Ein revolutionäres orbitales Rechenzentrum ist erfolgreich auf der Internationalen Raumstation (ISS) angekommen und läutet damit eine neue Ära in der Entwicklung der Weltraum-Datenverarbeitung ein. Dieser fortschrittliche Technologiedemonstrator, gesponsert vom Nationalen Labor der ISS, stellt einen entscheidenden Schritt zur Verwirklichung zukünftiger kommerzieller Raumstationen dar. Das Projekt, das im Rahmen der 33. kommerziellen Versorgungsmission des Unternehmens SpaceX für die NASA zur Station gelangte, ist das Ergebnis einer Zusammenarbeit zwischen dem Unternehmen Axiom Space, einem kommerziellen Dienstleister für das Nationale Labor der ISS, und dem weltweit führenden Anbieter von Open-Source-Software, dem Unternehmen Red Hat.

Eine neue Ära der Datenverarbeitung im Orbit

Das Hauptziel dieses bahnbrechenden Vorhabens ist es, die Fähigkeit des Systems zu testen, eine erheblich gesteigerte Speicherkapazität und, was noch wichtiger ist, die Verarbeitung von Daten in Echtzeit direkt im Weltraum bereitzustellen. Bisher musste die überwiegende Mehrheit der bei Experimenten und Operationen auf der ISS generierten Daten zur Analyse zur Erde gesendet werden. Dieser Prozess ist nicht nur langsam, sondern auch von begrenzten und oft überlasteten Kommunikationskanälen abhängig. Die Einführung eines lokalen Rechenzentrums im Orbit hat das Potenzial, dieses Paradigma drastisch zu verändern. Indem die Datenverarbeitung am Ort ihrer Entstehung ermöglicht wird, verringert dieses System die Abhängigkeit von der Bandbreite der Kommunikationsverbindung zur Erde, einer Ressource, die im Weltraum äußerst wertvoll und begrenzt ist. Tony James, leitender Architekt für Wissenschaft und Weltraum bei Red Hat, betont, dass diese Technologie Entscheidungen in kritischen Zeitrahmen ermöglichen und ein höheres Maß an Autonomie in Weltraummissionen einführen könnte. „Stellen Sie sich eine Situation vor, in der ein Experiment im Weltraum stattfindet und eine dringende Entscheidung getroffen werden muss. Mit diesem System müssen Sie nicht stunden- oder sogar tagelang auf Rückmeldungen und Anweisungen von der Erde warten“, erklärte James.

Technologie für extreme Bedingungen geschaffen

Das Herzstück dieses Projekts ist ein von Axiom Space entwickelter Prototyp eines Rechenzentrums, das von Red Hat Device Edge angetrieben wird. Dabei handelt es sich um eine fortschrittliche Softwareplattform, die für den Betrieb am Rande des Netzwerks, also an von der zentralisierten Infrastruktur entfernten Standorten, konzipiert ist. Die Software wurde unter Verwendung von Open-Source-Technologie entwickelt, was die Zusammenarbeit und Innovation unter Entwicklern weltweit fördert. „Diese Demonstration beweist, dass die auf Open Source basierende Entwicklung das Potenzial der Welt wirklich freisetzt, selbst 400 Kilometer über der Erde, wo die Raumstation umkreist“, betonen sie bei Red Hat. Die Datenverarbeitung im Weltraum steht vor einzigartigen und extremen Herausforderungen. Die in einer solchen Umgebung eingesetzte Softwareplattform muss eine außergewöhnliche Widerstandsfähigkeit gegenüber Schäden durch raue Bedingungen, einschließlich ständiger Strahlung, aufweisen und die Fähigkeit zur selbstständigen Wiederherstellung, also zur „Selbstheilung“, mit minimaler oder keiner menschlichen Intervention besitzen. Das System, das jetzt auf der ISS getestet wird, wurde genau mit diesen Fähigkeiten im Hinterkopf entwickelt. Es muss Ressourcen autonom verwalten, Fehler erkennen und sich von ihnen erholen, um den kontinuierlichen Betrieb kritischer Anwendungen zu gewährleisten.

