NASA testa o novo processador resistente à radiação para missões espaciais

As missões espaciais continuam a depender de circuitos de computador concebidos há muitos anos. São componentes fiáveis, capazes de aguentar radiação, frio extremo e lançamentos violentos.

O problema é que, face aos padrões actuais, esses chips são lentos. E isso torna-se crítico à medida que as naves se afastam mais da Terra e recolhem volumes de dados maiores do que nunca.

Vão chegar naves espaciais mais inteligentes

A NASA quer agora que as naves consigam tomar decisões sem ficarem à espera de instruções vindas da Terra.

Isto significa que as futuras missões à Lua, a Marte e ao espaço profundo vão precisar de computadores capazes de reagir depressa, resolver problemas em tempo real e tratar fluxos enormes de informação de forma autónoma. Um novo projecto poderá, finalmente, tornar esse cenário viável.

No centro desta iniciativa está um processador muito potente que está a ser testado para utilização no espaço. Ao contrário dos chips comuns, este foi concebido para resistir durante anos em ambientes perigosos, onde reparações não são uma opção.

Os primeiros resultados de ensaio indicam que este processador poderá alterar de forma marcante a maneira como as naves espaciais funcionam.

O trabalho é desenvolvido no âmbito do projecto de Computação de Alto Desempenho para Voo Espacial da NASA.

A equipa está a criar um processador resistente à radiação através de uma parceria com a Microchip Technology Inc. e o Jet Propulsion Laboratory (JPL) da NASA, na Califórnia.

Concebido para as condições severas do espaço

O espaço é implacável para a electrónica. Partículas de alta energia provenientes do Sol e do espaço profundo podem interferir com sistemas informáticos e provocar erros.

Por vezes, as naves são forçadas a entrar no que os engenheiros chamam de “modo de segurança”, em que os sistemas não essenciais são desligados até que os operadores consigam resolver o problema a partir da Terra.

As oscilações de temperatura são outro desafio. O hardware pode enfrentar calor intenso num momento e, logo a seguir, frio cortante.

Durante aterragens em corpos planetários, os computadores também têm de processar, quase instantaneamente, enormes quantidades de dados de sensores enquanto navegam por terreno perigoso.

É por isso que a NASA passou meses a levar este novo processador ao limite.

Sinais iniciais de sucesso

“Estamos a submeter estes novos chips a uma bateria exigente, realizando testes de radiação, térmicos e de choque, ao mesmo tempo que avaliamos o seu desempenho através de uma campanha rigorosa de testes funcionais”, afirmou Jim Butler, gestor do projecto de Computação Espacial de Alto Desempenho no JPL.

Os ensaios começaram em fevereiro e vão prolongar-se por vários meses. Até agora, o processador parece estar a superar largamente as expectativas.

Segundo a NASA, os primeiros indícios mostram o chip a funcionar com 500 vezes o desempenho dos processadores resistentes à radiação actualmente usados em naves espaciais.

O objectivo inicial já era ambicioso: disponibilizar até 100 vezes mais capacidade de computação do que os sistemas de voo espacial existentes.

Porque é que as naves precisam de computadores mais rápidos

As naves modernas recolhem quantidades enormes de informação científica. Os veículos de exploração em Marte analisam rochas e solo. As sondas orbitais estudam sistemas meteorológicos em planetas distantes. As sondas do espaço profundo captam medições em locais a milhares de milhões de quilómetros.

Grande parte dessa informação tem de ficar à espera para ser processada, ou então ser enviada para a Terra para análise. Isso demora.

Os sinais provenientes de Marte podem levar entre cerca de 5 e 20 minutos a chegar à Terra, dependendo da posição dos planetas. Para missões ainda mais distantes, os atrasos tornam-se maiores.

Computadores mais rápidos a bordo poderiam mudar tudo isto.

Uma nave espacial que pensa por si

Este novo processador foi concebido para permitir que as naves analisem dados imediatamente, em vez de aguardarem instruções do controlo de missão.

Na prática, isto significa que um rover poderia identificar sozinho amostras de rocha importantes, ou que uma nave poderia reagir a perigos sem intervenção humana.

O chip também poderá ajudar futuras missões a usar inteligência artificial de formas que os computadores espaciais actuais não conseguem suportar bem.

Os sistemas de IA exigem grande poder de computação - algo de que, tradicionalmente, as naves espaciais têm carecido devido às preocupações com a radiação.

“Para simular o desempenho no mundo real, estamos a usar cenários de aterragem de alta fidelidade de missões reais da NASA que normalmente exigiriam hardware com elevado consumo energético para processar volumes enormes de dados de sensores de aterragem”, disse Butler.

“Este é um momento entusiasmante para estarmos a trabalhar em hardware que permitirá os próximos grandes saltos da NASA.”

Um triunfo de realização técnica

O próprio processador é surpreendentemente compacto. Trata-se de um sistema num chip, ou SoC. Isto significa que vários componentes fundamentais do computador estão integrados numa única unidade, incluindo processadores, sistemas de rede, memória e interfaces de dados.

A maioria das pessoas já utiliza SoCs no dia-a-dia dentro de telemóveis e tabletes. A diferença está na resistência.

Nunca se espera que a electrónica de consumo sobreviva a anos de exposição à radiação a milhões ou milhares de milhões de quilómetros da Terra. O chip da NASA está a ser desenhado exactamente para isso.

“Com base no legado de processadores espaciais anteriores, este novo sistema multinúcleo é tolerante a falhas, flexível e de desempenho extremamente elevado”, afirmou Eugene Schwanbeck, gestor de elemento de programa no programa de Desenvolvimento de Tecnologias Transformadoras da NASA.

“O compromisso da NASA em avançar a computação para voo espacial é um triunfo de realização técnica e colaboração.”

A equipa assinalou até o início dos testes com uma mensagem simples, mas simbólica. Os engenheiros enviaram um e-mail com o assunto “Olá Universo”, numa referência ao clássico teste “Olá Mundo” usado nos primórdios da programação.

Aplicações para lá das naves espaciais

A NASA espera que, com o tempo, o processador venha a suportar satélites em órbita da Terra, rovers robóticos, habitats tripulados e missões de exploração do espaço profundo. A tecnologia poderá também encontrar utilizações bem mais perto de casa.

A Microchip planeia adaptar partes do sistema para indústrias na Terra, incluindo a aviação e o fabrico automóvel.

Sistemas de computação mais rápidos e mais fiáveis poderão ajudar aeronaves e veículos a processar informação de forma mais eficiente em ambientes exigentes.

Este projecto reflecte uma mudança mais ampla na exploração espacial. As naves estão a tornar-se menos dependentes de orientação humana constante e mais capazes de operar de forma independente.

Isto é importante porque, quanto mais longe os humanos viajarem no espaço, mais difícil se torna controlar cada movimento a partir da Terra. A certa altura, as naves vão mesmo precisar de pensar por si.

O novo processador da NASA poderá ser um dos primeiros passos reais para tornar isso possível.

Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech