Op 20 februari stuurt NASA de bevoorradingsraket NG-15 naar het ISS. Aan boord zitten twee edge servers van HPE die lokaal rekenwerk moeten versnellen en zo het pad kunnen vereffenen voor langere ruimtemissies.
De Spaceborne Computer-2 bestaat uit twee edge servers die de komende drie jaar door het ISS worden gebruikt terwijl het om de aarde cirkelt. De computers zullen onder meer sensordata verwerken, de gezondheid van astronauten monitoren, of gegevens van allerlei projecten samenbrengen.
Het doel is om data sneller te verwerken. Ruwe data kan zo ter plaatse worden verwerkt en hoeft niet langer eerst naar de aarde te worden verstuurd. Tegelijk krijgen de astronauten sneller informatie uit hun data, wat bijvoorbeeld wetenschappelijke experimenten of cruciale beslissingen op basis van die gegevens kan versnellen.
Hoe verschilt een computer in de ruimte?
HPE stuurde in 2017 al een eerste Spaceborne Computer de lucht in voor één jaar. Toen ging het om een test die moest aantonen of het doenbaar is om een standaard server te laten functioneren op het ISS. Dat lukte, waardoor het nu om een volwaardig opvolgproject gaat.
Alle oppervlaktes, zeker schroeven of oneffenheden moeten ‘glad’ zijn.
Volgens HPE verschillen de twee servers nauwelijks van wat het bedrijf hier op aarde commercieel aanbiedt. Het voornaamste verschil is dat de servers niet in een standaard rack zitten, maar in een ‘locker’ op maat van het ISS. Verder is er een stroom-, koelings- en LAN-aansluiting zoals bij standaard servers in een datacenter.
‘Die locker is van standaard aluminium dat in vliegtuigen wordt gebruikt, zoals andere materialen in het ISS. NASA geeft ons de specificaties en wij volgen die. Maar er zijn wel veiligheidsmaatregelen’, vertelt dr Mark Fernandez, solutions architect for converged edge systems bij HPE aan Data News.
‘Er is een zogenaamde ‘white glove inspection’ waarbij ze met een handschoen over elk oppervlak gaan en als de handschoen ergens blijft haperen dan ben je gebuisd’, weet Fernandez nog. ‘Dus alle oppervlaktes, zeker schroeven of oneffenheden moeten ‘glad’ zijn.’
Betrouwbaarheid in de ruimte
Maar draait een computer in de ruimte even betrouwbaar en performant als op aarde? Want in de ruimte is er bijvoorbeeld meer straling dan op aarde. Doorgaans wel volgens HPE. Voor de eerste Spacebourne Computer werd er een identiek toestel op aarde gebruikt dat dezelfde workloads kreeg, wat nu ook zal gebeuren.
‘We merkten daarbij dat er meer single bit errors in de ruimte gebeurden dan op aarde. Maar er was geen dataverlies of incidenten die leiden tot noemenswaardige fouten in de berekende resultaten’, aldus Fernandez.
Hardwarespecificaties, op Linux
De toestellen in kwestie zijn een HPE Edgeline EL4000 Converged Edge System (1 low wattage X86 CPU, 1 low wattage GPU, 64 GB Geheugen en 4X 240GB SSD) en een HPE ProLiant DL360 Gen10 server (2 low wattage X86 CPU, 192 GB geheugen, 10X240 SSD), beiden met een 10 gigabit ethernetaansluiting en waterkoeling.
HPE benadrukt dat beiden bestaan uit standaard hardware. Het ProLiant systeem is zelfs identiek aan de modellen waarvan HPE er honderdduizenden verkoopt. De besturingssystemen op de servers zijn Red Hat 7.8 en NASA TReK 5.2.2, een reeks applicaties en libraries van de ruimtevaartorganisatie zelf.
Wat bij technische problemen?
Het voornaamste obstakel in de ruimte is dat je uiteraard niet zomaar wisselstukken of een technieker kan sturen als het fout loopt. Dat maakt dat de hardware redundant moet zijn, maar ook dat probleemoplossing eenvoudig moet kunnen en dat de combinatie van hard- en software zo lang en goed mogelijk moet blijven werken zonder interventie.
De redenering is eerder ‘als het foutgaat, hoe gaan we dan verder?
‘Normaal ontwikkel je met een preventieve mindset, hier is dat consequentieel. Dat wil zeggen dat je niet enkel bouwt om schade te voorkomen, waarbij iets uitvalt als het foutloopt. De redenering is eerder ‘als het foutgaat, hoe gaan we dan verder?’, aldus Fernandez.
Dat wil zeggen dat beide servers zichzelf en elkaar monitoren, maar bij een fout komt er een reeks acties op gang om bijvoorbeeld de workloads zo goed mogelijk te blijven uitvoeren. ‘Gebeurt er iets op de ene server, dan is er een failover naar de tweede.’
Los daarvan zijn er ook wisselstukken aan boord voor als de hardware zelf niet langer meekan, maar Fernandez wil fysieke interventies door astronauten zo veel mogelijk vermijden.
Als een onderdeel faalt, dan hoeft het niet altijd of meteen vervangen te worden tenzij het kritiek is.
‘Stukken kunnen vervangen worden, maar hopelijk is dat niet nodig. We werken via ‘Conops’, concepts of operation. Als een onderdeel faalt, dan hoeft het niet altijd of meteen vervangen te worden tenzij het kritiek is. Een ventilator die uitvalt is bijvoorbeeld niet iets dat noodzakelijk meteen hoeft te worden opgelost. Daar hebben we ervaring rond opgedaan met de eerste Spacebourne Computer en die werkpunten hebben we meegenomen in het huidige hardwaredesign.
Dat vertaalt zich zelfs in de stoomtoevoer. Het ISS werkt op zonnepanelen en batterijen voor periodes dat het ruimtestation niet is blootgesteld aan de zon. Maar ook daar is een marge voorzien. ‘Er is stroombeheer ingebouwd en er zijn acht power states. Waarbij bijvoorbeeld één server op low power draait en de andere wordt uitgeschakeld, of combinaties daarvan.’
In de ruimte, dus overal
Spacebourne Computer-2 is voor ruimtevaart interessant om de mogelijkheden van werken met gewone hardware te verkennen. Voor de operationele werking vertrouwt ruimtevaart doorgaans op hardware die al jaren bewezen betrouwbaarheid heeft. Voor toepassingen op het ISS die daar iets verder van staan is er meer marge.
Fernandez wil nog niet vooruitlopen op toekomstige missies, of een Spacebourne Computer-3, maar laat wel verstaan dat lokaal data verwerken cruciaal is om sneller en vlotter te communiceren met de aarde, maar ook om minder afhankelijk te zijn van de thuisplaneet.
Wat we in de ruimte kunnen bewijzen, kunnen we ook op aarde doen.
Dat is op zijn beurt van vitaal belang wanneer er weer maanmissies plaatsvinden, er een permanente maanbasis komt. Of wanneer de missies richting Mars opstarten en een ruimtetuig maanden onderweg is en in alle omstandigheden performant moet kunnen werken. ‘Ik hoop op duizenden PoC’s (proof of concepts, nvdr) om te weten wat we wel of niet kunnen doen’, zegt Fernandez.
De winst voor HPE zit hem dan weer in de prestige. ‘Wij voorzien infrastructuur en willen tonen dat dit ook in de ruimte kan. Dan kan het ook op een hogesnelheidstrein, diep onder de grond of op een boorplatform. Wat we in de ruimte kunnen bewijzen, kunnen we ook op aarde doen’, aldus Fernandez.
Fout opgemerkt of meer nieuws? Meld het hier