De nieuwste Apple Watch heeft 16 keer het geheugen van de centrale processor op NASA's Mars 2020-rover. Voor de nieuwe iPhone is 64 keer het geheugen van de autogrote rover standaard.
Decennia lang hebben mensen vergelijkingen van terrestrische en ruimtegebaseerde processors verworpen door te wijzen op de harde straling en extreme temperaturen waarmee ruimtegebaseerde elektronica wordt geconfronteerd. Alleen componenten die speciaal zijn gebouwd voor ruimtevluchten en waarvan is bewezen dat ze goed functioneren na vele jaren in een baan om de aarde, werden als veerkrachtig genoeg beschouwd voor ruimtemissies van miljarden dollars.
Hoewel dat misschien nog steeds de beste gok is voor spraakmakende diepe ruimtemissies, gebruiken ruimtevaartuigen die dichter bij de aarde opereren ultramoderne processors aan boord. Voor komende missies is nog meer rekencapaciteit nodig.
Satellietsensoren produceren "een enorme hoeveelheid gegevens in de vorm van wetenschappelijk onderzoek, aardobservatie, nationale veiligheid", zei Naeem Altaf, IBM's vooraanstaande ingenieur en Chief Technology Officer van IBM Space Tech, per e-mail. "Om de snelle waarde van data te extraheren, zullen we compute dichter bij data moeten brengen."
Denk aan aardobservatie. Traditioneel werden elektro-optische beelden en radargegevens met synthetische apertuur naar de grond gestuurd voor verwerking. Dat is nog steeds grotendeels het geval, maar nieuwe aardobservatiesensoren blijven het volume aan gegevens dat in een baan om de aarde wordt verkregen uitbreiden, soms behoorlijk dramatisch. Tegelijkertijd willen klanten snelle toegang tot inzichten uit verschillende datasets.
Weerobservatie is een goed voorbeeld. Numerieke weermodellen combineren enorme hoeveelheden gegevens die zijn verzameld voor ruimte-, lucht-, maritieme en terrestrische sensoren. Hoewel niemand voorstelt om de voorspellingsalgoritmen op satellieten uit te voeren, ziet AAC Clyde Space, het Zweedse bedrijf dat de belangrijkste avionica levert voor de Arctic Weather Satellite van de European Space Agency, verbeteringen in de verwerking aan boord als een manier om de levering van weergegevens te versnellen.
"We zien in de toekomst een kans om veel verwerking aan boord te doen: gegevens voorbereiden, gegevens comprimeren en beginnen met het fuseren van gegevens", zegt Luis Gomes, CEO van AAC Clyde Space. “Ons doel is realtime weerobservaties vanuit de ruimte. Daarvoor moeten we de gegevens efficiënt en effectief verpakken om de hoeveelheid tijd die we downlinken te verminderen.”
Hyperspectrale sensoren produceren ook enorme datasets die verwerking aan boord "vrij kritisch" maken, zei Gomes.
Sommige van de nieuwe satellietcomputers zullen worden gebruikt voor het kraken van sensorgegevens. Anderen helpen ruimtevaartuigen om complexe operaties te choreograferen.
Toekomstige satellieten zullen waarschijnlijk in zwermen opereren, communiceren via intersatellietverbindingen en samenwerken om unieke datasets vast te leggen en communicatienetwerken uit te breiden. Uiteindelijk zullen constellaties kunstmatige intelligentie gebruiken om problemen op te lossen door bijvoorbeeld satellieten te genezen of te herpositioneren op basis van analyse aan boord van hun gezondheid en prestaties, waarvoor uitgebreide edge-verwerking nodig is, zei Chuck Beames, voorzitter van de SmallSat Alliance, een branchevereniging.
COMMERCILE OPLOSSINGEN
Edge-verwerking, waardoor berekeningen dichter bij gegevensbronnen komen, wordt steeds populairder op aarde. Olie- en gasbedrijven analyseren bijvoorbeeld gegevens in de buurt van sensoren die zware apparatuur op afgelegen locaties bewaken om snel apparatuurproblemen te identificeren en de communicatie- en gegevensopslagkosten te verminderen.
Bedrijven, variërend van IBM en Hewlett Packard Enterprise tot startups over de hele wereld, positioneren zichzelf om te voldoen aan wat zij zien als onvermijdelijke vraag naar verbeterde ruimtegebaseerde edge-verwerking, beginnend aan boord van satellieten en uitbreiden naar datacenters in de baan om de aarde en de maan.
