Aterizare! Roverul Perseverance al NASA aterizează pe Marte cu FPGA-uri Xilinx la bord

Hello MARS…Congratulations to the amazing engineers and scientists at NASA and Jet Propulsion Labs (JPL) for a successful touchdown on the Mars Jezero Crater on February 18, 2021! We are so proud to be part of this mission with Xilinx FPGAs in the lander rover and instruments, including the vision processor to perform image processing optimization for the historic first images.

În iulie 2020, NASA a lansat misiunea rover Perseverance, care a căutat semne de condiții de locuit, a căuta biosemnături și a colecta mostre pentru viitoarele misiuni de returnare a probei pe Marte și expediții umane, iar acum 7 luni mai târziu, Perseverance a aterizat cu succes în craterul Jezero. .

Rover-ul Perseverance include un accelerator hardware bazat pe FPGA în Vision Compute Element (VCE) care va ajuta la navigarea la aterizare și la conducerea autonomă pe suprafața marțiană. Virtex-5QV-urile noastre întărite la radiații (SIRF) servesc ca procesor vizual reprogramabil în cardul de accelerare a vizualizării computerizate (CVAC) utilizat pentru a accelera anumite sarcini stereo și vizuale, cum ar fi rectificarea imaginii, filtrarea, detectarea și potrivirea. De asemenea, pe unele dintre instrumente sunt incluse Mastcam-Z, un instrument de imagistică stereoscopică multispectral, care utilizează un FPGA Virtex-II tolerant la radiații (XQR2V3000) în cutia digitală bazată pe arhitectura Mars Science Lab (MSL) și Scanning. Medii locuibile cu spectrometru Raman și luminiscență pentru produse organice și chimice (SHERLOC), care utilizează MAHLI cu un sistem de cameră care încorporează FPGA-uri XQR2V3000.

Figura 1: Rover Perseverance (Sursa: NASA)

Figura 2: Element Vision Compute (Sursa: EEJournal).Aceasta nu este prima misiune a lui Xilinx pe Marte. Misiunea Opportunity Rover a NASA s-a încheiat pe 13 februarie 2019, după ce a explorat suprafața lui Marte timp de 15 ani pământeni, chiar dacă proiectul era destinat să dureze doar 90 de zile marțiane. Programul de explorare al planetei Marte al NASA este una dintre cele mai de succes misiuni de explorare interplanetară vreodată. Felicităm echipa de la JPL și le mulțumim pentru că Xilinx a făcut parte din aceste misiuni istorice.

Ce este în trecut?

Figura 3: Oportunitate MER (Sursa: NASA)

Misiunea NASA Mars Exploration Rover (MER) a implicat două rovere pe Marte: „Spirit” și „Oportunitate”. Au fost concepute pentru a explora planeta în căutarea surselor de apă de pe Marte. Planificate să dureze 90 de zile, roverele au depășit așteptările tuturor, Spirit care a durat peste 7 ani (de 20 de ori mai lung) și Opportunity care a durat 15 ani (de 55 de ori mai lung) - ambele returnând informații valoroase despre compoziția geologică a planetei!

La crearea acestor MER incredibile, concepute să funcționeze cu energie solară, echipa JPL a folosit FPGA-uri Xilinx® Virtex®-4 tolerante la radiații, de ultimă generație în tehnologia FPGA de calitate spațială la momentul proiectării, atât pentru aterizarea și operarea la suprafață a roverelor de pe Marte. Mai exact, FPGA-urile XQVR4062 au intrat în fiecare navă de aterizare MER pentru a controla operațiunile pirotehnice cruciale în timpul procedurii de coborâre și aterizare multifazată a unui rover, când inginerii declanșează explozibili pentru diferite etape ale manevrei. Inginerii NASA au folosit FPGA-urile în centrul interfeței Lander Pyro Switch, care a orchestrat secvența pirotehnică elaborată a MER-urilor la milisecundă. În plus, NASA a folosit și XQVR1000-uri în MER Motor Control Board, care supraveghează motoarele pentru roți, direcție, brațe, camere și diverse instrumente, permițând rover-urilor să călătorească pe suprafața adesea asemănătoare cu nămol a planetei și să treacă peste diferite obstacole.

Figura 4: MSL Curiosity (Sursa: NASA)

Următorul rover care a călătorit pe Marte, Mars Science Lab (MSL), alias „Curiosity”, a fost lansat în 2011 și a călătorit timp de opt luni într-o călătorie de 352 de milioane de mile. Proiectat să funcționeze cu energie nucleară, încă navighează pe suprafața marțiană, încercând să stabilească dacă planeta a susținut vreodată forme de viață microbiene. Proiectat inițial pentru o misiune de 2 ani, rover-ul este încă operațional și merge puternic peste 8 ani mai târziu și probabil va continua să facă acest lucru în anii următori.

Produsele Xilinx de calitate spațială permit sisteme de instrumente cheie precum MAHLI (imager), ChemCam (instrumente de teledetecție), Electra-Lite (comunicații) și MALIN (procesor) pe rover. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), o cameră de pe brațul robotizat al roverului, achiziționează imagini, în timp ce sistemul MALIN constă din casete de procesare a imaginilor de la spate care procesează imaginile de la toate camerele de la bord. FPGA-urile Xilinx Virtex®-II (XQR2V3000) tolerante la radiații implementează conductele de imagine în aceste sisteme. Toate funcțiile de interfață, compresie și sincronizare sunt implementate ca periferice logice ale unui nucleu soft-procesor MicroBlaze™ în FPGA Virtex-II. Acest lucru îi permite lui Curiosity să trimită înapoi imagini uimitoare ale unui peisaj extraterestru care se află la 35 de milioane de mile distanță. ChemCam (Chemistry and Camera Complex) oferă compoziții elementare și imagini de înaltă rezoluție ale rocii și solului folosind FPGA XQ2V1000 tolerant la radiații de la Xilinx.

Curiosity este echipat cu sisteme de telecomunicații semnificative, cum ar fi transmițătorul și receptorul în bandă X, care pot comunica cu Pământul și un radio definit de software UHF Electra-Lite pentru comunicarea cu orbitatorii lui Marte, care servesc drept cale principală pentru întoarcerea datelor pe Pământ. FPGA-urile Xilinx XQR2V3000 tolerante la radiații servesc în aceste cutii de comunicare, oferind legături critice înapoi la Pământ.

Xilinx oferă clienților noștri o licență pentru a proiecta un viitor adaptabil, ești pregătit pentru misiuni și activități științifice viitoare? Pentru a afla despre soluțiile spațiale Xilinx, vizitați https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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