NASA переходит в облака: MCP, DAPHNE и облачные инструменты для команды Perseverance

Мы уже писали о том, что NASA и другие космические агентства генерируют огромный объем информации. Данных будет еще больше после запуска в работу сети радиотелескопов и антенн Square Kilometre Array (SKA). Все эти данные нужно где-то хранить и обрабатывать.

Кроме того, NASA приходится еще иметь дело с данными со спутников, которых тоже становится все больше, как и внеземных аппаратов. Их назначение может быть самым разным — от наблюдения за Солнечной системой до изучения метеорологических условий определенного региона Земли. Объединяет их то, что они отправляют информацию на Землю, где для приема и обработки данных установлены специальные станции со специфическим и дорогим оборудованием. Недавно агентство решило сделать ход конем — начать обрабатывать и хранить все это в облаке. Подробности о проектах, которые имеют отношение к этой задаче, — под катом.

Инженеры Центра космических полетов имени Годдарда разработали масштабную систему под названием Data Acquisition Processing and Handling Network Environment (DAPHNE). Эта система снижает, если не убирает полностью, потребность в тех самых наземных станциях, о которых говорилось в анонсе. Кроме того, система снижает задержки и увеличивает общую вычислительную мощность, так что данные обрабатываются быстрее.

Сейчас практически все спутники NASA получают и отправляют данные при помощи специализированных антенн, расположенных в удаленных регионах на поверхности Земли. В большинстве наземных станций установлено весьма специфическое оборудование, которое предназначено для получения/отправки, анализа и распространения петабайт данных на всем протяжении проектов межпланетных, инопланетных и прочих космических миссий. Разворачивание и обслуживание станций влетает агентству в копеечку, плюс есть еще одна проблема — их масштабируемость невелика.

Система DAPHNE серьезно все упрощает. Она состоит из двух частей — универсального оборудования, устанавливаемого в наземной станции, и виртуальной облачной среды. Оборудование резко отличается от того, что установлено сейчас. Поскольку оно универсальное, то его установка и обслуживание гораздо дешевле. Ну а виртуальная среда хоть и требует затрат, но в разы проще в обслуживании/работе.

Когда спутник проходит над наземной станцией, сеть получает данные и отправляет приоритетную информацию в облако. Там проводится анализ, данные изучаются в зависимости от приоритета конкретной задачи в настраиваемой масштабируемой архитектуре. Кроме того, информация легко распределяется между научными сотрудниками. А передаются данные путем подключения к ближайшей облачной сети, что снижает расходы на связь и устраняет проблемы, связанные с необходимостью иметь или арендовать дорогостоящие сетевые подключения.

Для обработки данных и их передачи теперь нужны считанные секунды. Когда система будет готова, NASA не понадобится большая часть прежнего оборудования, установленного в наземных станциях. Кроме того, данные в облаке можно поручить обрабатывать искусственному интеллекту, т.е. специализированным ИИ-инструментам.

Сейчас в рамках проекта оборудование установлено на наземной станции на Аляске, арктическом острове в Норвегии, Чили и о. Валлопс, Вирджиния, США.

Небольшой городок Титусвилл с населением 40 тысяч человек находится во Флориде, США. Он мог бы быть похож на любой другой небольшой город, если бы не одно «но» — многие его жители ранее работали в Космическом центре Кеннеди. В пандемию они работали удаленно из дома — в частности, помогали успешно реализовать посадку ровера Perseverance.

И не только посадку — эти же сотрудники NASA следили за тем, чтобы путь марсохода от Земли к Марсу не отклонялся от намеченной траектории. Для всего этого, конечно, потребовались специализированные инструменты — тоже облачные. Документы, снимки, инструкции — все это размещалось в облаке и было доступно соответствующим специалистам.

Несмотря на кажущуюся обыденность ситуации, ведь что там, облачный редактор документов или видеоконференция, стоит вспомнить, что над проектом марсохода и другими работают десятки тысяч человек. Требуется невероятная слаженность в работе для того, чтобы в расчеты или инструкцию/код не вкралась ошибка, способная привести к краху всего проекта.

Mission Cloud Platform (MCP)

Кроме облачной инфраструктуры DAPHNE, США вообще переходят на централизованную обработку и хранение данных в облаке. Администрация Байдена заявила о необходимости реализации архитектуры с нулевым доверием (Zero Trust Architecture, ZTA) в большинстве чувствительных к кибершпионажу отраслей. Сюда, конечно же, входит и космонавтика.

Использование устаревших морально и физически технологий ставит под угрозу реализацию важных миссий. Ну а обслуживание устаревших систем (как, например, в случае с вводом данных при помощи дискет в атомной отрасли) обходится бюджету в огромные суммы.

MCP — инновационная программа, которую, как и DAPHNA, разработали специалисты Центра космических полетов Годдарда. Начало проекту было положено в 2019 году — тогда стартовал пилотный проект, который показал себя весьма неплохо. MCP ускоряет миграцию и внедрение облачных вычислений. Это масштабируемая и консолидированная инфраструктура. Соответственно, пользователям MCP не приходится платить за ненужные ресурсы — оплачивается лишь то, что используешь в текущий момент.

Уже сейчас MCP поддерживает реализацию около 100 крупных проектов семи центров NASA. Среди возможностей инфраструктуры — искусственный интеллект, машинное обучение, цифровые модели, научные модели и т.п. Среди ключевых заказчиков — как раз DAPHNE, затем CARA и Flight Dynamics Facility (FDF).