أجهزة كمبيوتر EAFTC في هيكل طيران جاهز للمساحة. حقوق الصورة: ناسا / هانيويل. اضغط للتكبير
لسوء الحظ ، فإن الإشعاع الذي ينتشر في الفضاء يمكن أن يؤدي إلى مثل هذه الأخطاء. عندما تتصادم الجسيمات عالية السرعة ، مثل الأشعة الكونية ، مع الدوائر الميكروسكوبية لرقائق الكمبيوتر ، يمكن أن تتسبب في حدوث أخطاء. إذا أدت هذه الأخطاء إلى تحليق المركبة الفضائية في الاتجاه الخاطئ أو تعطيل نظام دعم الحياة ، فقد تكون هذه أخبارًا سيئة.
لضمان السلامة ، تستخدم معظم البعثات الفضائية رقائق الكمبيوتر المقواة بالإشعاع. تختلف الرقاقات "الرادوية" عن الرقائق العادية بطرق عديدة. على سبيل المثال ، تحتوي على ترانزستورات إضافية تتطلب طاقة أكثر لتشغيلها وإيقافها. لا تستطيع الأشعة الكونية تشغيلها بسهولة. تستمر الرقائق الصلبة في إجراء حسابات دقيقة عندما "تتعطل" الرقائق العادية.
تعتمد وكالة ناسا بشكل حصري تقريبًا على هذه الرقائق فائقة التحمل لجعل أجهزة الكمبيوتر جديرة بالمساحة. لكن هذه الرقائق المصنوعة حسب الطلب لها بعض الجوانب السلبية: فهي باهظة الثمن ، وتعطش للطاقة ، وبطيئة - أبطأ بمقدار 10 مرات من وحدة المعالجة المركزية المكافئة في كمبيوتر سطح المكتب الاستهلاكي الحديث.
مع إرسال ناسا الأشخاص إلى القمر والعودة إلى كوكب المريخ - انظر رؤية استكشاف الفضاء - يحب مخططو المهمة أن يمنحوا مركباتهم الفضائية قوة حصانية أكثر.
إن امتلاك المزيد من الطاقة الحاسوبية على متن الطائرة سيساعد المركبة الفضائية في الحفاظ على أحد مواردها المحدودة للغاية: عرض النطاق الترددي. غالبًا ما يكون النطاق الترددي المتاح لنقل البيانات إلى الأرض اختناقًا ، حيث تكون سرعات الإرسال أبطأ من أجهزة مودم الاتصال الهاتفي القديمة. إذا كان من الممكن "تحطيم" رزمة البيانات الخام التي تم جمعها بواسطة أجهزة استشعار المركبة الفضائية ، يمكن للعلماء إرسال النتائج فقط ، الأمر الذي سيأخذ عرض نطاق أقل بكثير.
على سطح القمر أو المريخ ، يمكن للمستكشفين استخدام أجهزة الكمبيوتر السريعة لتحليل بياناتهم مباشرة بعد جمعها ، وتحديد المناطق ذات الأهمية العلمية العالية بسرعة ، وربما جمع المزيد من البيانات قبل أن تمر فرصة عابرة. ستستفيد روفرز أيضًا من الذكاء الإضافي لوحدات المعالجة المركزية الحديثة.
من شأن استخدام رقائق Pentium و PowerPC القوية والمكلفة الموجودة في أجهزة الكمبيوتر الشخصية الاستهلاكية أن تساعد بشكل كبير ، ولكن للقيام بذلك ، يجب حل مشكلة الأخطاء التي يسببها الإشعاع.
هذا هو المكان الذي يأتي فيه مشروع ناسا يسمى الحوسبة المتغيرة بيئيًا المتسامحة مع الأخطاء (EAFTC). يقوم الباحثون العاملون في المشروع بتجربة طرق لاستخدام وحدات المعالجة المركزية للمستهلكين في البعثات الفضائية. إنهم مهتمون بشكل خاص بـ "اضطرابات حدث واحد" ، وهو النوع الأكثر شيوعًا من الأخطاء التي تسببها جزيئات واحدة من إشعاع الإشعاع في الرقائق.
