Esta é a segunda parte de uma série de três partes sobre armazenamento de dados na nova era espacial. Design por Aisha Alkinaey.
Os satélites estão tendo um momento de Lei de Moore. Em vez de missões extremamente complexas e absurdamente caras, como o Telescópio Espacial James Webb de 25 anos e US$ 10 bilhões (e contando), há uma mudança para satélites de baixo custo que não são maiores que um par de sapatos. Alguns podem até caber na palma de uma mão.
A miniaturização dos satélites não é uma revolução pequena. Ele derruba a alta barreira do espaço. O que antes era um campo para agências governamentais agora está acessível para players comerciais e novos aplicativos.
Claramente, pequenos satélites (ou “smallsats”) nunca substituirão algo tão maravilhoso quanto o telescópio Webb. No entanto, eles estão encontrando novas maneiras inovadoras de explorar e capitalizar o espaço. Tudo repensando o satélite e seus sistemas de dados.
Smallsats destinam-se a iteração rápida e melhoria constante, assim como os princípios ágeis que varreram o desenvolvimento de software. Smallsats podem ser construídos em um laboratório, garagem ou sala de aula. Eles podem até ser produzidos em massa.
Alguns smallsats são lançados sob demanda usando micro-foguetes, outros pegam carona em uma missão maior ou podem ser enviados para órbita em lotes. Um recorde de 143 satélites lançados em um único foguete no início deste ano.
Montando um smallsat. Imagem cortesia de Rafał Graczyk.
Uma vez em órbita, dezenas, centenas e potencialmente milhares de satélites podem formar uma “constelação” onde trabalham em conjunto em uma única tarefa, como visualizar nosso planeta em tempo real ou transmitir internet para áreas rurais.
Os próximos casos de uso vão desde a exploração do espaço profundo até um data center baseado no espaço e até mesmo um outdoor de anúncio espacial (sem brincadeira). E à medida que os kits de pequenos satélites DIY, mecanismos de lançamento baratos e conceitos de compartilhamento de carona para orbitar amadurecem, o céu não será limite para quem quer uma parte da revolução dos dados espaciais.
Embora o YES2 tenha sido um experimento científico bem-sucedido, ele detectou várias falhas elétricas que comprometeram a missão. “O espaço é hostil; é difícil sobreviver se você é humano ou máquina”, disse Graczyk.
O espaço é um ambiente operacional hostil, para dizer o mínimo. Graczyk explicou como os componentes eletrônicos sofrem violentas batidas mecânicas durante a decolagem. E uma vez em órbita, os materiais sofrem estresse extremo de mudanças térmicas (um satélite em órbita da Terra pode percorrer 260 graus Fahrenheit a cada hora de todos os dias).
A radiação espacial degradará os componentes até que fiquem inoperantes. Partículas ionizantes podem praticamente perfurar um buraco de curto-circuito em um microchip. E há muitos fenômenos estranhos que ocorrem com materiais no vácuo profundo do espaço (bigodes de estanho, alguém?).
“Não é uma questão se os componentes irão falhar,” disse Graczyk. “Mas como mitigar essas falhas, manter as operações confiáveis e, na pior das hipóteses, recuperar um sistema que não possui botão liga / desliga”, disse ele.
Sistemas espaciais resilientes
Tradicionalmente, a indústria espacial tem confiado no que é chamado de “silício duro rad”, componentes endurecidos por radiação que foram projetados , testado e verificado para funcionar sob condições extremas de operação no espaço.
Mas o processo de qualificação de tais componentes é meticulosamente longo. De acordo com Graczyk, o processo meticuloso torna o smartphone mais recente 100 vezes mais rápido do que a tecnologia atual implantada no espaço. “É um problema essencial com eletrônicos qualificados para o espaço”, disse Graczyk. “Você está sempre sacrificando o desempenho por uma questão de confiabilidade.”
PCB de uma unidade de processamento de dados projetada sob medida para aplicações espaciais. Imagem cortesia de Rafał Graczyk.
Engenheiros como Graczyk estão explorando uma abordagem diferente. Em vez de usar tecnologias qualificadas para o espaço, a Graczyk está aproveitando os componentes mais recentes e de alto desempenho “prontos para uso”. Ele acredita que o desempenho adicional pode ser usado para construir a resiliência do sistema por meio de mecanismos de software, em vez de mecanismos de hardware tradicionais (protegidos contra radiação).
Todos os aplicativos de satélite se resumem ao gerenciamento de dados: captura, armazenamento e transmissão de dados sem perda ou corrupção. Não é surpresa que Iarovici tenha dito que a confiabilidade do armazenamento é o desafio mais significativo.
Para Iarovici, os efeitos da radiação espacial e das partículas ionizantes nos bits de memória são particularmente preocupantes. “Nós colocamos muito esforço de engenharia nesta área de liderança tecnológica – como projetar um sistema flash para resistir eficientemente a bitflips transitórios causados por raios cósmicos”, disse ele.
Mas projetar sistemas smallsat vem com outras considerações distintas. Iarovici disse que os casos de uso do smallsat ainda estão surgindo. Os sistemas precisam ser projetados com resistência e capacidade de flash NAND suficientes para lidar com aplicativos que podem ocorrer apenas um ou dois anos após o lançamento.
A capacidade extra também pode ser utilizada de outras formas. Como o flash NAND tem um número finito de ciclos de leitura e gravação, maior capacidade oferece espaço para falhas ou desgaste. Semelhante à filosofia de Graczyk, é uma abordagem mais simples para aumentar a vida útil do armazenamento.
Mas Iarovici adverte sobre o uso de qualquer flash de prateleira. “Flash não é apenas flash”, disse ele. “O Flash é maleável e pode abrigar diferentes características que, em última análise, afetarão a retenção, o desempenho e a resistência dos dados. Você precisa escolher a nota certa para o espaço.”
Há uma corrida do ouro para a órbita baixa da Terra liderada pela revolução do smallsat. Um tsunami de oportunidades está se acumulando à medida que gigantes da computação em nuvem entram silenciosa e estrategicamente no ecossistema do espaço.
À medida que mais satélites e aplicativos entram em nossa atmosfera, mais organizações se perguntam: “O que posso fazer com dados do espaço?” Nada, se você não tiver sistemas de dados resilientes e armazenamento de dados confiável.
