Komputer na ISS. Wykorzystuje ponad 130 TB pamięci flash

Na zdjęciach pokazujących życie astronautów na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej rzucają się w oczy wszechobecne laptopy. Pełnią one dwie podstawowe role, część z nich to tak zwane SSC (Station Support Computer), czyli urządzenia wspierające funkcjonowanie urządzeń na stacji i zapewniające wizualny interfejs użytkownika. Takich komputerów jest około 50.

Druga kategoria to PCS (Personal Computer System), czyli sprzęt użytkowany bezpośrednio przez każdego z astronautów i kosmonautów na orbicie. Jest ich jeszcze więcej niż komputerów zarządzających działaniem różnych modułów i eksperymentów na MSK.

Jakie komputery znajdują się na MSK i do czego służą?

Używane na MSK laptopy to urządzenia marek ThinkPad (najpierw IBM, teraz Lenovo), a także modele HP i Dell. Nie ma teoretycznie przeciwskazań do użytkowania dowolnego typu komputera, jednak sprawdzają się i otrzymują certyfikaty te, które najlepiej radzą sobie z trudnymi warunkami (promieniowanie) i są odporne na różnego typu uszkodzenia. Nie są to też koniecznie najnowsze produkty, wręcz przeciwnie, im bardziej zintegrowana elektronika, tym trudniej jej przetrwać bez usterek w kosmosie.

Praca, komunikacja, rozrywka, bez laptopów życie na MSK byłoby inne. (fot: ESA)

W praktyce żaden laptop nie jest do tego przystosowany, nawet jeśli spełnia rygorystyczne normy podczas produkcji na Ziemi. Dlatego na MSK są też komputery wyspecjalizowane i specjalnie zabezpieczone przez błędami funkcjonowania (DMS, Data Management System). Odpowiadają one za nawigację i sterowanie pozycją MSK na orbicie. Synchronizują i zarządzają funkcjonowaniem witalnych dla stacji systemów, a także komunikacją z Ziemią.

Nie są to zbyt wydajne urządzenia (bazują na specjalnych jednostkach do pracy w kosmosie, albo procesorach z masowej produkcji z początku lat 90. XX wieku), ale podobnie jak te stosowane na pokładzie sond wysyłanych w dalsze zakątki Układu Słonecznego, o konstrukcji wyjątkowo odpornej na promieniowanie kosmiczne. Nie są to nawet urządzenia będące komputerami z perspektywy domowego użytkownika, gdyż wiele z nich jest dostosowanych do pełnienia pojedynczych funkcji.

Nie brakuje na MSK także tabletów, których mobilność jest niezastąpiona.

HPE Spaceborne Computer - superkomputer w kosmosie

W kwietniu 2017 roku misja SpaceX CRS-12 dostarczyła na MSK pierwszą wersję HPE Spaceborne Computer, urządzenia, które miało być testem komercyjnej seryjnie produkowanej maszyny o możliwościach obliczeniowych superkomputera. Test miał udowodnić, że taka maszyna jest w stanie działać w kosmosie przez przynajmniej rok.

Pierwsza generacja HPE Spaceborne computer jaka trafiła na MSK. (fot: NASA)

Misja HPE Spaceborne Computer okazała się sukcesem. W trakcie testów, które trwały 615 dni, MSK dokonała 9562 obiegi Ziemi, przy czym 6879 razy przelatywała w rejonie anomalii południowoatlantyckiej. To miejsce, gdzie planetarne pole magnetyczne jest osłabione, co powoduje wystawienie załogi jak i sprzętu MSK na chwilowo wzmocnione promieniowanie kosmiczne. Urządzenie powróciło na Ziemię, gdzie zostało szczegółowo zbadane.

Kolejna misja HPE Spaceborne Computer była wciąż misją eksperymentalną, która zaowocowała opracowaniem doskonalszych algorytmów wspierających eliminację błędów powstających wewnątrz sprzętu (szczególnie w pamięci) na orbicie. Tym razem jednakże załoga mogła w większym stopniu wykorzystać moc obliczeniową kosmicznego superkomputera do wsparcia realizowanych eksperymentów.

Superkomputer HPE Spaceborne Computer na Międzynarodowej Stacji Kosmiczne czyni tę jednostkę naukową bardziej niezależną od ziemskiej infrastruktury badawczej niż kiedykolwiek wcześniej.

Drugi HPE Spaceborne Computer trafił na orbitę w lutym 2021 roku, a w maju został uruchomiony. Korzyści były nieoceniowe. Dla przykładu czas analizy danych sekwencji DNA, która wcześniej zajmowała ponad 12 godzin i wymagała przesłania danych na Ziemię, skrócony został do 6 minut. Dzięki temu na Ziemię wysyłany jest już nie 1,8 GB plik, a jedynie 92 kB rezultatów, co trwa tylko 2 sekundy (wraz z kompresją danych na pokładzie stacji).

Druga generacja HPE Spaceborne Computer na MSK. (fot: NASA)

Nowy HPE Spaceborne Computer pozwolił wprowadzić algorytmy AI na pokład MSK. Były one pomocne przy analizie uszkodzeń kombinezonów, szczególnie rękawic stosowanych podczas wyjść na zewnątrz stacji. Ułatwiona została interpretacja zdjęć satelitarnych, symulowanie takich procesów jak zaawansowany druk 3D. Z pomocą tego superkomputera testowano też sieć 5G. W ciągu roku przeprowadzono 24 duże eksperymenty.

Trzecia generacja HPE Spaceborne Computer już na orbicie

Rok 2024 zaowocował wyniesieniem pod koniec stycznia wraz z misją zaopatrzeniową Northrop Grumman w pojeździe Cygnus kolejnej, trzeciej już generacji HPE Spaceborne Computer.

Technicznie rzecz ujmując to urządzenie, które bazuje na rozwiązaniach serwerowych HPE Edgeline i ProLiant. Wykorzystuje ponad 130 TB pamięci flash KIOXIA. To największa pojemność pamięci, jaką kiedykolwiek wysłano na stację kosmiczną w ramach pojedynczej misji. Pamięć tworzą następujące podzespoły dyskowe - 4x KIOXIA 960 GB RM Series Value SAS o pojemności 960 GB, 8x XG Series NVMe o pojemności 1024 GB oraz 4x PM6 Enterprise SAS SSD o pojemności 30,72 TB.

HPE Spaceborne Computer (fot: HPE)

Dzięki najnowszej wersji HP Spaceborne Computer, szybkość przetwarzania i przesyłania danych będzie zwiększona o 50 procent względem, drugiej generacji tego superkomputera. A już tamta umożliwiała przyśpieszenie prac o około 20 tysięcy razy.

Czasy, gdy tak wydajne komputery będą obecne na pokładzie bezzałogowych pojazdów kosmicznych na pewno szybko nie nadejdą, ale obecne eksperymenty pokazują, że coraz obecne rozwiązania superkomputerowe coraz lepiej nadają się do pracy w kosmosie. A z pewnością będą potrzebne, gdy ludzie trafią nie tylko na Księżyc, ale też na Marsa z planem pozostania tam na dłużej.

Źródło: HPE, NASA, inf. własna, fot wejsciowe: SpaceX/ESA/NASA