يشرح عضو الفريق رافائيل بعض من JPL: "إحدى الطرق لاستخدام وحدات المعالجة المركزية للمستهلكين بشكل أسرع في الفضاء هي ببساطة الحصول على ثلاثة أضعاف عدد وحدات المعالجة المركزية التي تحتاجها: تقوم وحدات المعالجة المركزية الثلاثة بنفس الحساب والتصويت على النتيجة. إذا ارتكبت إحدى وحدات المعالجة المركزية خطأ ناتج عن الإشعاع ، فسيظل الاثنان الآخران متفقين ، وبالتالي الفوز في التصويت وإعطاء النتيجة الصحيحة.
يعمل هذا ، ولكن غالبًا ما يكون الأمر مبالغة ، ويهدر الكهرباء الثمينة وقوة الحوسبة لفحص الحسابات الثلاثية التي ليست حرجة.
ويتابع البعض: "للقيام بذلك بشكل أكثر ذكاء وكفاءة ، نقوم بتطوير برنامج يزن أهمية الحساب". "إذا كان الأمر مهمًا جدًا ، مثل التنقل ، يجب أن تصوت جميع وحدات المعالجة المركزية الثلاثة. إذا كانت أقل أهمية ، مثل قياس التركيب الكيميائي للصخور ، فقد تكون هناك وحدة معالجة مركزية واحدة أو وحدتي معالجة فقط. "
هذه مجرد واحدة من العشرات من تقنيات تصحيح الأخطاء التي تجمعها EAFTC معًا في حزمة واحدة. والنتيجة هي كفاءة أفضل بكثير: بدون برنامج EAFTC ، يحتاج الكمبيوتر الذي يعتمد على وحدات المعالجة المركزية للمستهلك إلى تكرار بنسبة 100-200٪ للحماية من الأخطاء الناتجة عن الإشعاع. (التكرار بنسبة 100٪ يعني وحدتي معالجة مركزية ؛ 200٪ تعني 3 وحدات معالجة مركزية.) مع EAFTC ، هناك حاجة إلى تكرار بنسبة 15-20٪ فقط للحصول على نفس درجة الحماية. يمكن استخدام كل من وقت وحدة المعالجة المركزية (CPU) هذا بشكل منتج بدلاً من ذلك.
يحذر البعض من أن EAFTC لن تحل محل وحدات المعالجة المركزية الصلبة. "بعض المهام ، مثل دعم الحياة ، مهمة للغاية ، فنحن نريد دائمًا أن تشغلها رقائق مقواة بالإشعاع". ولكن ، في الوقت المناسب ، قد تأخذ خوارزميات EAFTC بعضًا من حمل معالجة البيانات من هذه الرقائق ، مما يوفر طاقة كمبيوتر أكبر بكثير للمهام المستقبلية.
سيكون أول اختبار لـ EAFTC على متن قمر صناعي يسمى Space Technology 8 (ST-8). كجزء من برنامج الألفية الجديدة التابع لناسا ، ستختبر طائرة ST-8 اختبار تقنيات الفضاء التجريبية الجديدة مثل EAFTC ، مما يجعل من الممكن استخدامها في المهام المستقبلية بثقة أكبر.
القمر الصناعي ، المقرر إطلاقه عام 2009 ، سوف يتخلص من أحزمة إشعاع فان ألين خلال كل مداراته الإهليلجية ، ويختبر EAFTC في هذه البيئة عالية الإشعاع المشابهة للمساحة العميقة.
إذا سارت الأمور على ما يرام ، فقد تستخدم مجسات الفضاء التي تغامر عبر النظام الشمسي قريبًا نفس الرقائق الموجودة في جهاز الكمبيوتر المكتبي الخاص بك - فقط بدون أي خلل.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لوكالة ناسا
