Nauka  / Artykuł

„Mój Xiaomi robi lepsze zdjęcia niż marsjański łazik za miliardy dolarów”. Jakie kamery i procesory ma Perseverance?

Picture of the author

Dzięki lądowaniu łazika Perseverance na Marsie odnowiło się zainteresowanie tymi urządzeniami. Pojawiają się dyskusje, rozczarowanie „niską jakością zdjęć” i pytania o to, jaki komputer pokładowy znajduje się w sercu łazika.

Po przeczytaniu któregoś z kolei komentarza typu „ileś tam miliardów dolarów wydane, a zdjęcia robi słabe”, postanowiłem przyjrzeć się sprzętowi komputerowemu znajdującemu się na pokładzie Perseverance.

Warto na początku zaznaczyć, że sprzęt znajdujący się w tego typu urządzeniach nie jest nigdy nowością techniczną, jest za to sprawdzony i przetestowany, a ewentualne niedociągnięcia i błędy są poprawione lub znane od lat. Ma to znaczenie, gdy coś ma działać miliony kilometrów od nas i może zagrozić niepowodzeniem misji, która kosztowała miliardy.

Drugą zasadą, oprócz technicznej dojrzałości sprzętu komputerowego, jest oszczędność energii. Ma to konsekwencje w postaci braku nadwyżki obliczeniowej w procesorach - nie mają one taktowania liczonego w gigahercach, jeśli nie jest to potrzebne. Dlaczego tak jest? W perspektywie lat użytkowania liczy się każdy dodatkowy wat zużytkowanej energii.

Co jest potrzebne w sprzęcie komputerowym na pokładzie marsjańskiego łazika?

Przede wszystkim potrzebna jest maksymalna niezależność. Praca zdalna, czyli tzw. teleoperacja lub zdalne sterowanie łazikiem nie jest możliwa ze względu na odległość i opóźnienie sygnału radiowego. Opóźnienie to ma od 8 minut (gdy Ziemia i Mars są najbliżej siebie) do około 40 minut (gdy obie planety znajdują się w najdalszych względem siebie punktach swoich orbit). Dodatkowo, kontakt za pomocą Deep Space Network jest możliwy zaledwie w tzw. oknach kilka razy na dobę.

O jeju jakie słabe zdjęcia! Mój Xiaomi robi lepsze!

Stąd powstała potrzeba zbudowania oprogramowania autonomicznego, które podejmuje decyzje od razu, na podstawie odczytów z sensorów. Ważną częścią oprogramowania autonomicznego jest świadomość przestrzenna (ang. spatial awareness), która wymaga zbudowania modelu 3D na podstawie fotografii otoczenia. Do tego służą kamery znajdujące się po bokach z każdej strony łazika Perseverance.

Kamery te nazywane są Hazcam (od angielskich słów hazard avoidance cameras - kamery służące do omijania zagrożeń). Jako część systemu świadomości przestrzennej i omijania zagrożeń, zostały włączone jako pierwsze i jako pierwsze przesłały obraz otoczenia. Aparaty Hazcam są czarno-białe i mają rozdzielczość 1024x1024 pikseli (czyli dokładnie jeden megapiksel). Oto i rozwiązanie zagadki „słabych zdjęć za miliardy”.

Na pokładzie Perseverance jest aż 19 aparatów fotograficznych, m.in. Mastcam-Z wyposażony w zoom oraz wyposażona w laser SuperCam. „Surowe” fotografie bez obróbki dostarczane z kamer łazika obejrzeć możemy tutaj.

Czy na tym procku w ogóle pójdzie Doom?

Procesory zawiadujace komputerem pokładowym wszystkich ostatnio wysłanych na misje łazików są prawie takie same.

Spirit oraz Opportunity (2004) miały wykonany przez IBM Federal Systems procesor typu „system on a chip”, czyli zintegrowany układ zawierający nie tylko CPU (podobnie jak np. Apple Silicon M1). W przypadku wspomnianych łazików był to RAD6000, procesor, który ma wzmocnioną odporność na promieniowanie. Dzięki tej odporności RAD6000 jest szeroko używany w sprzęcie kosmicznym: w użyciu jest ich około 200, w różnych lądownikach, sztucznych satelitach, pojazdach kosmicznych oraz właśnie na pokładach łazików. RAD6000 ma jednostkę centralną taktowaną z częstotliwością 20 MHz, adresuje 128 MB pamięci operacyjnej, a system zapisany jest na pamięci EEPROM o pojemności 3 MB.

Nowsze łaziki, np. Curiosity oraz Perseverance, korzystają już z nowej wersji tego procesora. Jest to RAD750 produkowany przez firmę BAE Systems Electronic Systems, która w tej chwili jest właścicielem IBM Federal Systems. Stąd kontynuacja tej linii procesorów pod marką innego producenta.

RAD750 to kolejny „komputer w chipie”, ze wzmocnioną odpornością na radiację. Używany jest w około 150 pojazdach kosmicznych, np. w sondzie Deep Impact, w MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) oraz właśnie w łazikach Curiosity i Perseverance. Nowy procesor jest już dużym postępem technologicznym: CPU taktowane z częstotliwością 200 MHz to o wiele więcej niż w poprzednim modelu. Nie bez znaczenia jest też adresowanie 256 MB pamięci operacyjnej oraz obsługa pamięci Flash do 2 GB.

Odpowiadając na pytanie: oryginalny Doom z 1993 roku powinien dać się uruchomić na Curiosity i Perseverance, jednak nie będzie to takie proste na starszym sprzęcie, np. Opportunity, ze względu na zbyt słaby procesor.

Jaki system operacyjny jest używany przez marsjańskie łaziki?

Wbrew ostatnim plotkom, nie jest to Linux. Wszystkie łaziki od Pathfindera (1997) pracują pod kontrolą systemu operacyjnego VxWorks.

VxWorks jest systemem czasu rzeczywistego produkowanym od 1987 roku przez firmę Wind River Systems. VxWorks jest jednym ze standardów dla systemów wbudowanych, ostatnio przeżywającym renesans dzięki popularności rozwiązań typu Internet-of-Things. Mogliśmy z nim mieć również do czynienia nieświadomie, jeśli posiadamy samochód, który posiada komputer pokładowy oraz system telemetryczny pracujący pod kontrolą tego systemu. Mógł to być m.in. Volkswagen, BMW oraz Renault. System wbudowany jest również w liczne sprzęty biurowe, np. drukarki Brother oraz niektóre routery Linksys.

Ze względu na swoją wydajność i wiarygodność, VxWorks jest używany w łazikach do dziś. Jednak oprócz tego projektu o nieznanym mi statusie, nie wiem nic o tym, aby udało się przeportować Dooma na ten system. Nie powinno być to jednak niemożliwe.

przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst


przeczytaj następny tekst