Первый суперкомпьютер на борту МКС был запущен в феврале 2017 года с миссией пополнения запасов SpaceX CRS-12. В 2018 году, после примерно года, полного испытаний, космический компьютер вернулся на Землю. Основной целью было проверить правильность функционирования суперкомпьютера в космосе в средне- и долгосрочной перспективе, что является полезной информацией для будущих полетов на Марс, а также для текущего управления космической станцией.
Работа на борту МКС
За 21 год работы на МКС было проведено более 3000 экспериментов более 4000 исследователей из более чем 100 стран, и их число будет расти. Для этого необходимо иметь все более эффективные и надежные инфраструктуры и соединения. Задачей партнерства между HPE и Microsoft станет увеличение мощности обработки данных за счет нового суперкомпьютера, который будет использовать периферийные вычисления, и использования облака Microsoft Azure Space. Архитектура периферийных вычислений обрабатывает данные непосредственно на вычислительной машине без необходимости передачи на Землю, где она отправляет только необходимые данные. Это позволяет значительно сократить использование полосы пропускания интернета.
До сих пор данные, собранные на борту МКС, передавались понемногу, из-за ограниченной доступности связи. Это ограничение может вызвать проблемы, например, когда астронавтам приходится принимать критические решения. После пропускной способности справедливо также учитывать расстояние, которое необходимо преодолеть для обмена данными. В случае МКС, которая вращается на средней высоте 410 км, для передачи сигнала на Землю и обратно требуется менее 1 секунды.
Когда мы работаем на орбите вокруг Луны, находящейся на расстоянии около 385 000 км, это займет 6 секунд; наконец, для Марса, в худшем случае, когда он находится в противостоянии с Солнцем (т.е. на расстоянии 400 миллионов км), это займет целых 44 минуты. Поэтому для полетов в более отдаленные пункты назначения астронавтам потребуется больше вычислительной мощности для немедленной обработки информации.
Новый суперкомпьютер: Spaceborne Computer-2
Находящийся на борту МКС с февраля, Spaceborne Computer-2 заменил своего предшественника, оба принадлежали компании HPE. Новый компьютер позволит еще более эффективно использовать его вычислительную мощность. «Со значительно более совершенной системой, специально разработанной для жестких условий эксплуатации и для обработки данных искусственного интеллекта и анализа». Так объясняет Марк Фернандес, главный исследователь проекта HPE.
Уже с 2013 года компьютеры на борту МКС оснащены операционной системой Linux. Использование программного обеспечения с открытым исходным кодом, которое может разработать и настроить любой программист, облегчило создание программного обеспечения, которое может работать на МКС, говорит Гленн Муса, старший инженер-программист компании Azure Space. Фактически, Spaceborne Computer-2 также будет использовать программное обеспечение с открытым исходным кодом. Кроме того, подключив суперкомпьютер к облаку, программисты получат те же инструменты и языки, которые доступны на Земле.
Как используется Spaceborne Computer-2
Одним из лучших примеров использования Spaceborne Computer-2 является эксперимент по изучению здоровья космонавтов. Влияние длительного пребывания в космосе на организм человека еще не до конца изучено, поэтому технологии, позволяющие часто контролировать состояние здоровья в течение долгого времени, очень важны.
Цель — проверить, смогут ли космонавты самостоятельно и непрерывно следить за своим здоровьем. В том числе последствия облучения на борту космического корабля. Эксперимент заключается в анализе геномов космонавтов на предмет отклонений от нормы и сравнении их с базой данных Национального института здравоохранения. Звучит достаточно просто, но секвенирование одного человеческого генома, около 6 миллиардов символов, генерирует около 200 Гб данных, а Spaceborne Computer-2 выделяется только два часа в неделю для передачи данных на Землю. При максимальной скорости 250 КБ/с, передача одного набора геномных данных займет около двух лет.
Фернандес вспоминает жалобы одного исследователя на то, что для получения его данных с космической станции потребуются месяцы. С помощью компьютера Spaceborne computer-2 данные были обработаны за шесть минут непосредственно на МКС. По сути, это позволило сократить ожидание с месяцев до минут.
Связь с Microsoft Azure Space
Для более сложных экспериментов вычислительной мощности Spaceborne может оказаться недостаточно. Команда Дэвида Вайнштейна, инженера-программиста, отвечающего за Microsoft Azure Space, решила поступить так, как поступают многие компании при переполнении (т.е. превышении памяти или вычислительных мощностей), мгновенно подключившись к облаку и достигнув его емкости. Когда МКС окажется в подобной ситуации во время эксперимента, она автоматически подключится к сети Azure для получения помощи, тем самым соединив космос и Землю для решения проблемы.
Ученые всего мира могут использовать возможности облачных вычислений для запуска собственных алгоритмов анализа и принятия решений, получая доступ к миллионам параллельно работающих компьютеров. Сеть Azure имеет центры обработки данных, расположенные в 65 регионах мира и соединенные 265 000 км волоконно-оптических кабелей. Благодаря сотрудничеству HPE и Microsoft хотят продемонстрировать полезность облачных суперкомпьютеров. Не только для космоса, но и для наземного применения в удаленных местах. Как говорит Фернандес, если это можно сделать в космосе, то можно сделать и на Земле.
Последующие шаги
На данный момент компания HPE завершила четыре эксперимента, включая передачу данных в облако, с передачей сообщения «Hello world». В настоящее время проводятся еще четыре эксперимента и 29 находятся в очереди, но в течение этих 2-3 лет службы Spaceborne Computer-2 могут быть добавлены новые. Некоторые из тестов имеют отношение к здравоохранению, например, анализ генома, о котором говорилось ранее, другие — к биологии, например, анализ культур, выращенных на борту, а третьи будут касаться безопасности и связи между спутниками.