Chạm xuống! Tàu Rover Kiên trì của NASA hạ cánh trên sao Hỏa với Xilinx FPGA trên tàu

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.

Vào tháng 2020 năm 7, NASA đã khởi động sứ mệnh tàu thám hiểm Perseverance, nhằm tìm kiếm các dấu hiệu về điều kiện có thể ở được, tìm kiếm dấu hiệu sinh học và thu thập các mẫu cho các sứ mệnh trả lại mẫu sao Hỏa trong tương lai cũng như các chuyến thám hiểm của con người và giờ đây, XNUMX tháng sau, Perseverance đã hạ cánh thành công xuống Miệng núi lửa Jezero .

Xe tự hành Perseverance bao gồm một bộ tăng tốc phần cứng dựa trên FPGA trong Phần tử tính toán tầm nhìn (VCE) sẽ hỗ trợ điều hướng hạ cánh và lái xe tự động trên bề mặt sao Hỏa. Virtex-5QV được làm cứng bằng bức xạ (SIRF) của chúng tôi đóng vai trò là bộ xử lý hình ảnh có thể lập trình lại trong Thẻ tăng tốc thị giác máy tính (CVAC) được sử dụng để tăng tốc một số tác vụ âm thanh nổi và hình ảnh như chỉnh sửa hình ảnh, lọc, phát hiện và khớp. Ngoài ra, một số thiết bị còn có Mastcam-Z, một thiết bị chụp ảnh lập thể đa phổ, sử dụng FPGA Virtex-II chịu bức xạ (XQR2V3000) trong hộp kỹ thuật số dựa trên kiến ​​trúc của Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa (MSL) và Máy quét. Môi trường có thể sống được với máy quang phổ Raman & Phát quang cho Chất hữu cơ và Hóa chất (SHERLOC), sử dụng MAHLI với hệ thống camera kết hợp XQR2V3000 FPGA.

Hình 1: Perseverance Rover (Nguồn: NASA)

Hình 2: Phần tử tính toán tầm nhìn (Nguồn: EEJournal).Đây không phải là sứ mệnh đầu tiên của Xilinx tới sao Hỏa. Sứ mệnh Cơ hội Rover của NASA đã kết thúc vào ngày 13 tháng 2019 năm 15, sau khi khám phá bề mặt Sao Hỏa trong 90 năm trái đất, mặc dù thiết kế được dự định chỉ kéo dài XNUMX ngày trên Sao Hỏa. Chương trình Thám hiểm Sao Hỏa của NASA là một trong những sứ mệnh thám hiểm liên hành tinh thành công nhất từ ​​trước đến nay. Chúng tôi xin chúc mừng đội ngũ tại JPL và cảm ơn họ đã biến Xilinx trở thành một phần của những sứ mệnh lịch sử này.

Có gì trong quá khứ?

Hình 3: Cơ hội MER (Nguồn: NASA)

Sứ mệnh Xe thám hiểm sao Hỏa (MER) của NASA có sự tham gia của hai xe tự hành sao Hỏa: “Spirit” và “Opportunity”. Chúng được thiết kế để khám phá hành tinh tìm nguồn nước trên sao Hỏa. Được lên kế hoạch kéo dài 90 ngày, xe tự hành vượt quá mong đợi của mọi người với Spirit kéo dài hơn 7 năm (dài hơn 20 lần) và Cơ hội kéo dài 15 năm (dài hơn 55 lần)—cả hai đều mang lại thông tin có giá trị về thành phần địa chất của hành tinh!

