Около 10 лет тому назад Кевину Гланту больше нравилось рисовать машины, чем учиться. Его родители даже боялись, что парень не окончит школу. Теперь ему 24 года, и компания SpaceX запустила на орбиту творение его команды. На борту Международной космической станции (МКС) находится устойчивый к радиации суперкомпьютер, который будет использоваться в экспериментах по зондированию Земли, обработке изображений и машинному обучению.
Компьютер, созданный Глантом, а также исследователями и студентами из Университета Питтсбурга, имеет важное значение для космических исследований. Он является более мощным по сравнению с предшественником, на его создание потребовалось меньше денежных средств, он более эффективно использует электроэнергию. Все это позволяет заявить о том, что совершен еще один шаг вперед в процессе обеспечения надежных исследований в космосе.
Миссия CRS-17
Грузовой корабль был запущен в субботу в 3 часа по местному времени с мыса Канаверал (штат Флорида, США) компанией Илона Маска SpaceX. В рамках полета по доставке груза на МКС в капсуле Dragon транспортируется груз весом около 2,5 тонны, в который входит и суперкомпьютер.
Это устойчивый к радиации вычислительный кластер. Он называется "космическая суперкомпьютерная система обработки изображений и видео".
Глант не мог пропустить запуск ракеты и не спал всю ночь, чтобы увидеть его своими глазами.
Отправка обычного компьютера в космос невозможна, так как на орбите на аппаратные средства будут воздействовать различные виды облучения. Это может привести к тому, что биты информации начнут принимать противоположные значения, и это нарушит нормальное функционирование компьютера.
Устойчивость к радиации – одно из основных требований к компьютеру в космосе
В течение нескольких лет ученые разрабатывают устойчивые к радиации машины, предназначенные для использования в космосе. Компьютер, сделанный командой Гланта, стал самым дешевым и мощным вариантом. При его изготовлении решено было немного пожертвовать надежностью за счет использования более усовершенствованных компонентов с Земли. Кроме того, был повышен уровень избыточности данных для защиты от ошибок в вычислениях.
Алан Джордж, основатель и директор центра Национальной научной организации (SHREC), построившего суперкомпьютер, заявил, что студенты считают такие исследования очень интересными. «Многие наши студенты с детства мечтали быть астронавтами, - говорит Джордж. – Но мы не готовим астронавтов. С другой стороны мы занимаемся не менее важным делом, а в некоторых случаях и самым важным – мы работаем в области космических исследований и технологий».
Учитель физики изменил отношения школьника к учебе
Выросший в Бичвью (район на юго-западе Питтсбурга), Глант никогда не испытывал особого рвения к учебе. Тем не менее он всегда интересовался космосом, хотя в детстве его внимание больше притягивали машинки Hot Wheels. А еще он увлекался строительством мостов из Лего. Все изменилось в 10-ом классе, когда он пришел на занятие по физике к преподавателю Стиву Сковиллу.
«Каждый, кто встречал мистера Сковилла, знает, что это фантастический человек, - говорит Глант. – То, что я сегодня представляю собой, - это во многом благодаря его энтузиазму».
На одном из занятий Сковилл вывел класс на коридор и попросил составить план солнечной системы в уменьшенном масштабе. Когда модель была готова, многие из школьников с удивлением обнаружили, что ближайшая галактика находится не на парковке возле школы, а в 5 часах езды от Питтсбурга в городе Гаррисберге.
«Это просто поражает воображение», - вспоминает Глант.
В тот год, когда Глант стал учиться у Сковилла, его учитель был удостоен премии Milken за выдающиеся достижения в области образования размером 25 тысяч долларов.
Продолжение учебы в Университете Питтсбурга и неожиданное предложение
Затем он поступил на факультет инженерной механики в Университете Питтсбурга и стал посещать дополнительные занятия по алгебре, чтобы наверстать упущенное во время учебы в школе. Весной 2017 года Джордж подошел к Гланту и спросил, не желает ли он продолжить обучение в магистратуре. Здесь ему будет предоставлена возможность работать в рамках программы космических испытаний «Хьюстон 6» в интересах министерства обороны США. Вернувшись в свою комнату после неожиданной встречи, Глант взволнованно рассказал о ней своему соседу.
