Na Międzynarodową Stację Kosmiczną (ISS) z powodzeniem dotarło rewolucyjne orbitalne centrum danych, rozpoczynając nową erę w rozwoju obliczeń kosmicznych. Ten zaawansowany demonstrator technologii, sponsorowany przez Laboratorium Narodowe ISS, stanowi kluczowy krok w kierunku realizacji przyszłych komercyjnych stacji kosmicznych. Projekt, który dotarł na stację w ramach 33. komercyjnej misji zaopatrzeniowej firmy SpaceX dla NASA, jest owocem współpracy między firmą Axiom Space, komercyjnym dostawcą usług dla Laboratorium Narodowego ISS, a globalnym liderem w dziedzinie oprogramowania open source, firmą Red Hat.

Nowa era przetwarzania danych na orbicie

Głównym celem tego pionierskiego przedsięwzięcia jest przetestowanie zdolności systemu do zapewnienia znacznie zwiększonej pojemności do przechowywania i, co ważniejsze, przetwarzania danych w czasie rzeczywistym bezpośrednio w kosmosie. Do tej pory ogromna większość danych generowanych podczas eksperymentów i operacji na ISS musiała być przesyłana na Ziemię w celu analizy. Ten proces jest nie tylko powolny, ale również zależny od ograniczonych i często przeciążonych kanałów komunikacyjnych. Wprowadzenie lokalnego centrum danych na orbicie ma potencjał drastycznej zmiany tego paradygmatu. Umożliwiając przetwarzanie danych w miejscu ich powstawania, system ten zmniejsza zależność od przepustowości łącza komunikacyjnego z Ziemią, zasobu, który w kosmosie jest niezwykle cenny i ograniczony. Tony James, główny architekt ds. nauki i przestrzeni kosmicznej w Red Hat, podkreśla, że technologia ta mogłaby umożliwić podejmowanie decyzji w krytycznych ramach czasowych i wprowadzić wyższy poziom autonomii w misjach kosmicznych. „Wyobraźcie sobie sytuację, w której w kosmosie odbywa się eksperyment i trzeba podjąć pilną decyzję. Dzięki temu systemowi nie będziecie musieli czekać godzinami, a nawet dniami na informację zwrotną i instrukcje z Ziemi” – wyjaśnił James.

Technologia stworzona do ekstremalnych warunków

W sercu tego projektu znajduje się prototypowe centrum danych opracowane przez Axiom Space, napędzane przez Red Hat Device Edge. Jest to zaawansowana platforma oprogramowania zaprojektowana do działania na brzegu sieci, czyli w lokalizacjach oddalonych od scentralizowanej infrastruktury. Oprogramowanie zostało opracowane przy użyciu technologii open source, co zachęca do współpracy i innowacji wśród programistów na całym świecie. „Ta demonstracja dowodzi, że rozwój oparty na otwartym kodzie źródłowym naprawdę uwalnia potencjał świata, nawet 400 kilometrów nad Ziemią, gdzie orbituje stacja kosmiczna” – podkreślają w Red Hat. Obliczenia w kosmosie stają przed unikalnymi i ekstremalnymi wyzwaniami. Platforma oprogramowania używana w takim środowisku musi posiadać wyjątkową odporność na uszkodzenia spowodowane surowymi warunkami, w tym ciągłym promieniowaniem, oraz musi mieć zdolność do samodzielnej regeneracji, czyli „samoleczenia”, przy minimalnej lub żadnej interwencji człowieka. System, który jest obecnie testowany na ISS, został zaprojektowany właśnie z myślą o tych zdolnościach. Musi on autonomicznie zarządzać zasobami, wykrywać błędy i odzyskiwać sprawność po nich, aby zapewnić ciągłe działanie kluczowych aplikacji.

Pokonywanie kosmicznych wyzwań

Rozwój i wdrożenie centrów danych w kosmosie wymagają rozwiązania szeregu przeszkód technicznych, które na Ziemi nie występują w takim stopniu. Jednym z największych wyzwań jest promieniowanie kosmiczne, które może powodować uszkodzenia komponentów elektronicznych i prowadzić do błędów w danych, znanych jako „przekłamania bitów”. Dlatego sprzęt musi być albo specjalnie wzmocniony (odporny na promieniowanie), albo oprogramowanie musi być na tyle inteligentne, aby rozpoznawać i korygować takie błędy w locie. Innym kluczowym czynnikiem są ograniczenia energetyczne. Na stacji kosmicznej każdy wat energii elektrycznej jest cenny. Centrum danych musi być niezwykle energooszczędne, aby nie przeciążać systemów zasilania stacji. Trzecim wyzwaniem jest izolacja od systemów wsparcia. Technicy nie mogą po prostu wymienić uszkodzonej części, tak jak zrobiliby to w naziemnym centrum danych. Dlatego kluczowa jest wcześniej wspomniana zdolność systemu do samodzielnej diagnostyki i odzyskiwania sprawności. Platforma oprogramowania musi być w stanie przekierowywać zadania z uszkodzonego sprzętu na sprawny i kontynuować pracę bez przerw. To kładzie podwaliny pod przyszłe, w pełni autonomiczne systemy na komercyjnych stacjach kosmicznych, które w dużej mierze będą polegać na automatyzacji.

Wizja przyszłości: Od medycyny po produkcję na orbicie

Chociaż obliczenia w kosmosie są używane od dziesięcioleci, obecnie nacisk przeniósł się na to, jak zaawansowane możliwości obliczeniowe mogą ulepszyć i rozszerzyć zakres operacji kosmicznych. Potencjalne zastosowania są liczne i zróżnicowane. Na przykład, zaawansowane obliczenia mogłyby być wykorzystywane do monitorowania zdrowia astronautów podczas przyszłych misji na Księżyc lub Marsa. Skafandry kosmiczne wyposażone w czujniki mogłyby w czasie rzeczywistym przesyłać dane o funkcjach życiowych, takich jak tętno i częstość oddechów, do jednostki centralnej wewnątrz statku kosmicznego lub bazy. „Przetwarzanie brzegowe” mogłoby następnie, wykorzystując predykcyjne modele sztucznej inteligencji, analizować te dane i natychmiast wykrywać anomalie. Jeśli zostanie wykryty potencjalny problem zdrowotny, system mógłby natychmiast zaalarmować astronautę i kontrolę misji o konieczności powrotu do bazy. Co więcej, rozwój udanych orbitalnych centrów danych mógłby przynieść znaczne korzyści dla technologii na Ziemi. Lekcje wyciągnięte ze zwiększania efektywności energetycznej i odporności w ekstremalnych warunkach kosmicznych mogą być zastosowane do ulepszenia projektowania i działania naziemnych centrów danych, a także tych używanych w samolotach, czyniąc je bardziej niezawodnymi i przyjaznymi dla środowiska. Ta technologia jest kluczowa dla przyszłych komercyjnych stacji kosmicznych, takich jak ta rozwijana przez Axiom Space. Takie stacje są pomyślane jako centra badań, produkcji i turystyki kosmicznej, a do ich funkcjonowania będą wymagały solidnych systemów przechowywania i przetwarzania danych. Bez zaawansowanych obliczeń na orbicie, wizja tętniącej życiem i samowystarczalnej działalności gospodarczej na niskiej orbicie okołoziemskiej nie byłaby możliwa do zrealizowania.