El último Apple Watch tiene 16 veces la memoria del procesador central del rover Mars 2020 de la NASA. Para el nuevo iPhone, 64 veces la memoria del rover del tamaño de un automóvil viene de serie.
Durante décadas, la gente descartó las comparaciones de los procesadores terrestres y espaciales al señalar la fuerte radiación y las temperaturas extremas que enfrentan los dispositivos electrónicos basados en el espacio. Solo los componentes hechos a la medida para los vuelos espaciales y que se demostró que funcionan bien después de muchos años en órbita se consideraron lo suficientemente resistentes para las misiones multimillonarias de las agencias espaciales.
Si bien esa puede ser la mejor apuesta para las misiones de alto perfil en el espacio profundo, las naves espaciales que operan más cerca de la Tierra están adoptando procesadores a bordo de última generación. Las próximas misiones requerirán una capacidad informática aún mayor.
Los sensores satelitales producen "una enorme cantidad de datos en forma de investigación científica, observación de la Tierra, seguridad nacional", dijo por correo electrónico Naeem Altaf, ingeniero distinguido de IBM y director de tecnología de IBM Space Tech. “Para extraer el valor rápido de los datos, necesitaremos acercar la computación a los datos”.
Considere la observación de la Tierra. Tradicionalmente, las imágenes electroópticas y los datos de radar de apertura sintética se han enviado a tierra para su procesamiento. Ese sigue siendo en gran medida el caso, pero los nuevos sensores de observación de la Tierra continúan expandiendo el volumen de datos adquiridos en órbita, a veces de manera bastante dramática. Al mismo tiempo, los clientes están ansiosos por acceder rápidamente a los conocimientos extraídos de varios conjuntos de datos.
La observación del tiempo es un buen ejemplo. Los modelos meteorológicos numéricos combinan grandes cantidades de datos extraídos de sensores espaciales, aéreos, marítimos y terrestres. Si bien nadie propone ejecutar los algoritmos de pronóstico en los satélites, AAC Clyde Space, la compañía sueca que suministra la aviónica central para el Arctic Weather Satellite de la Agencia Espacial Europea, ve mejoras en el procesamiento a bordo como una forma de acelerar la entrega de datos meteorológicos.
“Vemos una oportunidad en el futuro para hacer mucho procesamiento a bordo: preparar datos, comprimir datos y comenzar a fusionar datos”, dijo Luis Gomes, director ejecutivo de AAC Clyde Space. “Nuestro objetivo son las observaciones meteorológicas en tiempo real desde el espacio. Para eso, necesitamos empaquetar los datos de manera eficiente y efectiva para reducir la cantidad de tiempo que estamos bajando”.
Los sensores hiperespectrales también producen enormes conjuntos de datos que hacen que el procesamiento a bordo sea "bastante crítico", dijo Gomes.
Algunas de las nuevas computadoras satelitales se dedicarán a procesar datos de sensores. Otros ayudarán a las naves espaciales a coreografiar operaciones complejas.
Es probable que los futuros satélites operen en enjambres, comunicándose a través de enlaces entre satélites y trabajando juntos para capturar conjuntos de datos únicos y ampliar las redes de comunicaciones. Eventualmente, las constelaciones emplearán inteligencia artificial para resolver problemas, por ejemplo, reparando o reposicionando satélites en función del análisis a bordo de su estado y rendimiento, lo que requerirá un procesamiento de borde extenso, dijo Chuck Beames, presidente de SmallSat Alliance, una asociación de la industria.
SOLUCIONES COMERCIALES
El procesamiento perimetral, que acerca la computación a las fuentes de datos, es cada vez más popular en la Tierra. Las compañías de petróleo y gas, por ejemplo, analizan datos cerca de sensores que monitorean equipos pesados en sitios remotos para identificar rápidamente problemas en los equipos y reducir los gastos de comunicaciones y almacenamiento de datos.
Empresas que van desde IBM y Hewlett Packard Enterprise hasta nuevas empresas de todo el mundo se están posicionando para satisfacer lo que ven como una demanda inevitable de procesamiento de borde mejorado basado en el espacio, comenzando a bordo de satélites y extendiéndose a centros de datos en la órbita terrestre y lunar.
