Что происходит на Марсе и при чем здесь облака

…По статистике, 100% населения Марса — роботы.

В последние дни только ленивый не смотрел репортажи о марсоходе Perseverance (Персеверанс, ударение на последнюю «е»). В интернете можно даже послушать ветер красной планеты, он едва пробивается сквозь зуммер механических сочленений марсохода.

Сегодня мы немного сменим акценты и поговорим о вещах более приземленных. Какие технологии обеспечивают работу марсохода? Как задействованы в изучении космоса облачные компании? И в целом — каковы планы человечества на марсианские земли в рамках амбициозной миссии.

Облачные вычисления помогают марсоходу не сбиваться с пути

Не так давно Amazon Web Services (AWS) рассказала, какую роль облачные вычисления играют в обработке данных, поступающих с Perseverance.

В течение всей миссии NASA собирается хранить и обрабатывать массивы информации, поступающей с Марса, в облаке AWS. На минуточку, каждый день марсоход присылает рекордное количество фотографий, аудио- и видеозаписи. 

Напомним, в течение 2020 года в США проводился конкурс на самое удачное имя для новой марсианской миссии.

Изучить фотографии, сделанные аппаратом, можно на официальном сайте NASA.

В частности, в облаке AWS обрабатываются данные о перемещении Perseverance и том, как он справляется с рельефом. А все фотографии, поступающие с Марса, в необработанном виде отправляются в облако AWS и становятся доступны пользователям по всему миру. Благодаря облачным технологиям NASA удалось всего за несколько часов транслировать 150 ТБ медиаданных и справиться с обработкой до 80 000 запросов в секунду. Впечатляющие цифры, которые совершенно невозможно представить в рамках классической инфраструктуры.

Но трансляцией фотографий дело не ограничивается. Облачные мощности задействованы и для продвинутой системы поиска пути. За прошедшие дни Perseverance смог передать на землю информацию более чем о 200 миллионах точек поверхности Марса. По заявлению NASA, эти данные помогут скорректировать пути перемещения будущих марсоходов и увеличат их скорость на 40%. 

«Чтобы управлять движением марсохода, [инженерам] необходимо видеть его глазами. Соответственно, отправлять пакеты с новыми инструкциями и получать обратную связь нужно как можно быстрее. Чем больший путь сможет пройти марсоход и чем больше образцов получится добыть, тем успешнее окажется миссия» — говорят эксперты AWS. В некотором смысле современный марсоход походит на смартфон на колесиках. 

После благополучной посадки 18 февраля марсоход пробудет на планете как минимум один марсианский год (порядка 687 земных дней). 

В его задачи входит:

• обнаружить горные породы, которые сформировались под влиянием окружающей среды, способной в далеком прошлом поддерживать микробную жизнь; 

• собрать образцы грунта и камней, в которых могли сохраниться химические следы (биосигнатуры) древних живых организмов, если они вообще существовали; 

• высверлить пробы в 30 перспективных точках планеты и законсервировать их на поверхности для дальнейшего изучения; 

• протестировать гипотезу о возможности производства кислорода из углекислого газа, который содержится в атмосфере (для будущих человеческих колоний).

Здесь вы сможете посмотреть разнообразные видеоматериалы о миссии.

Микрофоны на Марсе

В задачи миссии Mars 2020 входит, среди прочего, и изучение геологических особенностей планеты. Для этого Perseverance снабжен массой щупов и датчиков, которые позволяют не только собрать образцы грунта, но и произвести их базовый анализ прямо на месте.

Но зачем на Марсоход повесили микрофон? Вряд ли ученым удастся подслушать разговоры «зеленых человечков» — речь идет о поиске следов микроорганизмов. AWS объясняет это так:

«Различные датчики марсохода собирают массу научных данных: состав атмосферы, скорость ветра и погода на Марсе. Микрофоны же записывают звуки планеты. Предполагается, что NASA обработает медиатеку, собранную Perseverance, и выложит её в открытый доступ. Это даст простым пользователям подключиться к изучению Марса наравне с учеными».