Để tạo ra các MER đáng kinh ngạc này, được thiết kế để chạy bằng năng lượng mặt trời, nhóm JPL đã sử dụng FPGA Xilinx® Virtex®-4 chịu bức xạ, công nghệ tiên tiến nhất trong công nghệ cấp vũ trụ FPGA tại thời điểm thiết kế, cho cả hai hạ cánh và hoạt động trên bề mặt của các xe tự hành trên sao Hỏa. Cụ thể, XQVR4062 FPGA đã đi vào từng tàu đổ bộ MER để điều khiển các hoạt động bắn pháo hoa quan trọng trong quy trình hạ cánh và hạ cánh nhiều giai đoạn của xe tự hành, khi các kỹ sư kích hoạt chất nổ cho các giai đoạn khác nhau của quá trình điều động. Các kỹ sư của NASA đã sử dụng các FPGA ở trung tâm của hệ thống Giao diện chuyển đổi Lander Pyro, hệ thống này đã sắp xếp trình tự pháo hoa phức tạp của MER đến từng mili giây. Ngoài ra, NASA cũng sử dụng XQVR1000 trong Bảng điều khiển động cơ MER, giám sát các động cơ cho bánh xe, hệ thống lái, cánh tay, máy ảnh và nhiều thiết bị khác nhau, cho phép xe tự hành di chuyển trên bề mặt thường giống như phù sa của hành tinh và vượt qua các chướng ngại vật khác nhau.

Hình 4: MSL Curiosity (Nguồn: NASA)

Xe tự hành tiếp theo du hành tới Sao Hỏa, Phòng thí nghiệm Khoa học Sao Hỏa (MSL), hay còn gọi là “Curiosity”, được phóng vào năm 2011 và đã đi trong 352 tháng trên hành trình dài 2 triệu dặm. Được thiết kế để chạy bằng năng lượng hạt nhân, nó vẫn đang điều hướng bề mặt sao Hỏa, cố gắng xác định xem hành tinh này có từng hỗ trợ dạng sống của vi sinh vật hay không. Ban đầu được thiết kế cho nhiệm vụ kéo dài 8 năm, xe tự hành vẫn hoạt động và phát triển mạnh mẽ hơn XNUMX năm sau đó và có khả năng sẽ tiếp tục như vậy trong nhiều năm tới.

Các sản phẩm cấp vũ trụ của Xilinx hỗ trợ các hệ thống công cụ chính như MAHLI (máy chụp ảnh), ChemCam (thiết bị viễn thám), Electra-Lite (liên lạc) và MALIN (bộ xử lý) trên xe tự hành. Mars Hand Lens Imager (MAHLI), một máy ảnh trên cánh tay rô-bốt của xe tự hành, thu nhận hình ảnh, trong khi hệ thống MALIN bao gồm các hộp xử lý hình ảnh phụ trợ xử lý hình ảnh từ tất cả các máy ảnh trên tàu. Các FPGA chịu bức xạ Virtex®-II (XQR2V3000) của Xilinx triển khai các đường dẫn hình ảnh trong các hệ thống này. Tất cả các chức năng giao diện, nén và thời gian được triển khai dưới dạng thiết bị ngoại vi logic của lõi bộ xử lý mềm MicroBlaze™ trong Virtex-II FPGA. Điều này cho phép Curiosity gửi lại những hình ảnh tuyệt đẹp về phong cảnh ngoài hành tinh cách xa 35 triệu dặm. ChemCam (Tổ hợp Hóa học và Máy ảnh) cung cấp các thành phần nguyên tố và hình ảnh có độ phân giải cao về đất và đá bằng cách sử dụng FPGA XQ2V1000 chịu bức xạ của Xilinx.

Curiosity được trang bị các hệ thống viễn thông quan trọng như máy phát và máy thu X Band có thể liên lạc với Trái đất và đài phát thanh được xác định bằng phần mềm UHF Electra-Lite để liên lạc với các tàu quỹ đạo của Sao Hỏa đóng vai trò là đường dẫn chính để dữ liệu quay trở lại Trái đất. Các FPGA chịu bức xạ XQR2V3000 của Xilinx phục vụ trong các hộp liên lạc này, cung cấp các liên kết quan trọng quay lại Trái đất.

Xilinx cấp cho khách hàng của chúng tôi giấy phép kiến ​​trúc một tương lai có thể thích ứng, BẠN đã sẵn sàng cho các nhiệm vụ và theo đuổi khoa học trong tương lai chưa? Để tìm hiểu về các giải pháp không gian của Xilinx, hãy truy cập https://www.xilinx.com/applications/aerospace-and-defense.html

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