Come si elaborano i dati spaziali e le immagini nell’orbita terrestre bassa?

di Fabrizio Castagnotto

Per la prima volta, Amazon Web Services e Axiom Space gestiscono da remoto AWS Snowcone sulla Stazione Spaziale Internazionale.

La Stazione Spaziale Internazionale (ISS) sarà ritirata alla fine di questo decennio. Per questo, le organizzazioni aerospaziali di tutto il mondo, tra cui Axiom Space, stanno sviluppando nuove idee e modelli di business per l’esplorazione e la conduzione di ricerche nell’orbita terrestre bassa (LEO). Ma, indipendentemente da come potranno diventare le prossime stazioni spaziali commerciali, una cosa è certa: il desiderio dell’umanità per la ricerca scientifica e tecnologica in orbita non si fermerà.

Nello spazio, a causa dell’infrastruttura limitata, la larghezza di banda è ridotta. Inoltre, le risorse di calcolo tradizionali sono vincolate dalle condizioni di volo spaziale e il trasporto dei dati è conteso tra operazioni e compiti scientifici. Ciò significa che, per l’elaborazione, gli astronauti devono inviare i dati e le immagini raccolte a strutture localizzate sulla Terra. Nonostante questo sia un problema minore per i satelliti che orbitano appena sopra la Terra, le future missioni di esplorazione su Marte incontreranno ritardi significativamente più lunghi a causa degli enormi volumi di informazioni che dovranno viaggiare sulla Terra e ritornare nello spazio.

Amazon Web Services – Come si elaborano i dati nello spazio?

Durante l’Amazon re:MARS 2022, AWS ha annunciato che il team congiunto Axiom Space-AWS ha comunicato con successo a distanza con il Snowcone sulla ISS, dimostrando come sia possibile eseguire operazioni edge computing con set di dati localizzato sullo spazio: una prima volta assoluta per AWS, che ha gestito in remoto un’unità di edge computing per uso generale sulla ISS.

“AWS è impegnata ad eliminare le barriere tradizionali incontrate nell’ambiente spaziale, comprese le limitazioni di latenza e larghezza di banda,” ha detto Clint Crosier, direttore di Aerospace and Satellite presso AWS. “L’esecuzione di analisi delle immagini vicino alla fonte dei dati è un enorme vantaggio perché può migliorare i tempi di risposta e consentire all’equipaggio di concentrarsi su altri compiti o missioni critiche. Questa esperienza aiuterà i nostri team a valutare come rendere l’edge computing disponibile per le future missioni spaziali.”

“La missione Ax-1 di Axiom Space è stata una missione storica volta ad espandere le opportunità commerciali nello spazio e ad aprire le porte per ulteriori dimostrazioni scientifiche e tecnologiche che possono migliorare la vita in orbita, come abbiamo visto con Axiom e AWS Snowcone”, ha detto Tejpaul Bhatia, Chief Revenue Officer della Axiom Space. Ax-1 è una delle numerose missioni spaziali private che Axiom Space ha pianificato per la ISS, mentre costruisce la prima stazione spaziale commerciale del mondo.

“Siamo entusiasti di sfruttare le capacità di AWS e stiamo studiando applicazioni future per aiutare a catalogare varie forme di dati in una stazione spaziale, dalla gestione dell’inventario fino ad espandere l’analisi dei dati di ricerca in un laboratorio orbitante”, ha detto Bhatia.

Parte integrante della missione Ax-1 era la ricerca scientifica, con gli astronauti di Axiom che dedicavano 14 ore al giorno a più di 25 indagini di ricerca e dimostrazioni tecnologiche, tra cui l’AWS Snowcone. Questi esperimenti di microgravità, come la modellazione di organoidi tumorali per la ricerca sul cancro, producono grandi volumi di immagini e dati che l’equipaggio deve catalogare e analizzare. Inoltre, tutte le fotografie degli esperimenti a bordo devono essere schermate per informazioni sensibili. Anche per missioni spaziali della durata di soli 17 giorni – la durata della missione Ax-1 – questa attività di ricerca può produrre terabyte e terabyte di dati, raggiungendo quote di 1.000 GB al giorno.

Originariamente progettato per ambienti disconnessi e mobili, AWS Snowcone SSD non è stato concepito per l’uso di missioni spaziali. Il dispositivo offre funzionalità di edge computing con più livelli di crittografia, in una forma facile da usare e ultraportatile. In soli sette mesi, AWS ha lavorato con Axiom e la NASA per preparare l’invio dello Snowcone alla ISS. Ciò ha comportato un rigoroso processo di revisione di sicurezza da parte della NASA, comprese analisi termiche dettagliate e una serie di test di laboratorio che simulavano le vibrazioni casuali di un razzo durante il lancio, o del veicolo spaziale durante il volo.

“Ci sforziamo di oltrepassare i limiti e offrire funzionalità di cloud computing quando e dove sono più necessari”, ha detto Wayne Duso, Vice President, AWS Storage, Edge, and Data Governance Services. “I dispositivi della famiglia AWS Snow sono progettati per distribuire e gestire applicazioni costruite in AWS in ambienti dove non c’è connettività. Per questa missione, l’AWS Snowcone SSD, il più piccolo e leggero della famiglia Snow, è stato ideale perché pesa meno di cinque chili ed è più piccolo di una scatola di dimensioni standard. Il dispositivo si è dimostrato abbastanza durevole per fornire ad AWS potenza di calcolo, capacità d’archivio e funzionalità di rete a bordo della ISS, tutto ciò rimanendo completamente scollegato da qualsiasi impianto a terra.”

 

Una volta che lo Snowcone è arrivato alla stazione spaziale, i nostri team sono stati in grado di comunicare in remoto con il dispositivo e applicare un sofisticato modello di riconoscimento degli oggetti basato sul machine learning (ML) per analizzare una foto e produrre un risultato in meno di tre secondi. Il team ha dimostrato come sia possibile ripetere questo processo a tempo indeterminato e contribuire a consentire l’uso di tecniche ML per una serie di applicazioni su stazioni spaziali future.

 

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