2018-11-29 14:48:57

Supercomputing im Weltraum

Hewlett Packard Enterprise (HPE) stellt seinen auf der Internationalen Raumstation (ISS) betriebenen Spaceborne Computer erstmals für Forschungsarbeiten zur Verfügung.

Der Spaceborne Computer ist der erste kommerzielle Supercomputer (COTS, Commercial Off-The-Shelf), den HPE und die NASA für ein einjähriges Experiment in den Weltraum geschickt haben, um dessen Ausfallsicherheit und Leistung zu testen. Der Rechner erzielte dabei eine Leistung von einem TeraFLOPS (eine Billion Gleitkomma-Operationen pro Sekunde) und wurde erfolgreich auf der ISS  betrieben. Nach Abschluss der einjährigen Testphase hat der Spaceborne Computer nachgewiesen, dass er den widrigen Bedingungen wie Schwerelosigkeit, ungeplante Stromausfälle und unvorhersehbare Strahlungen im Weltraum standhalten kann. Jetzt können die ISS-Astronauten den Supercomputer nutzen, um damit Analysen direkt im Weltraum durchzuführen, anstatt Daten zur Erde und wieder zurück zu schicken.

„Unsere Mission ist es, innovative Technologien für kommende Aufgaben zu entwickeln, sei es auf der Erde oder im Weltraum, um bahnbrechende Entdeckungen zu machen, die wir uns bisher nicht vorstellen konnten“, sagte Dr. Eng Lim Goh, Chief Technology Officer und Vice President, HPC und AI, HPE. „Nach unserem ersten erfolgreichen Experiment mit dem Spaceborne Computer haben wir wichtige Erkenntnisse gewonnen. Wir testen sein Potenzial weiter, indem wir den ISS-Forschern Supercomputer-Funktionen zugänglich machen und ihnen die Möglichkeit geben, die Weltraumforschung auf ein neues Niveau zu heben.“

Beschleunigte Datenauswertung im Weltall

Aufgrund begrenzter Rechner-Leistung im Weltraum werden viele Berechnungen, die für Forschungsprojekte im Weltall erforderlich sind, immer noch auf der Erde durchgeführt. Dieser Ansatz ist für Forschungsarbeiten auf dem Mond oder in niedrigen Erdorbits (LEO) zwischen 400 und 2.000 Kilometern über der Erdoberfläche möglich, wo die Kommunikation mit der Erde nahezu in Echtzeit stattfinden kann. Es können jedoch längere Kommunikationslatenzen von bis zu 20 Minuten von und zur Erde auftreten, wenn Daten weiter weg im Weltraum erfasst werden, wie etwa bei Marsmissionen. Dies macht die Forschung im Weltraum schwierig und potenziell gefährlich, wenn beispielsweise Astronauten mit kritischen Ereignissen konfrontiert sind, die sie selbst nicht lösen können.

Durch die Bereitstellung von Supercomputer-Leistung auf der ISS entfällt die Latenz bei der Übertragung von Daten zur Bodenstation auf der Erde, und die Astronauten sind nicht mehr von Forscherteams auf der Erde abhängig. Experimente auf der ISS erfassen große Datenmengen, einschließlich hochauflösender Bilder und Videos. In den meisten Fällen müssen die Forscher jedoch nur bestimmte Teile der Daten auswerten. Die Datenreduzierung und Verarbeitung auf der ISS vermeidet Latenzen und die steigert die Effizienz und Geschwindigkeit der Analysen.

Grenzen im Weltraum überwinden

Die Netzwerk-Bandbreite im Weltraum ist heute vor allem belegt durch das Übertragen großer Datenmengen von und zur Erde. Mit dem Spaceborne Computer können Astronauten auf der ISS diese Bandbreite nun für ihre Notfallkommunikation freihalten. Der Spaceborne Computer soll auch die Grenzen der Kommunikation im Weltraum ausloten, um Lücken zu schließen, die aufgrund von Latenzen entstehen. Vor allem für Missionen zum Mars und darüber hinaus wird eine zuverlässige Kommunikation von zentraler Bedeutung sein, gerade bei kritischen Ereignissen.

HPE und die NASA wollen zudem die Unabhängigkeit der Forscher im All durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz (KI) und maschinellem Lernen erhöhen. Verbesserte Analysemöglichkeiten und beschleunigte Datenauswertung sollen nicht nur die Erforschung des Weltraums, sondern auch der Erde und ihrer direkten Umgebung voranbringen.

„Der Spaceborne Computer ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie wir die ISS für Innovationen nutzen können“, sagte David Hornyak, ISS Technology Demonstration Research Portfolio Manager, NASA. „Der Spaceborne Computer von HPE ist ein kommerzielles System, das HPE besitzt und finanziert. Es ist eine Weiterentwicklung moderner Computertechnologie im Weltraum und stellt erstmals kommerzielle Supercomputing-Dienste im Weltraum zur Verfügung. Hierbei werden Funktionen demonstriert, die die NASA für ihre Weltraummissionen benötigen könnte.“

Der Spaceborne Computer basiert auf dem System HPE Apollo 40. Das System ist im Weltraum funktionsfähig, ohne dass zusätzliche Hardware erforderlich ist. Stattdessen wird ein Software-basiertes Härtungs-Verfahren verwendet. Der einjährige Test belegt, dass Wissenschaftler ähnlich kostengünstige und kompakte Systeme in Zukunft im Weltraum nutzen können.

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