CURIOSITY - NAJSZYBSZY KOMPUTER NA MARSIE
6. sierpnia 2012 roku o 7:31 naszego czasu na Marsie wylądował łazik Curiosity – robot-laboratorium, który ma pomóc naukowcom określić, czy na Czerwonej Planecie kiedykolwiek panowały warunki sprzyjające życiu. Czy wiecie, jaki komputer nim steruje?
Łazik Curiosity
Curiosity to największy robot w kosmosie – ma trzy metry długości i waży 899 kg. Trzy inne marsjańskie pojazdy były znacznie mniejsze; ważyły 10,5 kg (Sojourner) i 185 kg (Opportunity i Spirit). Jest tak duży, bo w pojeździe umieszczono 10 przyrządów pomiarowych, stanowiących łącznie bardzo dobrze wyposażone laboratorium geologiczne i meteorologiczne. Curiosity potrafi robić zdjęcia w niemal każdy wyobrażalny sposób, pobrać próbki skał i wykonać ich analizę spektrograficzną, a nawet zbadać przedmioty na odległość, odparowując ich powierzchnię laserem i obserwując powstające spaliny.
Od najmniejszego do największego: Sojourner (1997), Spirit/Opportunity (2004), Curiosity (2012) - NASA
BAE RAD750 - kosmiczny procesor
Sygnał radiowy biegnie z Ziemii na Marsa ok. 13 minut i 46 sekund (w dniu lądowania Curiosity). Do tego bezpośrednia komunikacja jest możliwa tylko przez pół marsjańskiej doby, kiedy planeta jest odwrócona łazikiem w stronę Ziemii. Przez resztę czasu sygnały będą przekazywać dwie z trzech sond na orbicie Marsa, ale ten kanał komunikacji ma znacznie niższą przepustowość.
Z takim opóźnieniem w komunikacji nie sposób zdalnie sterować łazikiem na żywo, tak jak to robili rosyjscy naukowcy z księżycowymi Łunochodami. Dlatego łazik jest w dużym stopniu autonomiczny: otrzymuje ogólne instrukcje, a konkretne czynności wykonuje na własną rękę. Wszystkim steruje podwójny komputer pokładowy: w razie awarii jednego sterowanie przejmie drugi. Sercem obu komputerów jest procesor RAD750 – produkowana przez BAE Systems specjalna wersja procesora PowerPC 750. PowerPC 750 był używany miedzy innymi w starszych komputerach Mac, konsoli Nintendo GameCube albo (podobno) Nintendo Wii. Wyjątkowość RAD750 polega na tym, że jest odporny na promieniowanie kosmiczne.
Poza polem magnetycznym i atmosferą Ziemii, które doskonale nas chronią przed wiatrem słonecznym i wysokoenergetycznymi cząstkami spoza Układu Słonecznego, zwykły procesor nie funkcjonował by poprawnie. Wysokoenergetyczna cząstka, która trafi w krzemowy układ scalony może wywołać skok napięcia, zakłócenie sygnału – czyli wprowadzić fałszywe dane. Może też wybić atomy w strukturze krystalicznej z ich miejsc, trwale degradując układ scalony. Żeby uniknąć takich usterek, w układ scalony wbudowuje się więcej niż zwykle funkcji kontrolnych. Zamiast zwykłych wafli krzemowych używa się bardziej odpornych podłoży, na przykład szafiru albo krzemu z grubą warstwą dwutlenku krzemu (SOI). Obudowa jest też wykonywana z ekranujących materiałów.
Curiosity - NASA
RAD750 jest wykonany w procesie technologicznym 150 nanometrów na podłożu SOI. Składa się z 10,4 miliona tranzystorów, ma powierzchnię około 130 mm² i jest taktowany zegarem 200 MHz. W obliczeniach na liczbach całkowitych ma wydajność ponad 200 MIPS, czyli tyle, ile Pentium pierwszej generacji taktowany zegarem 133-150 MHz. To znaczy, że 70 takich procesorów dogoniłoby w obliczeniach... procesor z Samsunga Galaxy S III.
Oba zapasowe komputery mają po 256 megabajtów RAM-u i po 2 gigabajty pamięci flash na system i oprogramowanie. Całością zarządza system operacyjny VxWorks. Oprogramowanie może być oczywiście aktualizowane: komputery Curiosity mają po 256 kilobajtów pamięci tylko do odczytu przeznaczonej na firmware. W trakcie trwającego 254 dni lotu naukowcy stworzyli już dwie nowe wersje: jedną przesłano na statek kosmiczny w maju i od razu zainstalowano. Druga aktualizacja została przesłana w czerwcu, ale zostanie zainstalowana dopiero kilka dni po lądowaniu.
Inna elektronika
Oprócz instrumentów typowo naukowych Curiosity jest wyposażony przed wszystkim w dużą liczbę aparatów cyfrowych i kamer. Pięć z nich służy celom badawczym:
- Mastcam 100 – aparat kolorowy, o rozdzielczości 1600×1200 pikseli, z obiektywem o ogniskowej 100 mm i 8 gigabajtami pamięci na zdjęcia
- Mastcam 34 – jak wyżej, ale z obiektywem 34 mm (o wiekszym kącie widzenia)
- MAHLI (Mars Hand Lens Imager) – aparat kolorowy, 1600×1200, umieszczony na końcu robotycznego ramienia. Łapie ostrość już z odległości 21 milimetrów i będzie używany do robienia zdjęć makro oraz zdjęć diagnostycznych samego łazika.
- MARDI (Mars Descent Imager) – aparat kolorowy, 1600×1200, będzie robił 4 zdjęcia na sekundę podczas końcowego etapu lądowania.
- ChemCam – aparat czarno-biały o rozdzielczości 1024×1024 piksele
Kolejnych 12 czarno-białych aparatów o rozdzielczości 1024×1024 służy jako oczy łazika i pozwoli mu zidentyfikować i ominąć przeszkody. Są umieszczone parami (aktywny i zapasowy): dwie pary z przodu, dwie pary z tyłu i dwie pary na maszcie.
Mnóstwo innych instrumentów i anten komunikacyjnych jest koniecznych do działania najbardziej zaawansowanego zdalnie sterowanego pojazdu świata. O szczegółach możecie przeczytać na stronie NASA albo Wikipedii. Ale już tyle informacji pokazuje nam, że przysłowiowa kosmiczna technika w niektórych aspektach jest w tyle za przeciętnym smartfonem
PCLab
