Pierwszy raz w historii na Księżyc poleci komputer wyposażony w kartę graficzną. Będzie to pierwsza próba wykorzystania wysokowydajnych obliczeń, procesora graficznego GPU i eksperymentów ze sztuczną inteligencją bezpośrednio na powierzchni Srebrnego Globu.
Jeszcze w tym roku na powierzchnię Księżyca ma polecieć bezzałogowy łazik FLIP, opracowany przez kalifornijską firmę Astrolab. Na jego pokładzie znajdzie się Spaceborne Computer-4, zaawansowany komputer przygotowany przez Hewlett Packard Enterprise (HPE) do pracy w kosmosie.
Jeśli eksperyment się powiedzie, podobne systemy mogą w przyszłości pomóc astronautom poruszać się po Księżycu, prowadzić badania naukowe i budować infrastrukturę potrzebną do dłuższego pobytu człowieka poza Ziemią.
Superkomputer na Księżycu
Misja, w której weźmie udział FLIP, nosi nazwę Griffin-1. Jej głównym elementem będzie lądownik księżycowy Griffin, opracowany przez amerykańską firmę Astrobotic. Lot odbywa się w ramach programu NASA Commercial Lunar Payload Services (CLPS), w którym amerykańska agencja kosmiczna zleca prywatnym przedsiębiorstwom dostarczanie ładunków naukowych i technologicznych na Księżyc.
Na pokładzie znajdzie się kilka urządzeń, ale to właśnie komputer HPE może okazać się jednym z najciekawszych eksperymentów. Spaceborne Computer-4 ma sprawdzić, czy zaawansowane obliczenia i algorytmy sztucznej inteligencji będą działały niezawodnie w środowisku znacznie bardziej wymagającym niż ziemskie laboratorium.
Komputer został zaprojektowany z myślą o ograniczonej przestrzeni, niskim zużyciu energii i trudnych warunkach termicznych. Wykorzystuje 64-bitowy procesor CPU oraz procesor graficzny GPU. Takie możliwości są przydatne między innymi podczas analizowania obrazów, przetwarzania danych z czujników i uruchamiania modeli sztucznej inteligencji.
Łazik FLIPCałość ma konstrukcję pozbawioną wentylatorów. Na Ziemi chłodzenie aktywne jest czymś oczywistym, ale w kosmosie mechaniczne elementy oznaczają dodatkowe ryzyko awarii, a tradycyjne chłodzenie powietrzem nie działa tak jak w ziemskiej atmosferze. Komputer będzie korzystał z układu chłodzenia łazika FLIP, a energię zapewnią mu system zasilania wykorzystujący akumulatory i ogniwa słoneczne. Dane będą przechowywane na dyskach półprzewodnikowych dostarczonych przez firmę KIOXIA.
To wszystko musi zmieścić się w urządzeniu, które nie może liczyć na serwisanta, części zamienne ani szybki transport do warsztatu. Na Ziemi awarię komputera można zwykle rozwiązać w ciągu kilku godzin. Na Księżycu podobny problem może oznaczać koniec całego eksperymentu.
Więcej na Spider’s Web:
Największym wrogiem jest księżycowa noc
Dla elektroniki jednym z największych problemów są na Księżycu gwałtowne zmiany temperatury oraz długotrwałe okresy bez światła słonecznego.
Dzień i noc na Księżycu realizowane są znacznie dłużej niż na Ziemi. Pełny cykl od wschodu Słońca do kolejnego wschodu zajmuje około 29,5 ziemskiej doby. W wielu miejscach oznacza to mniej więcej dwa tygodnie oświetlenia, a następnie około dwóch tygodni ciemności. Dokładne warunki zależą od położenia, ukształtowania terenu i lokalnego horyzontu.
W przypadku misji Griffin-1 wyzwaniem będą między innymi okresy przekraczające 150 godzin całkowitej ciemności. Przez taki czas łazik nie będzie otrzymywał energii ze Słońca. Jednocześnie temperatura otoczenia może spadać do wartości, które stanowią poważne zagrożenie dla akumulatorów, elektroniki i innych podzespołów.