Выше — местоположение марсохода на момент публикации статьи. Интерактивная карта доступна на сайте NASA.

Послушать аудиозаписи, сделанные во время миссии, можно здесь.

Для хранения полученных с Марса данных используются облачные хранилища. Но, разумеется, это не единственная технология, которая поддерживает космическую миссию. 

Космические вертолеты

Чуть выше мы сравнили медиа-возможности марсохода с функционалом смартфона. Разумеется, на практике все гораздо сложнее. Perseverance — это сложная научная лаборатория весом в целую тонну. Кроме того, у марсохода есть крошечный (менее 2 кг) летающий дрон-компаньон Ingenuity.

Если всё пойдет по плану, Ingenuity станет первым вертолетом на Марсе. Но важно понимать: расстояние от Земли до Марса составляет 11 световых минут. Это очень много. Если марсоход еще может делать перерывы, чтобы дождаться новых управляющих команд, у летающего аппарата такой возможности нет. Добавьте сюда еще и более разреженную, чем на Земле, атмосферу, и пониженную гравитацию, и «летательная» миссия покажется и вовсе невыполнимой.

Строго говоря, особых надежд на Ingenuity ученые не возлагают. Это, скорее, демонстрация технологии, чем полезный инструмент. Если дрон разобьется, основная миссия продолжится в штатном режиме.

Поскольку управлять Ingenuity вручную невозможно, инженеры NASA разработали для него специальную программу на базе Linux и своего «фирменного» фреймворка F´ (F prime). Главная задача проекта — доказать, что комбинация современного «стокового» железа и программного обеспечения с открытым кодом может поднять летательный аппарат над поверхностью Марса.

Под капотом у дрона четырехъядерный ARM-процессор Qualcomm Snapdragon 801 на частоте 2,2 ГГц. К слову, это более мощный процессор, чем тот, что установлен на самом марсоходе. NASA важна в первую очередь не производительность, а стабильность: чипы, используемые в космических миссиях, должны соответствовать стандарту High-Performance Spaceflight Computing (HPSC). Разработка таких процессоров и их доскональное тестирование занимают годы. Так как подпроект Ingenuity менее важен, чем Perseverance, ученые решились использовать в нем стандартный «земной» CPU.

Подробнее о вертолете на сайте NASA.

Теперь коснемся ПО: непосредственно пилотирующая программа работает на частоте 500 герц. Именно «герц», а не «мегагерц». По словам инженеров, такой частоты опроса датчиков будет вполне достаточно, чтобы вертолет мог стабильно держаться в… назовем это «воздухом».

В качестве ОС специалисты остановились на Linux. Здесь ничего удивительного: уже много лет космическое агентство использует в своих проектах модифицированные версии этой ОС. Так, на базе Linux работают компьютеры NASA на МКС.

Что касается фреймворка — любой энтузиаст может бесплатно скачать и использовать его в домашнем проекте. Притом без необходимости закупать дорогое и редкое железо — всё заточено под стандартные off-the-shelf компоненты.

F´ включает:

• Архитектуру, разделяющую ПО для полетов на отдельные компоненты с четко определенными интерфейсами.

• Базовый фреймворк C++ с поддержкой основных возможностей, таких как очереди сообщений и потоки.

• Инструменты для определения компонентов и связей.

• Постоянно развивающийся набор готовых к использованию компонентов.

• Инструменты для тестирования летного программного обеспечения.

Взлетит или не взлетит — покажет время. Важен сам факт: инженеры и программисты NASA готовы делиться частью своих наработок с любителями электроники по всему миру. Так что, если вы полны желания собрать собственный марсолет — всё необходимое уже есть под рукой. Останется только построить ракету, которая отнесет его к Марсу (или договориться со спецом по полезной нагрузке). 🙂

В заключение приведем несколько интересных ссылок от NASA и информационных агентств

• График мероприятий и прямые трансляции

• Свежие новости о миссии

• Загружаемые материалы о миссии

• Полная оптимизма статья о партнерстве между AWS и NASA

• Детализированный обзор марсохода