Pense no número de vezes que seu computador na Terra travou. Agora imagine como isso seria desafiador durante uma missão rover em Marte.
De vez em quando, o rover Curiosity entra em “modo seguro” para lidar com falhas e problemas de software desde que pousou em Marte em agosto de 2012. Mas a cada vez, a missão se recupera para continuar sua escalada épica até uma montanha marciana em busca de ambientes habitáveis.
Todas as “lições aprendidas” com os incidentes do modo de segurança agora estão incorporadas ao novo rover Perseverance, o primo mais poderoso do Curiosity que começou a rolar em Marte em 5 de março.
A recuperação de falhas requer habilidade técnica, especialmente na superfície empoeirada e saturada de radiação de Marte. Em muitos casos, a radiação e os circuitos se misturam mal. Mas isso não pode acontecer em Marte, onde os circuitos do Perseverance controlam tudo, desde as câmeras ao laser, até o sistema complexo que armazenará em cache amostras de rochas potencialmente habitáveis para uma futura missão de retorno de amostras.
Então, qual é a solução? A Xilinx – a empresa que fornece circuitos integrados para vários instrumentos do Perseverance – colocou sua tecnologia em Marte desde os rovers Opportunity e Spirit da NASA em 2004. Xilinx não pode entregar todo o seu “molho secreto” que mantém os circuitos seguros – é proprietário – mas muito disso se resume a blindagem e backup apropriados.
“Nós construímos a dureza”, disse Minal Sawant, diretor do mercado vertical aeroespacial e de defesa da Xilinx, sobre a abordagem da empresa para manter os circuitos resistentes à radiação. Sawant observou que vários satélites classificados também usaram circuitos Xilinx para missões de longa data no ambiente hostil de cinturões de radiação perto da Terra, então Xilinx experimentou radiação em primeira mão na órbita da Terra e em Marte, e sabe como lidar com isso.
No Perseverance, os circuitos são “redundantes de módulo triplo”, o que significa que a Xilinx fabrica três cópias de cada circuito alimentando um instrumento ou câmera no rover. “Se um [circuito] for atingido, os outros dois ainda funcionarão. É assim que você garante que está endurecido”, disse Sawant.
O trabalho fica mais difícil a cada geração sucessiva de rover porque o circuito fica mais denso. Isso porque cada rover tem a tarefa de coletar e transmitir mais informações para a Terra do que as missões anteriores. “À medida que inovamos mais e mais, mais densidade é adicionada”, explicou Sawant.
Também existem mais pontos de falha possíveis com cada geração de rover. Por exemplo, Spirit e Opportunity carregavam, cada um, apenas nove câmeras; A perseverança tem 23. Os instrumentos e tarefas também se tornaram cada vez mais complexos. Notavelmente, no entanto, os circuitos do Xilinx resistiram ao teste do tempo.
O Spirit e o Opportunity deveriam durar 90 dias terrestres em Marte, mas cada um durou vários anos. A Curiosity – que também traz produtos Xilinx – teve uma missão principal de dois anos após o desembarque em 2012, mas ainda está forte depois de quase sete anos terrestres no Planeta Vermelho. Dado esse histórico, Sawant está esperançoso de que a Perseverança também sobreviverá por um longo tempo.
Uma maneira de tornar os circuitos integrados mais responsivos é projetá-los para serem facilmente ajustáveis. Todos nós sabemos o valor de aplicar atualizações de software ao nosso computador, e fazer o mesmo para um rover em Marte é extremamente útil. No Curiosity, por exemplo, uma atualização de software em 2016 permitiu que o rover fosse mais autônomo na escolha de alvos a laser. Xilinx visa oferecer flexibilidade semelhante para seus circuitos integrados.
“Nós fazemos esses chips que são muito configuráveis”, disse Sawant. “Um designer ou usuário pode colocar um algoritmo ou projeto específico nele e fazer a função. Não é uma função fixa, mas sim uma função programável … uma capacidade de alterar conforme necessário.”
Os sistemas de Xilinx já sobreviveram a um poderoso teste com o Perseverance. Os circuitos foram usados no elemento “visão computacional” do sistema de pouso do Perseverance, que o permitiu escolher o local certo para pousar em Marte. Especificamente, os produtos Xilinx lidavam com tarefas visuais como filtragem, detecção e correspondência de imagens. Outra parte crucial do pouso envolveu as medições de alcance e velocidade do Perseverance, usando um sensor de descida de terminal de radar alimentado por tecnologia Xilinx.
Sawant destacou que, embora esses sistemas de pouso não precisem sobreviver por anos na superfície, eles precisam passar por vários meses de viagem, experimentando o tremor do lançamento, os ambientes extremos de frio e calor do espaço e a radiação espacial.
Os circuitos integrados do Xilinx são usados em quatro instrumentos no Perseverance, todos projetados para resistir a anos de radiação de Marte. Esses instrumentos são o Instrumento Planetário para Litoquímica de Raios-X, ou PIXL, que identifica elementos químicos; um transceptor UHF para retransmitir telecomunicações; Mastcam-Z, que tira fotos panorâmicas da superfície; e Scanning Habitable Environments with Raman and Luminescence for Organics and Chemicals, ou SHERLOC, que realiza a detecção em escala fina de minerais, moléculas orgânicas e sinais potenciais de vida.
Os circuitos Xilinx também estão funcionando bem na missão NASA OSIRIS-REx (Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer) para o asteroide Bennu, que está no espaço desde 2016 e não retornará com amostras à Terra até 2023. A Xilinx pretende lançar sua tecnologia na missão Europa Clipper da NASA para orbitar a lua gelada de Júpiter, também, o que pode exigir seis anos de cruzeiro no espaço após seu lançamento planejado para 2024.
A Xilinx é uma das várias empresas que fornecem energia aos sistemas e instrumentos do Perseverance rover. Outra é a Vaisala, que trabalha com o Instituto Meteorológico Finlandês (FMI). A colaboração forneceu sensores para o Mars Environmental Dynamics Analyzer, dirigido pela Espanha, a bordo do rover – uma estação meteorológica Red Planet que examina a temperatura, velocidade e direção do vento, umidade relativa, partículas de poeira e muito mais. Este grupo também está ciente do quão desafiador Marte pode ser.
“O equipamento do rover precisa operar no ambiente hostil de Marte, com condições de pressão muito baixa e temperaturas frias, e deve ser capaz de resistir a possíveis tempestades de poeira globais”, disse Maria Genzer, chefe do grupo de pesquisa planetária e tecnologia espacial do FMI, em uma declaração em fevereiro. “Além dos aspectos ambientais … a distância entre Marte e a Terra torna a missão um desafio. Não há ninguém para consertar a instrumentação se algo der errado.”
Quanto ao Xilinx, a mais nova geração de seus circuitos integrados – lançada em maio de 2020 – não será apenas resistente à radiação em múltiplas órbitas ao redor da Terra ou missões no sistema solar, mas também incluirá um ecossistema de aprendizado de máquina. O aprendizado de máquina (uma faceta da inteligência artificial) permite que os computadores aprendam com um conjunto de dados e apliquem essas informações para tomar decisões.
Com um satélite em órbita da Terra, por exemplo, um aplicativo poderia descartar imagens ópticas que incluem nuvens e apenas enviar imagens com condições claras, disse Sawant. De forma mais ampla, o aprendizado de máquina já foi usado em Marte para aplicações como a identificação de novas crateras.
Publicado em 08/05/2021 13h13
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