Switch Interface-systemet, som orkestrerte MERs forseggjorte pyrotekniske sekvens til millisekund. I tillegg brukte NASA også XQVR1000s i MER Motor Control Board, som overvåker motorene for hjulene, styringen, armene, kameraene og diverse instrumenter, noe som gjør det mulig for rovere å reise rundt på planetens ofte siltlignende overflate og komme seg gjennom ulike hindringer.

Figur 4: MSL Curiosity (Kilde: NASA)

Den neste roveren som reiser til Mars, Mars Science Lab (MSL), også kjent som «Curiosity», ble lansert i 2011 og reiste i åtte måneder på en 352 millioner mil lang reise. Designet for å kjøre på kjernekraft, navigerer den fortsatt på Mars-overflaten og prøver å finne ut om planeten noen gang har støttet mikrobiell livsform. Opprinnelig designet for et 2-årig oppdrag, er roveren fortsatt i drift og går sterkt 8+ år senere og vil sannsynligvis fortsette å gjøre det i årene som kommer.

Xilinx romkvalitetsprodukter muliggjør nøkkelinstrumentsystemer som MAHLI (imager), ChemCam (fjernmålingsinstrumenter), Electra-Lite (kommunikasjon) og MALIN (prosessor) på roveren. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), et kamera på roverens robotarm, tar bilder, mens MALIN-systemet består av backend bildebehandlingsbokser som behandler bilder fra alle innebygde kameraer. Xilinx's Virtex®-II (XQR2V3000) strålingstolerante FPGAer implementerer bilderørledningene i disse systemene. Alle grensesnitt-, komprimerings- og tidsfunksjoner er implementert som logiske periferiutstyr til en MicroBlaze™ mykprosessorkjerne i Virtex-II FPGA. Dette gjør at Curiosity kan sende tilbake fantastiske bilder av et fremmed landskap som er 35 millioner miles unna. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) gir elementære komposisjoner og høyoppløselige bilder av stein og jord ved bruk av Xilinx sin strålingstolerante XQ2V1000 FPGA.

Curiosity er utstyrt med betydelige telekommunikasjonssystemer som X Band-senderen og -mottakeren som kan kommunisere med Jorden og en UHF Electra-Lite programvaredefinert radio for kommunikasjon med Mars' orbitere som fungerer som den primære veien for dataretur til Jorden. Xilinx sine XQR2V3000 strålingstolerante FPGA-er tjener i disse kommunikasjonsboksene, og gir kritiske koblinger tilbake til jorden.

Xilinx gir kundene våre en lisens til å bygge en tilpasningsdyktig fremtid, er DU klar for fremtidige oppdrag og vitenskapelige sysler? For å lære om Xilinx romløsninger, besøk https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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