«Я сразу загуглил: «Как работает спутник», - говорит Глант. – Это повеселило моего соседа, он сказал, что мне вместо этого нужно искать, как доставлять грузы в космос».
Проект по созданию компьютеров CubeSat
Гланту предстояла работа в первоклассной команде, которая выполнила уже половину проекта. Первоначально проект, начавшийся в 2014 году и продолжавшийся до февраля 2017 года, заключался в создании маленьких спутников под названием CubeSat размером 10х10х10 см, в которых основной и дополнительный компьютеры работали вместе. Команда Годдарда из NASA занималась механическими аспектами этого проекта.
Изначально предполагалось, что для работы над следующей частью проекта – созданием суперкомпьютерного кластера из пяти компьютеров – Годдард снова выделит своих механиков-конструкторов. Но этого не произошло, и тогда в срочном порядке на помощь был вызван Глант.
Глант отвечает за механическую часть проекта
На первой же встрече со старшим группы студентов Крисом Уилсоном Глант осознал всю важность поставленной задачи.
«Он мне сказал так: «Слушай, парень, ты теперь тот человек, который, если понадобится сделать механическую деталь, должен будет сделать ее. Если что-то пойдет не так, ты должен будешь исправить это с помощью механических приспособлений. Он в двух словах обрисовал мне всю ситуацию».
Следующие два года были периодом напряженной работы для Гланта и его команды. Агентство NASA периодически контролировало ход реализации проекта. Это было время, когда можно было задать экспертам интересующие вопросы, но Глант и его коллеги знали, насколько ценно их время и не бомбардировали их глупыми вопросами.
Суперкомпьютер состоит из трех компьютеров CubeSat и двух камер
В прошлом году команда Гланта завершила создание суперкомпьютера. Он был отправлен в Центр космических полетов имени Годдарда NASA в Мэриленде и Центр космических полетов имени Джонсона в Хьюстоне для проведения окончательных испытаний.
Новый компьютер был в 2,5 раза мощнее своего предшественника и использовал реконфигурируемые коммерческие процессоры Xilinx Zynq. Команда могла придавать процессору оптимальную конфигурацию для выполнения различных задач. Джордж утверждает, что была собрана система, сопоставимая по мощности с обычным ноутбуком. Данная система содержит две камеры, расположенные снаружи конструкции из трех компьютеров CubeSat.
Система будет использовать функцию машинного обучения
Проект предусматривает выполнение таких задач, как обработка изображений и сбор данных о погодных условиях для их анализа. Суперкомпьютер будет использовать функцию машинного обучения для облегчения процесса анализа изображений. Данная функция может способствовать созданию аппаратов, обладающих еще большей автономностью. С другой стороны, этому будет мешать сниженная надежность системы. Поэтому она, вероятнее всего, будет применяться больше для проведения космических экспериментов. Маневрирование требует более высокой надежности, как и в случае с автомобилями, имеющими автоматическое управление.
Как и ее предшественница, система «Хьюстон-6» будет работать на космической станции в течение 3-4 лет. Центр SHREC уже выиграл конкурс на создание третьей версии компьютерной системы, которая обещает быть еще более мощной. Поэтому в течение следующих двух лет начнется реализация нового проекта с новой группой студентов.
Глант продолжает работать в NASA
Что касается Гланта, он в настоящее время работает в Лаборатории реактивного движения NASA и занимается вопросами термического анализа для датчика Europa.
Таким образом, история успеха Гланта свидетельствует о том, что для того, чтобы стать ученым, не обязательно быть отличником в средней школе.
«Я чувствовал себя отстающим, но я изо всех сил старался, и теперь мои усилия по-настоящему окупились», - говорит Глант.
