Przyziemienie! Wytrwałość łazika NASA ląduje na Marsie z układami FPGA Xilinx na pokładzie

Witaj MARS… Gratulacje dla niesamowitych inżynierów i naukowców z NASA i Jet Propulsion Labs (JPL) udanego lądowania na marsjańskim kraterze Jezero 18 lutego 2021 r.! Jesteśmy bardzo dumni, że możemy być częścią tej misji dzięki układom FPGA Xilinx w lądowniku i instrumentom, w tym procesorowi wizyjnemu, który przeprowadza optymalizację przetwarzania obrazu dla historycznych pierwszych zdjęć.

W lipcu 2020 roku NASA uruchomiła misję łazika Perseverance, która szukała oznak warunków nadających się do zamieszkania, szukała biosygnatur i zbierała próbki na potrzeby przyszłych misji pobierania próbek z Marsa i wypraw załogowych, a teraz 7 miesięcy później Perseverance pomyślnie wylądował w kraterze Jezero .

Łazik Perseverance zawiera akcelerator sprzętowy oparty na FPGA w swoim elemencie Vision Compute Element (VCE), który pomoże w nawigacji podczas lądowania i autonomicznej jeździe po powierzchni Marsa. Nasze utwardzane promieniowaniem Virtex-5QV (SIRF) służą jako programowalny procesor wizualny w karcie akceleratora obrazu komputerowego (CVAC), używanego do przyspieszania niektórych zadań stereo i wizualnych, takich jak prostowanie, filtrowanie, wykrywanie i dopasowywanie obrazu. W skład niektórych instrumentów wchodzi także Mastcam-Z, wielospektralny instrument do obrazowania stereoskopowego, który wykorzystuje odporny na promieniowanie układ FPGA Virtex-II (XQR2V3000) w skrzynce cyfrowej opartej na architekturze Mars Science Lab (MSL) oraz skaner skanujący Spektrometr do środowisk mieszkalnych z ramanizmem i luminescencją dla substancji organicznych i chemikaliów (SHERLOC), który wykorzystuje MAHLI z systemem kamer zawierającym układy FPGA XQR2V3000.

Rysunek 1: Łazik Perseverance (Źródło: NASA)

Rysunek 2: Element obliczeniowy wizji (Źródło: EEJournal).To nie pierwsza misja Xilinx na Marsa. Misja łazika Opportunity NASA dobiegła końca 13 lutego 2019 r., po badaniu powierzchni Marsa przez 15 ziemskich lat, mimo że projekt miał trwać zaledwie 90 marsjańskich dni. Program eksploracji Marsa NASA to jedna z najbardziej udanych misji eksploracji międzyplanetarnej w historii. Gratulujemy zespołowi JPL i dziękujemy za włączenie Xilinx w te historyczne misje.

Co jest w przeszłości?

Rysunek 3: Szansa MER (źródło: NASA)

W misję NASA Mars Exploration Rover (MER) zaangażowane były dwa łaziki marsjańskie: „Spirit” i „Opportunity”. Zostały zaprojektowane do badania planety w poszukiwaniu źródeł wody na Marsie. Łaziki, których działanie zaplanowano na 90 dni, przekroczyły oczekiwania wszystkich: Spirit trwał ponad 7 lat (20 razy dłużej), a Opportunity trwał 15 lat (55 razy dłużej) – oba dostarczyły cennych informacji na temat składu geologicznego planety!

Tworząc te niesamowite układy MER, zaprojektowane do zasilania energią słoneczną, zespół JPL wykorzystał odporne na promieniowanie układy FPGA Xilinx® Virtex®-4, najnowocześniejsze w technologii kosmicznej FPGA w momencie projektowania, zarówno dla lądowanie i działanie na powierzchni łazików marsjańskich. W szczególności układy FPGA XQVR4062 trafiły do ​​każdego statku desantowego MER w celu kontrolowania kluczowych operacji pirotechnicznych podczas wielofazowej procedury opadania i lądowania łazika, kiedy inżynierowie uruchamiają materiały wybuchowe na różnych etapach manewru. Inżynierowie NASA wykorzystali układy FPGA w sercu systemu Lander Pyro Switch Interface, który koordynował skomplikowaną sekwencję pirotechniczną MER co do milisekundy. Ponadto NASA wykorzystała również XQVR1000 w tablicy sterowania silnikiem MER, która nadzoruje silniki kół, układu kierowniczego, ramion, kamer i różnego oprzyrządowania, umożliwiając łazikom podróżowanie po często mulistej powierzchni planety i pokonywanie różnych przeszkód.

Rysunek 4: Ciekawość MSL (źródło: NASA)

Kolejny łazik, który pojedzie na Marsa, Mars Science Lab (MSL), czyli „Curiosity”, został wystrzelony w 2011 roku i podróżował przez osiem miesięcy, pokonując 352 miliony mil. Zaprojektowany do zasilania energią jądrową, nadal nawiguje po powierzchni Marsa, próbując ustalić, czy na planecie kiedykolwiek istniały mikrobiologiczne formy życia. Łazik, pierwotnie zaprojektowany na dwuletnią misję, nadal działa i działa sprawnie ponad 2 lat później i prawdopodobnie będzie tak działać przez wiele lat.

Produkty Xilinx klasy kosmicznej obsługują kluczowe systemy instrumentów, takie jak MAHLI (kamera obrazu), ChemCam (instrumenty do teledetekcji), Electra-Lite (komunikacja) i MALIN (procesor) w łaziku. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), kamera umieszczona na ramieniu robota łazika, rejestruje obrazy, natomiast system MALIN składa się z modułów przetwarzania obrazu, które przetwarzają obrazy ze wszystkich kamer pokładowych. Odporne na promieniowanie układy FPGA Virtex®-II (XQR2V3000) firmy Xilinx implementują potoki obrazu w tych systemach. Wszystkie funkcje interfejsu, kompresji i taktowania są zaimplementowane jako logiczne urządzenia peryferyjne rdzenia procesora programowego MicroBlaze™ w układzie FPGA Virtex-II. Dzięki temu Curiosity może przesłać wspaniałe obrazy obcego krajobrazu oddalonego o 35 milionów mil. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) zapewnia skład pierwiastków oraz obrazy skał i gleby w wysokiej rozdzielczości przy użyciu odpornego na promieniowanie układu FPGA XQ2V1000 firmy Xilinx.

Curiosity jest wyposażony w znaczące systemy telekomunikacyjne, takie jak nadajnik i odbiornik pasma X, które mogą komunikować się z Ziemią, oraz programowane radio UHF Electra-Lite do komunikacji z orbiterami Marsa, które służą jako główna ścieżka powrotu danych na Ziemię. Odporne na promieniowanie układy FPGA XQR2V3000 firmy Xilinx służą w tych skrzynkach komunikacyjnych, zapewniając krytyczne łącza z powrotem do Ziemi.

Xilinx daje naszym klientom licencję na projektowanie przyszłości, którą można dostosować. Czy TY jesteś gotowy na przyszłe misje i zajęcia naukowe? Aby dowiedzieć się więcej o rozwiązaniach kosmicznych Xilinx, odwiedź stronę https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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