Odnaleźć drogę bez GPS
Łazik wyposażony w komputer ma przede wszystkim lepiej rozumieć otoczenie, rozpoznawać teren i podejmować decyzje na podstawie danych zbieranych podczas jazdy.
Na Księżycu nie ma systemu GPS, który pozwalałby określić pozycję pojazdu tak jak na Ziemi. Satelity nawigacyjne krążące wokół naszej planety nie zapewniają tam standardowego pokrycia, do którego przyzwyczaiły nas telefony i samochodowe nawigacje. Łazik musi więc korzystać z innych metod ustalania swojego położenia.
Jedna z nich polega na porównywaniu obrazu otoczenia z wcześniej przygotowaną mapą. Kamera rejestruje skały, krawędzie kraterów i inne charakterystyczne elementy krajobrazu. Oprogramowanie analizuje ich układ, a następnie sprawdza, gdzie na mapie mogą znajdować się podobne formacje. Dzięki temu pojazd może ustalić swoją pozycję i korygować trasę.
Właśnie taki eksperyment ma zostać przeprowadzony na pokładzie FLIP. Wykorzystane zostanie oprogramowanie lokalizacyjne opracowane w NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL), które było już używane w misjach marsjańskich. Teraz ma po raz pierwszy zostać przetestowane na Księżycu.
There's a lot of ground to cover when you're building a Moon Base.
During the first phase of @NASAMoonBase development, robotic rovers will gather new details about the lunar South Pole region, while lunar terrain vehicles will extend the reach of each Artemis mission. pic.twitter.com/tal41Kyght
Algorytm wykorzystuje metody uczenia maszynowego, czyli techniki pozwalające komputerowi rozpoznawać wzorce w danych. Sztuczna inteligencja ma analizować obrazy terenu i pomagać maszynie zrozumieć, gdzie się znajduje.
Ma to ułatwić pracę w pobliżu kraterów i na nierównym podłożu. Dla łazika oznacza to konieczność rozpoznania przeszkody, oszacowania ryzyka i znalezienia bezpieczniejszej drogi. jeżeli oprogramowanie będzie działało zgodnie z założeniami, pojazd będzie mógł skuteczniej unikać niebezpiecznych obszarów, zamiast polegać wyłącznie na poleceniach wysyłanych z Ziemi.
Praca w trybie częściowo autonomicznym jest istotna również z powodu odległości. Sygnał radiowy między Ziemią a Księżycem potrzebuje około 1,3 sekundy na przebycie drogi w jedną stronę. Oznacza to co najmniej około 2,6 sekundy na samą podróż sygnału w obie strony, bez uwzględniania czasu przetwarzania danych i przygotowania odpowiedzi.
Przy prostych poleceniach nie jest to duży problem. jeżeli jednak pojazd musi reagować na przeszkodę, gwałtownie zmieniające się warunki lub nieprzewidzianą sytuację, każdorazowe oczekiwanie na decyzję operatora może być niepraktyczne. Dlatego część analizy powinna odbywać się bezpośrednio na łaziku. Komputer ma przetwarzać obrazy, wspierać nawigację, tworzyć mapy i analizować ukształtowanie terenu.
Astrolab projektuje FLIP z myślą o pracy na powierzchni Księżyca przez rok. W tym czasie pojazd ma pokonywać setki kilometrów.
Superkomputer nie będzie jedynym interesującym ładunkiem misji Griffin-1. Na powierzchnię Księżyca ma trafić również CubeRover, niewielki bezzałogowy łazik opracowany przez Astrobotic, a także LandCam-X, system optycznej nawigacji. Ten ostatni ma wspierać określanie położenia na podstawie obserwacji otoczenia.
Na pokładzie znajdzie się ponadto Nanofiche GLPH, czyli miniaturowe archiwum historii ludzkości. Jego nazwa rozwija się jako Galactic Library to Preserve Humanity.
