Dzięki HPE Spaceborne Computer-2, proces przetwarzania danych na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) został 2000-krotnie przyśpieszony. Dodatkowo, dzięki systemowi pomyślnie przeprowadzono eksperymenty z wykorzystaniem sztucznej inteligencji, 5G, sekwencjonowania DNA, przetwarzania i interpretacji obrazu, oraz technologii druku 3D. W rezultacie udało się skrócić otrzymywanie wyników z obliczeń z miesięcy do minut.
HPE Spaceborne Computer-2 (SBC-2) jest pierwszym komercyjnym rozwiązaniem edge computing, które umożliwia przetwarzanie danych na brzegu sieci w czasie rzeczywistym w kosmosie. Dzięki wspólnym wysiłkom Hewlett Packard Enterprise (HPE) i Krajowego Laboratorium ISS, SBC-2 został wysłany do stacji w lutym 2021 roku, a w maju zainstalowano go na ISS. Składa się on z rozwiązań firmy HPE z dziedziny przetwarzania danych na brzegu sieci, w który wchodzą system HPE Edgeline Converged EL4000 Edge oraz serwer HPE ProLiant DL360. Umożliwią one pozyskiwanie i przetwarzanie danych z różnorodnych urządzeń w obszarach takich jak przetwarzanie brzegowe, czyli poza rdzeniem sieci, obliczenia dużej skali (HPC) i sztuczna inteligencja.
Poprzez wykorzystanie komputera Spaceborne Computer-2 na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, wspomagamy społeczność naukową, która stawia sobie za cel dokonywanie przełomów naukowych przynoszących korzyści całej ludzkości, zarówno w przestrzeni kosmicznej, jak i tutaj na Ziemi. Projekt zaowocował już ukończeniem 24 eksperymentów prowadzonych przez różne instytucje, pokazujących nowe możliwości badania kosmosu i stanowiących kamienie milowe dla ludzkości. — dodaje dr Mark Fernandez, główny badacz w projekcie Spaceborne Computer-2 w HPE.
20 000-krotne przyspieszenie analizy danych
HPE Spaceborne Computer-2 zapewnia przetworzenie danych w trudnych środowiskach brzegowych, takich jak przestrzeń kosmiczna. To z kolei umożliwia astronautom i badaczom bardzo szybkie wysyłanie danych, które zostały dodatkowo skompresowane, na Ziemię. Dotychczas przesłanie 1,8 GB surowych danych sekwencji DNA trwało średnio 12,2 godziny. Dzięki SBC-2, naukowcy na pokładzie stacji kosmicznej mogą przetworzyć te same dane w sześć minut. Po zebraniu wstępnych wniosków mogą następnie skompresować je do pliku o wielkości 92 KB i wysłać na Ziemię w ciągu zaledwie dwóch sekund, co oznacza 20 000-krotne przyspieszenie procesu.
W ciągu roku za pomocą HPE Spaceborne Computer-2 przeprowadzono dziesiątki eksperymentów z danymi, przetwarzając je w czasie rzeczywistym na brzegu sieci. Wyniki tych badań zostaną wykorzystane przez naukowców opracowujących przełomowe rozwiązania w dziedzinie eksploracji kosmosu, z takich instytucji jak Axiom, Cornell University, Comucore, Microsoft, NASA i Titan Space Technologies. Poniżej są przykłady eksperymentów, które odbyły się za pośrednictwem systemu HPE SBC-2.
• Zwiększenie bezpieczeństwa astronautów i ich samowystarczalności, dzięki metodzie
wykrywania uszkodzeń rękawic z wykorzystaniem sztucznej inteligencji
Astronauci często przebywają na spacerach kosmicznych, gdzie naprawiają sprzęt, instalują nowe instrumenty oraz modyfikują funkcje stacji. Ich rękawice stopniowo się zużywają, co może stanowić dla nich zagrożenie. W ramach eksperymentu prowadzonego przez NASA HPE i Microsoft wykorzystano zdjęcia i nagrania wideo zrobione w trakcie pracy, na których widać rękawice używane przez astronautów. Dane te zostały przetworzone przy użyciu Spaceborne Computer-2 z wykorzystaniem sztucznej inteligencji. Następnie wykorzystano model analizy rękawic w celu szybkiego poszukiwania śladów ich uszkodzeń. W przypadku wykrycia uszkodzenia generowane jest zdjęcie z adnotacją sztucznej inteligencji, które jest natychmiast wysyłane na Ziemię z zaznaczeniem miejsc, które powinny zostać przeanalizowane przez inżynierów NASA.
• Automatyczna interpretacja zdjęć satelitarnych po kataklizmach
NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) prowadzi obserwację Ziemi z kosmosu pod kątem badań naukowych, obserwacji zmian klimatu i wsparcia dla instytucji zajmujących się reagowaniem kryzysowym. Wykorzystując Spaceborne Computer-2 w połączeniu ze wbudowanymi procesorami, laboratorium NASA JPL przetestowało technologię uczenia maszynowego – deep learning inference networks, aby automatycznie interpretować obrazy pozyskane zdalnie w miejscach klęsk żywiołowych. Za pomocą tej techniki można określić wielkość obszaru dotkniętego powodzią wywołaną np. huraganem, czy też określić stopień zniszczeń budynków po trzęsieniu ziemi. W przyszłości techniki te będą mogły zostać wykorzystane na pokładzie statków kosmicznych, aby szybko dostarczać właściwym organom analizy pomocne w usuwaniu skutków klęsk żywiołowych.
• Druk 3D w przestrzeni kosmicznej
Ludzkość planuje dalekie podróże kosmiczne, podczas których transport z Ziemi materiałów do naprawy lub budowy nowego sprzętu byłby niewykonalny lub zbyt długotrwały. Cornell Fracture Group, działająca przy Cornell University, opracowała oprogramowanie do modelowania, symulujące drukowanie 3D części metalowych, a nawet przewidujące usterki i deformacje. Oprogramowanie to zostało pomyślnie przetestowane na Spaceborne Computer-2 i potwierdzono, że może ono być używane w kosmosie do cyfrowej symulacji konkretnej części i analizy jej rzeczywistego zachowania.
• Rozszerzenie możliwości sieciowych na ISS, dzięki prototypowemu rdzeniowi 5G
Cumucore, dostawca rozwiązań w obszarze prywatnych sieci komórkowych, przetestował na Spaceborne Computer-2 swoją sieć szkieletową 5G oraz inne funkcje, co pozwoliło naśladować bieżące możliwości stacji bazowej i urządzeń użytkowników końcowych. Testy potwierdziły możliwość zainstalowania najnowocześniejszych funkcjonalności 5G na wybranych satelitach i statkach kosmicznych, co wynosi komunikację w kosmosie na nowy poziom. Jest to również istotne w kontekście nowych możliwości wykorzystania technologii 5G, które pojawią się już niebawem ze względu na szybką komercjalizację przestrzeni kosmicznej.
• Współpraca ze studentami w ramach konkursu Codewars
W ramach współpracy z uczelniami na całym świecie, obejmującej mentoring i wsparcie badań STEM, firma udostępniła SBC-2 studentom z Indii działającym w Codewars – społeczności edukacyjnej, będącej również konkursem programowania. Projekty w dużej mierze koncentrowały się na opracowywaniu kodu przy użyciu języków C++, Python i Fortran. W jednym z projektów wykorzystano C++ i twierdzenie Pitagorasa do obliczenia ilości paliwa potrzebnej do podróży kosmicznej o określonej długości.
