Podróż na Księżyc może zająć nawet trzy dni, a na Marsa ponad pół roku. Zmniejszenie zależności od komunikacji z Ziemią będzie miało kluczowe znaczenie dla podróży w głąb galaktyki. Dlatego do bezpiecznego eksplorowania kosmosu i zapewnienia samowystarczalności na stacjach kosmicznych potrzebne będą zaawansowane i niezawodne komputery, które wytrzymają najtrudniejsze warunki. Takim wyzwaniom muszą sprostać komputery brzegowe (ang. edge computers). Będą one miały kluczowe znaczenie dla pracy astronautów, umożliwiając przetwarzania danych w czasie rzeczywistym na stacji kosmicznej oraz uruchamianie aplikacji oraz urządzeń niezbędnych do ich działalności i przetrwania w kosmosie.

Astronauci mieszkający i pracujący obecnie na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej już korzystają z możliwości edge computing, wykorzystując system HPE Spaceborne Computer-2 (SBC-2), który został wystrzelony i zainstalowany na stacji w 2021 roku.

Zaawansowane rozwiązania wbudowane w komputery brzegowe umożliwiają astronautom wyeliminowanie większych opóźnień i czasu oczekiwania na efekty przetwarzania danych wysyłanych na Ziemię i z powrotem. HPE na swoim firmowym blogu podaje kilka przykładów zastosowań edge computing w kosmosie z wykorzystaniem komputera HPE SBC-2.

Monitorowanie stanu zdrowia astronautów podczas długich misji kosmicznych

Narażenie na promieniowanie na pokładzie statku kosmicznego może mieć potencjalny wpływ na zdrowie ludzkiego organizmu. Częste monitorowanie i testowanie kondycji astronautów będą niezbędne przy podróżach w głąb kosmosu. HPE SBC-2 umożliwia skrócenie czasu przetwarzania i sekwencjonowania danych DNA (z 12,2 godziny do 6 minut) w celu wysłania ich na Ziemię do dalszej analizy, która pozwoliłaby następnie określić, czy pojawiły się nowe mutacje genów i czy były one łagodne lub związane z rakiem mogą wymagać powrotu astronautów na Ziemię w celu natychmiastowej opieki. Podobne zastosowanie edge computera na stacji kosmicznej to obrazowanie medyczne ( ultradźwięki i promienie rentgenowskie), które przyspiesza diagnozę i ewentualne leczenie astronauty.

Produkcja 3D w kosmosie

Możliwość drukowania w 3D nowych części do naprawy i konserwacji pozwala na zminimalizowanie przestojów i utrzymanie ciągłości operacji w kosmosie. Możliwość lokalnego zaopatrzenia jest najbardziej ekonomicznym i wydajnym podejściem, zwłaszcza gdy baza kosmiczna znajduje się dalej i niemożliwe są dostawy przez kilka dni lub miesięcy.

Zwiększanie bezpieczeństwa astronautów podczas spacerów kosmicznych

Komputery brzegowe, takie jak HPE SBC-2, mogą pomóc w wydajnym przetwarzaniu danych zbieranych ze skafandrów kosmicznych w celu monitorowania aktywności astronautów podczas spacerów kosmicznych i poprawy komunikacji. Po spacerach kosmicznych, podczas których opuszczają statek, astronauci muszą rutynowo sprawdzać rękawice pod kątem uszkodzeń. Każde zużycie lub rozdarcie może stanowić potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa. Astronauci robią zdjęcia swoich rękawiczek i wysyłają je na Ziemię w celu analizy, co zwykle zajmuje do pięciu dni. Edge computing w połączeniu z możliwościami rozpoznawania obrazu opartymi na sztucznej inteligencji pozwala wykonać to zadanie lokalnie na stacji kosmicznej w kilka sekund.

Wspomaganie prognoz pogody na Ziemi

Satelity są niezbędne do obserwacji Ziemi z kosmosu m.in. w celu prowadzenia badań naukowych i klimatycznych, a także wspierania reagowania na katastrofy. Korzystając z HPE SBC-2, naukowcy byli w stanie przetestować kilka sieci deep learning inference pod kątem wykorzystania do automatycznego interpretowania zdalnie uzyskanych obrazów lądu po wystąpieniu katastrof pogodowych i klimatycznych. Pozwalają one m.in. określanie zasięgu powodzi, na przykład w wyniku huraganu, oraz określanie uszkodzeń budynków miejskich, na przykład w wyniku trzęsienia ziemi. Techniki te mogłyby zostać wykorzystane na pokładzie przyszłych statków kosmicznych.

Optymalizacja pierwszej komercyjnej stacji kosmicznej

Axiom Space buduje pierwszą na świecie komercyjną stację kosmiczną, której start pierwszego modułu planowany jest na koniec 2025 roku. Axiom Station zwiększy zapotrzebowanie na zaawansowane komputery, takie jak komputery brzegowe, do obsługi krytycznych aplikacji i systemów.

Misja Ax-2 ma umożliwić prowadzenie zaawansowanych badań naukowych w warunkach kosmicznych. W laboratorium na niskiej orbicie okołoziemskiej będą m.in. opracowywane aplikacje dla przyszłych siedlisk kosmicznych oraz prowadzone badania nad rakiem i bioprodukcją.

Więcej o zastosowaniach ICT w badaniach kosmicznych w artykule Edge computing i sztuczna inteligencja w badaniach kosmicznych w miesięczniku IT Professional 6/2022.

(grafika tytułowa – źr. Axiom Space)