ทัชดาวน์! Perseverance Rover ของ NASA ลงจอดบนดาวอังคารด้วย Xilinx FPGAs On Board

สวัสดี MARS…ขอแสดงความยินดีกับวิศวกรและนักวิทยาศาสตร์ที่น่าทึ่งที่ NASA และ Jet Propulsion Labs (JPL) สำหรับการทำทัชดาวน์ที่ประสบความสำเร็จบน Mars Jezero Crater เมื่อวันที่ 18 กุมภาพันธ์ 2021! เราภูมิใจมากที่ได้เป็นส่วนหนึ่งของภารกิจนี้กับ Xilinx FPGA ในแลนเดอร์โรเวอร์และเครื่องมือต่างๆ ซึ่งรวมถึงตัวประมวลผลวิชันซิสเต็มเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการประมวลผลภาพสำหรับภาพแรกในประวัติศาสตร์

ในเดือนกรกฎาคม 2020 NASA ได้เปิดตัวภารกิจ Perseverance rover ซึ่งค้นหาสัญญาณของสภาพที่อยู่อาศัย ค้นหา biosignatures และรวบรวมตัวอย่างสำหรับภารกิจการสุ่มตัวอย่างดาวอังคารและการสำรวจดาวอังคารในอนาคต และตอนนี้ 7 เดือนต่อมา Perseverance ได้ลงจอดใน Jezero Crater เรียบร้อยแล้ว .

รถแลนด์โรเวอร์ Perseverance มีตัวเร่งฮาร์ดแวร์ที่ใช้ FPGA ใน Vision Compute Element (VCE) ซึ่งจะช่วยในการนำทางลงจอดและการขับขี่อัตโนมัติบนพื้นผิวดาวอังคาร Radiation-Hardened Virtex-5QVs (SIRF) ของเราทำหน้าที่เป็นตัวประมวลผลภาพที่สามารถตั้งโปรแกรมซ้ำได้ใน Computer Vision Accelerator Card (CVAC) ที่ใช้ในการเร่งงานสเตอริโอและภาพบางอย่าง เช่น การแก้ไขภาพ การกรอง การตรวจจับ และการจับคู่ รวมถึงเครื่องมือบางตัว ได้แก่ Mastcam-Z ซึ่งเป็นเครื่องมือสร้างภาพสามมิติแบบหลายสเปกตรัมซึ่งใช้ Virtex-II FPGA (XQR2V3000) ที่ทนต่อรังสีในกล่องดิจิทัลตามสถาปัตยกรรม Mars Science Lab (MSL) และการสแกน สภาพแวดล้อมที่น่าอยู่อาศัยด้วยสเปกโตรมิเตอร์ Raman & Luminescence for Organics and Chemicals (SHERLOC) ซึ่งใช้ MAHLI กับระบบกล้องที่รวม XQR2V3000 FPGAs

รูปที่ 1: Perseverance Rover (ที่มา: NASA)

รูปที่ 2: Vision Compute Element (ที่มา: EEJournal)นี่ไม่ใช่ภารกิจแรกของ Xilinx สู่ดาวอังคาร ภารกิจ Opportunity Rover Mission ของ NASA สิ้นสุดลงเมื่อวันที่ 13 กุมภาพันธ์ 2019 หลังจากสำรวจพื้นผิวดาวอังคารเป็นเวลา 15 ปีโลก แม้ว่าการออกแบบจะตั้งใจให้มีอายุเพียง 90 วันบนดาวอังคารก็ตาม โครงการสำรวจดาวอังคารของ NASA เป็นหนึ่งในภารกิจสำรวจอวกาศที่ประสบความสำเร็จมากที่สุด เราขอแสดงความยินดีกับทีมที่ JPL และขอบคุณพวกเขาที่ทำให้ Xilinx เป็นส่วนหนึ่งของภารกิจประวัติศาสตร์เหล่านี้

มีอะไรในอดีต?

รูปที่ 3: โอกาสของ MER (ที่มา: NASA)

ภารกิจ Mars Exploration Rover (MER) ของ NASA เกี่ยวข้องกับยานสำรวจดาวอังคารสองลำ: "Spirit" และ "Opportunity" พวกเขาได้รับการออกแบบมาเพื่อสำรวจดาวเคราะห์เพื่อหาแหล่งน้ำบนดาวอังคาร รถแลนด์โรเวอร์ที่วางแผนไว้จะใช้เวลา 90 วันเกินความคาดหมายของทุกคนด้วย Spirit ที่ยาวนานกว่า 7 ปี (นานกว่า 20 เท่า) และ Opportunity ที่นานขึ้น 15 ปี (นานกว่า 55 เท่า)— ทั้งคู่ได้ข้อมูลอันมีค่าเกี่ยวกับองค์ประกอบทางธรณีวิทยาของโลก!

