La NASA sta sviluppando un nuovo e potente chip per computer progettato per aumentare drasticamente l’intelligenza e le prestazioni delle future sonde spaziali. Grazie a una collaborazione commerciale, il progetto sta creando una tecnologia di elaborazione avanzata in grado di aiutare le sonde spaziali a operare in modo più autonomo durante le missioni lontane dalla Terra.
Il progetto High Performance Spaceflight Computing (HPSC) della NASA si concentra sul potenziamento delle capacità di calcolo dei veicoli spaziali utilizzati nell’esplorazione dello spazio. Le missioni attuali si affidano a processori più datati perché sufficientemente robusti da resistere alle condizioni estreme dello spazio. Tuttavia, sebbene questi chip siano affidabili, non offrono le prestazioni necessarie per missioni più avanzate.
L’agenzia afferma che processori più recenti e molto più potenti sono essenziali per i futuri veicoli spaziali autonomi, per analisi scientifiche di bordo più rapide e per supportare gli astronauti durante le missioni sulla Luna e su Marte.
“Basandosi sull’eredità dei precedenti processori spaziali, questo nuovo sistema multicore è tollerante ai guasti, flessibile ed estremamente performante”, ha affermato Eugene Schwanbeck, responsabile del programma Game Changing Development della NASA presso il Langley Research Center di Hampton, in Virginia. “L’impegno della NASA nel promuovere l’informatica per i voli spaziali è un trionfo di risultati tecnici e collaborazione.”
Processore resistente alle radiazioni sottoposto a test estremi
Al centro del progetto c’è un nuovo processore resistente alle radiazioni, progettato per offrire una potenza di calcolo fino a 100 volte superiore a quella dei computer attualmente impiegati nelle missioni spaziali, resistendo al contempo all’ambiente ostile dello spazio. Gli ingegneri del Jet Propulsion Laboratory (JPL) della NASA, nella California meridionale, stanno conducendo un’ampia gamma di test volti a simulare tali condizioni.
“Stiamo sottoponendo questi nuovi chip a test estremi di radiazione, termici e di resistenza agli urti, valutandone al contempo le prestazioni attraverso una rigorosa campagna di test funzionali”, ha dichiarato Jim Butler, responsabile del progetto High Performance Space Computing presso il JPL.
Per essere idoneo al volo spaziale, il processore deve resistere a intense radiazioni elettromagnetiche e a forti sbalzi di temperatura che possono danneggiare i componenti elettronici. Anche le particelle ad alta energia provenienti dal Sole e dallo spazio profondo possono causare errori nei computer, costringendo la navicella spaziale ad attivare la “modalità di sicurezza”, disattivando temporaneamente i sistemi non essenziali fino a quando i tecnici non risolvono il problema.
La NASA sta inoltre testando come il chip gestisce le sfide degli atterraggi planetari.
“Per simulare le prestazioni reali, stiamo utilizzando scenari di atterraggio ad alta fedeltà tratti da vere missioni NASA, che in genere richiederebbero hardware ad alto consumo energetico per elaborare enormi quantità di dati provenienti dai sensori di atterraggio”, ha affermato Butler. “È un momento entusiasmante per noi, perché stiamo lavorando su hardware che consentirà alla NASA di compiere i prossimi grandi passi avanti.”
I test al JPL sono iniziati a febbraio e dovrebbero proseguire per diversi mesi. I primi risultati sono stati estremamente incoraggianti. Secondo la NASA, il processore funziona come previsto e ha dimostrato livelli di prestazioni circa 500 volte superiori a quelli dei chip resistenti alle radiazioni attualmente utilizzati nelle sonde spaziali.
Il team ha inoltre celebrato l’inizio dei test con un momento simbolico, inviando un’e-mail intitolata “Hello Universe”, un riferimento ai famosi messaggi introduttivi utilizzati agli albori della programmazione informatica.
Veicoli spaziali alimentati dall’intelligenza artificiale e missioni nello spazio profondo.
Il processore è in fase di sviluppo congiunto da parte del JPL e di Microchip Technology Inc., con sede a Chandler, in Arizona. L’azienda sta collaborando con la NASA attraverso una partnership commerciale e i chip di esempio sono già stati condivisi con partner del settore della difesa e dell’aerospazio commerciale.
Si prevede che questa tecnologia svolgerà un ruolo fondamentale nel futuro dei veicoli spaziali autonomi. Grazie all’intelligenza artificiale integrata, i veicoli spaziali potrebbero reagire in tempo reale a situazioni impreviste, laddove i ritardi nelle comunicazioni rendono impraticabile il controllo umano. Il chip potrebbe inoltre contribuire a rendere più efficienti le missioni nello spazio profondo, consentendo loro di elaborare, archiviare e trasmettere enormi quantità di dati scientifici verso la Terra.
La NASA afferma che il processore potrebbe in futuro supportare anche le missioni con equipaggio sulla Luna e su Marte.
Processore compatto con un’enorme potenza di calcolo.
Il dispositivo è noto come system-on-a-chip (o SoC), ovvero combina i componenti essenziali di un computer in un’unica unità compatta. Il processore include unità di elaborazione centrale, funzioni di offload computazionale, sistemi di rete avanzati, memoria e interfacce di input/output.
I SoC sono ampiamente utilizzati negli smartphone e nei tablet perché sono compatti ed efficienti dal punto di vista energetico. Tuttavia, la versione della NASA è progettata per resistere per anni nello spazio profondo, potenzialmente viaggiando per milioni (o addirittura miliardi) di chilometri dalla Terra senza manutenzione o riparazioni.
Una volta che il processore sarà certificato per l’uso nello spazio, la NASA prevede di integrarlo in un’ampia varietà di missioni, tra cui orbiter terrestri, rover planetari, sonde per l’esplorazione dello spazio profondo e moduli abitativi con equipaggio.
Questa tecnologia potrebbe avere benefici anche sulla Terra. Microchip prevede di adattare il processore a settori come quello aeronautico e automobilistico.
Collaborazione tra NASA e industria
Il progetto è gestito dal programma Game Changing Development (GCD) della Direzione Missioni per le Tecnologie Spaziali presso il NASA Langley. Il programma GCD e il JPL, gestito dal Caltech di Pasadena, in California, hanno supervisionato il processo di sviluppo, dalla pianificazione della missione e dagli studi di settore fino alla consegna finale.
Nel 2022, il JPL della NASA ha selezionato Microchip come partner e l’azienda ha finanziato autonomamente le proprie attività di ricerca e sviluppo sul processore.
Materiale fornito dal Jet Propulsion Laboratory della NASA . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
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