Kosmische Herausforderungen meistern

Die Entwicklung und Implementierung von Rechenzentren im Weltraum erfordern die Lösung einer Reihe von technischen Hürden, die auf der Erde in diesem Ausmaß nicht existieren. Eine der größten Herausforderungen ist die kosmische Strahlung, die elektronische Bauteile beschädigen und zu Datenfehlern, sogenannten „Bitflips“, führen kann. Daher muss die Hardware entweder speziell gehärtet (strahlungsresistent) sein oder die Software muss intelligent genug sein, um solche Fehler im laufenden Betrieb zu erkennen und zu korrigieren. Ein weiterer Schlüsselfaktor sind die Energiebeschränkungen. Auf der Raumstation ist jedes Watt elektrischer Energie kostbar. Das Rechenzentrum muss äußerst energieeffizient sein, um die Stromversorgungssysteme der Station nicht zu überlasten. Die dritte Herausforderung ist die Isolation von Unterstützungssystemen. Techniker können ein defektes Teil nicht einfach wie in einem terrestrischen Rechenzentrum austauschen. Deshalb ist die bereits erwähnte Fähigkeit des Systems zur Selbstdiagnose und -wiederherstellung von entscheidender Bedeutung. Die Softwareplattform muss in der Lage sein, Aufgaben von defekter auf funktionierende Hardware umzuleiten und den Betrieb ohne Unterbrechung fortzusetzen. Dies legt den Grundstein für zukünftige, vollständig autonome Systeme auf kommerziellen Raumstationen, die sich in hohem Maße auf Automatisierung stützen werden.

Zukunftsvision: Von der Medizin zur Produktion im Orbit

Obwohl die Datenverarbeitung seit Jahrzehnten im Weltraum eingesetzt wird, hat sich der Fokus nun darauf verlagert, wie fortschrittliche Rechenfähigkeiten den Umfang der Weltraumoperationen verbessern und erweitern können. Die potenziellen Anwendungen sind zahlreich und vielfältig. Beispielsweise könnte die fortschrittliche Datenverarbeitung zur Überwachung der Gesundheit von Astronauten bei zukünftigen Missionen zum Mond oder Mars eingesetzt werden. Mit Sensoren ausgestattete Raumanzüge könnten in Echtzeit Daten über Lebensfunktionen wie Herzfrequenz und Atemfrequenz an eine zentrale Einheit innerhalb des Raumfahrzeugs oder der Basis senden. „Edge Computing“ könnte dann mithilfe prädiktiver Modelle der künstlichen Intelligenz diese Daten analysieren und Anomalien sofort erkennen. Wenn ein potenzielles Gesundheitsproblem erkannt wird, könnte das System den Astronauten und die Missionskontrolle sofort alarmieren, dass eine Rückkehr zur Basis erforderlich ist. Darüber hinaus könnte die Entwicklung erfolgreicher orbitaler Rechenzentren auch erhebliche Vorteile für die Technologie auf der Erde haben. Die Lehren, die aus der Steigerung der Energieeffizienz und der Widerstandsfähigkeit unter extremen Weltraumbedingungen gezogen wurden, können zur Verbesserung des Designs und des Betriebs von terrestrischen Rechenzentren sowie von denen in Flugzeugen angewendet werden, wodurch sie zuverlässiger und umweltfreundlicher werden. Diese Technologie ist entscheidend für zukünftige kommerzielle Raumstationen, wie die von Axiom Space entwickelte. Solche Stationen sind als Zentren für Forschung, Produktion und Weltraumtourismus konzipiert und benötigen für ihren Betrieb robuste Datenspeicher- und -verarbeitungssysteme. Ohne fortschrittliche Datenverarbeitung im Orbit wäre die Vision einer lebendigen und sich selbst erhaltenden wirtschaftlichen Aktivität in der niedrigen Erdumlaufbahn nicht realisierbar.