Exodus Orbitals, una startup canadiense que alquila servicios satelitales a desarrolladores de aplicaciones de software, estableció Edge Computing in Space Alliance en noviembre. La organización rápidamente atrajo a casi dos docenas de miembros.
Uno de los miembros, Ramon.Space, anuncia "sistemas de supercomputación resistentes al espacio". Si bien se parecen poco a las supercomputadoras terrestres, son muy diferentes de las computadoras de vuelo espacial de baja capacidad y "mucho más cercanas al tipo de capacidad informática que tenemos en la Tierra", dijo Lisa Kuo, vicepresidenta de ventas estratégicas de Ramon.Space, una firma israelí establecida en 2004 que se está expandiendo internacionalmente. "Revisamos los sistemas de computación espacial con un peine de dientes muy finos y adoptamos la técnica óptima de endurecimiento por radiación para cada componente".
En contraste con el enfoque personalizado, la startup Exo-Space de Pasadena, California, ofrece FeatherEdge, una plataforma que aplica inteligencia artificial y aprendizaje automático a los datos de observación de la Tierra para extraer rápidamente información valiosa.
A largo plazo, Exo-Space planea "adaptar la tecnología a los casos de uso más generales, como la gestión de constelaciones o el mantenimiento predictivo", dijo el director ejecutivo Jeremy Allam.
Spiral Blue, con sede en Sídney, también aplica inteligencia artificial a las imágenes de la Tierra con su computadora Space Edge.
“Los satélites pueden capturar muchos más datos de los que realmente pueden traer”, dijo Taofiq Huq, fundador y director ejecutivo de Spiral Blue. Con un procesamiento a bordo mejorado, los satélites pueden resaltar y descargar la información más importante, como la ubicación de los barcos para el seguimiento de embarcaciones marítimas, agregó.
ENCAJAR
Otras firmas se especializan en empaquetar computadoras terrestres para vuelos espaciales. OrbitsEdge, por ejemplo, trabaja con clientes, incluido HPE, para proporcionar protección contra la radiación y sistemas de gestión térmica que permiten que las computadoras diseñadas para aplicaciones terrestres funcionen en órbita.
“Al confiar en la tubería de computación de alta potencia, tenemos la seguridad de que todo lo que estemos volando es lo más moderno”, dijo Rick Ward, director de tecnología y fundador de OrbitsEdge con sede en Titusville, Florida. “Cuando pasamos a la computación cuántica, y ya hemos tenido conversaciones con algunas de las empresas de computación cuántica, también podemos hacerlo”.
Cosmic Shielding Corp. adopta un enfoque similar, pero en lugar de centrarse en proteger los procesadores, la startup de Atlanta desarrolló un polímero impreso en 3D para proteger a las personas y los dispositivos electrónicos en órbita.
“Puedes construir un bus satelital con este material y brindará mejoras significativas”, dijo Yanni Barghouty, fundador y director ejecutivo de Cosmic Shielding. “En este momento, estamos viendo una reducción de la tasa de dosis de radiación de alrededor del 60 al 70 por ciento en comparación con los materiales tradicionales”.
EXTENDIENDO EL BORDE
Además de mejorar el procesamiento a bordo, las empresas están instalando procesadores de última generación en estaciones terrestres y haciendo planes para lanzar constelaciones dedicadas al procesamiento de datos.
“La computación perimetral se puede realizar en diferentes segmentos, según el caso de uso y la criticidad de los datos”, dijo Altaf de IBM. “Podemos tener satélites de cómputo dedicados, que tienen la tarea de asumir las cargas útiles pesadas en órbita y realizar servicios de cómputo para otros satélites”.
Si la historia sirve de guía, la demanda de procesamiento de datos en órbita seguirá aumentando. Las generaciones sucesivas de aplicaciones terrestres requieren invariablemente memoria y velocidad de procesamiento adicionales.
En el espacio, como en tierra, "lo quieres más rápido, quieres mejores redes y más potencia", dijo Mark Fernandez, investigador principal de HPE para Spaceborne Computer-2 en la Estación Espacial Internacional.
Este artículo apareció originalmente en la edición de enero de 2022 de la revista SpaceNews.