ในการสร้าง MER ที่น่าทึ่งเหล่านี้ ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานบนพลังงานแสงอาทิตย์ ทีมงาน JPL ใช้ Xilinx® Virtex®-4 FPGA ที่ทนทานต่อรังสี ซึ่งเป็นเทคโนโลยีล้ำสมัยในเทคโนโลยีระดับพื้นที่ FPGA ในขณะที่ออกแบบสำหรับทั้งคู่ การลงจอดและการทำงานบนพื้นผิวของยานสำรวจดาวอังคาร โดยเฉพาะอย่างยิ่ง XQVR4062 FPGAs เข้าไปในยานขึ้นฝั่งของ MER แต่ละลำเพื่อควบคุมการปฏิบัติงานของพลุไฟที่สำคัญในระหว่างขั้นตอนการลงและลงจอดแบบหลายเฟสของรถแลนด์โรเวอร์ เมื่อวิศวกรจุดชนวนระเบิดสำหรับขั้นตอนต่างๆ ของการซ้อมรบ วิศวกรของ NASA ใช้ FPGA ที่เป็นหัวใจสำคัญของระบบ Lander Pyro Switch Interface ซึ่งจัดลำดับการจัดลำดับดอกไม้ไฟที่ซับซ้อนของ MER ให้เป็นมิลลิวินาที นอกจากนี้ NASA ยังใช้ XQVR1000 ใน MER Motor Control Board ซึ่งดูแลมอเตอร์สำหรับล้อ การบังคับเลี้ยว แขน กล้อง และเครื่องมือวัดต่างๆ ทำให้รถแลนด์โรเวอร์สามารถเดินทางบนพื้นผิวที่มักจะมีลักษณะเหมือนตะกอนของดาวเคราะห์ และเจรจากับสิ่งกีดขวางต่างๆ

รูปที่ 4: ความอยากรู้ของ MSL (ที่มา: NASA)

รถแลนด์โรเวอร์คันต่อไปที่จะเดินทางไปยังดาวอังคาร Mars Science Lab (MSL) หรือที่รู้จักในชื่อ "Curiosity" เปิดตัวในปี 2011 และเดินทางเป็นเวลาแปดเดือนในการเดินทาง 352 ล้านไมล์ มันถูกออกแบบให้ทำงานโดยใช้พลังงานนิวเคลียร์ โดยยังคงเคลื่อนที่บนพื้นผิวดาวอังคาร โดยพยายามตรวจสอบว่าดาวเคราะห์ดวงนี้เคยสนับสนุนจุลชีพหรือไม่ ได้รับการออกแบบในขั้นต้นสำหรับภารกิจ 2 ปี รถแลนด์โรเวอร์ยังคงใช้งานได้และแข็งแกร่งในอีก 8 ปีต่อมา และมีแนวโน้มที่จะทำเช่นนั้นต่อไปในอีกหลายปีข้างหน้า

ผลิตภัณฑ์เกรดอวกาศของ Xilinx ช่วยให้สามารถใช้ระบบเครื่องมือหลัก เช่น MAHLI (อิมเมจ), ChemCam (เครื่องมือตรวจจับระยะไกล), Electra-Lite (การสื่อสาร) และ MALIN (โปรเซสเซอร์) บนยานสำรวจ Mars Hand Lens Imager (MAHLI) ซึ่งเป็นกล้องบนแขนหุ่นยนต์ของรถแลนด์โรเวอร์ รับภาพ ในขณะที่ระบบ MALIN ประกอบด้วยกล่องประมวลผลภาพแบ็กเอนด์ที่ประมวลผลภาพจากกล้องออนบอร์ดทั้งหมด Virtex®-II (XQR2V3000) Radiation Tolerant FPGA ของ Xilinx นำท่อส่งภาพไปใช้ในระบบเหล่านี้ ฟังก์ชันอินเทอร์เฟซ การบีบอัด และการจับเวลาทั้งหมดถูกนำมาใช้เป็นอุปกรณ์ต่อพ่วงลอจิกของแกนประมวลผลแบบอ่อน MicroBlaze™ ใน Virtex-II FPGA สิ่งนี้ทำให้ Curiosity สามารถส่งภาพทิวทัศน์ของเอเลี่ยนที่อยู่ห่างออกไป 35 ล้านไมล์กลับไปได้ ChemCam (เคมีและกล้องคอมเพล็กซ์) ให้องค์ประกอบองค์ประกอบและภาพความละเอียดสูงของหินและดินโดยใช้ XQ2V1000 FPGA ที่ทนต่อรังสีของ Xilinx

ความอยากรู้อยากเห็นมีระบบโทรคมนาคมที่สำคัญ เช่น เครื่องส่งและเครื่องรับ X Band ที่สามารถสื่อสารกับ Earth และวิทยุที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ UHF Electra-Lite สำหรับการสื่อสารกับวงโคจรของดาวอังคารซึ่งเป็นเส้นทางหลักสำหรับข้อมูลกลับสู่โลก FPGA ที่ทนทานต่อรังสี XQR2V3000 ของ Xilinx ให้บริการในกล่องสื่อสารเหล่านี้ โดยให้ลิงก์ที่สำคัญกลับไปยังโลก

Xilinx ให้สิทธิ์ลูกค้าของเราในการออกแบบอนาคตที่ปรับเปลี่ยนได้ คุณพร้อมสำหรับภารกิจในอนาคตและการแสวงหาทางวิทยาศาสตร์หรือไม่? หากต้องการเรียนรู้เกี่ยวกับโซลูชั่นอวกาศของ Xilinx โปรดไปที่ https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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