Exodus Orbitals, een Canadese startup die satellietdiensten verhuurt aan ontwikkelaars van softwareapplicaties, heeft in november de Edge Computing in Space Alliance opgericht. De organisatie trok al snel bijna twee dozijn leden.
Een van de leden, Ramon.Space, adverteert met 'ruimtebestendige supercomputersystemen'. Hoewel ze weinig gelijkenis vertonen met terrestrische supercomputers, zijn ze heel anders dan ruimtevluchtcomputers met een lage capaciteit en "een stuk dichter bij het soort computercapaciteit dat we op aarde hebben", zegt Lisa Kuo, vice-president strategische verkoop voor Ramon.Space, een in 2004 opgericht Israëlisch bedrijf dat zich internationaal uitbreidt. "We gaan over ruimtecomputersystemen met een zeer fijne kam en passen voor elk onderdeel de optimale stralingshardingstechniek toe."
In tegenstelling tot de op maat gemaakte aanpak, biedt startup Exo-Space uit Pasadena, Californië, FeatherEdge, een platform dat kunstmatige intelligentie en machine learning toepast op aardobservatiegegevens om snel waardevolle informatie te extraheren.
Op lange termijn is Exo-Space van plan om "de technologie aan te passen aan de meer algemene toepassingen zoals constellatiebeheer of voorspellend onderhoud", aldus CEO Jeremy Allam.
Het in Sydney gevestigde Spiral Blue past ook kunstmatige intelligentie toe op aardebeelden met zijn Space Edge-computer.
"Satellieten kunnen veel meer gegevens vastleggen dan ze daadwerkelijk kunnen vernietigen", zegt Taofiq Huq, oprichter en CEO van Spiral Blue. Met verbeterde verwerking aan boord kunnen satellieten de belangrijkste informatie markeren en downlinken, zoals scheepslocaties voor het volgen van zeeschepen, voegde hij eraan toe.
DOEN HET OP
Andere bedrijven zijn gespecialiseerd in het verpakken van terrestrische computers voor ruimtevluchten. OrbitsEdge werkt bijvoorbeeld samen met klanten, waaronder HPE, om systemen voor stralingsafscherming en thermisch beheer te bieden waarmee computers die zijn ontworpen voor terrestrische toepassingen, in een baan om de aarde kunnen functioneren.
"Door te vertrouwen op de krachtige computerpijplijn, hebben we de zekerheid dat alles wat we vliegen het modernste is", zegt Rick Ward, Chief Technology Officer en oprichter van het in Titusville, Florida gevestigde OrbitsEdge. "Als we overgaan op kwantumcomputing, en we hebben al gesprekken gehad met enkele van de bedrijven in kwantumcomputing, kunnen we dat ook doen."
Cosmic Shielding Corp. hanteert een vergelijkbare aanpak, maar in plaats van zich te concentreren op het beschermen van processors, ontwikkelde de startup uit Atlanta een 3D-geprint polymeer om mensen en elektronica in een baan om de aarde te beschermen.
"Je kunt van dit materiaal een satellietbus bouwen en het zal aanzienlijke verbeteringen opleveren", zegt Yanni Barghouty, oprichter en CEO van Cosmic Shielding. "Op dit moment zien we een reductie van de stralingsdosis met ongeveer 60 tot 70 procent vergeleken met traditionele materialen."
DE RAND UITBREIDEN
Naast het verbeteren van de verwerking aan boord, installeren bedrijven edge-processors in grondstations en maken ze plannen om constellaties te lanceren die zijn gewijd aan gegevensverwerking.
"Edge computing kan in verschillende segmenten worden uitgevoerd, afhankelijk van de use case en het belang van data", zegt IBM's Altaf. "We kunnen speciale compute-satellieten hebben, die de taak hebben om de zware payloads in een baan om de aarde op zich te nemen en berekeningsdiensten voor andere satellieten uit te voeren."
Als de geschiedenis een leidraad is, zal de vraag naar gegevensverwerking in een baan om de aarde blijven stijgen. Opeenvolgende generaties van terrestrische toepassingen vereisen steevast extra geheugen en verwerkingssnelheid.
In de ruimte, zoals op de grond, "wil je sneller, wil je betere netwerken en wil je meer kracht", zegt Mark Fernandez, hoofdonderzoeker van HPE voor de Spaceborne Computer-2 op het internationale ruimtestation ISS.
Dit artikel verscheen oorspronkelijk in het tijdschrift SpaceNews van januari 2022.
