Si vous pensiez qu’il était facile d’envoyer des ordinateurs dans l’espace, vous serez peut-être intéressé de savoir que ce n’est pas aussi facile que vous le pensez. Le LTT explique pourquoi l’envoi d’ordinateurs dans l’espace est un défi de taille en raison des conditions difficiles qu’ils doivent endurer. Les radiations, la microgravité et les contraintes strictes en matière d’alimentation et de refroidissement sont les principaux obstacles que les ingénieurs doivent surmonter. Les radiations peuvent endommager gravement les composants électroniques, entraînant des défaillances du système et des pertes de données.
Principaux enseignements :
- Exposition aux radiations :
- L’espace est soumis à des niveaux élevés de radiations, qui peuvent endommager gravement les composants informatiques, en particulier les supercondensateurs et d’autres pièces électroniques sensibles. Cela entraîne des taux de défaillance plus élevés et nécessite des technologies spéciales de blindage et de correction des erreurs.
- Microgravité :
- L’absence de gravité dans l’espace crée des défis uniques pour la conception et le fonctionnement du matériel informatique. Les méthodes de refroidissement traditionnelles, qui reposent sur la convection, sont inefficaces en microgravité, ce qui nécessite des solutions de refroidissement alternatives.
- Contraintes d’alimentation :
- L’énergie est une ressource limitée dans les vaisseaux spatiaux. Les ordinateurs doivent être conçus pour être extrêmement économes en énergie afin d’éviter d’épuiser les réserves d’énergie du vaisseau spatial, en particulier pendant les opérations critiques.
- Exigences en matière de refroidissement :
- Sans atmosphère pour dissiper la chaleur, les ordinateurs dans l’espace doivent utiliser des systèmes de refroidissement avancés. Il s’agit souvent de systèmes de refroidissement liquide qui peuvent fonctionner en microgravité, ce qui ajoute à la complexité et aux points de défaillance potentiels.
- Remplacements et réparations fréquents :
- Sur la Station spatiale internationale (ISS), les ordinateurs portables et autres appareils informatiques sont fréquemment remplacés en raison de l’usure due à l’environnement hostile. Ce renouvellement fréquent n’est pas envisageable pour tous les systèmes essentiels à la mission, ce qui nécessite des conceptions plus robustes et durables.
- Conditions de lancement :
- Les vibrations et les forces intenses subies lors du lancement peuvent endommager les équipements informatiques sensibles. Les composants doivent être rigoureusement testés et conçus pour résister à ces conditions difficiles.
- Largeur de bande et temps de latence limités :
- La transmission de données vers et depuis l’espace est limitée par des contraintes de bande passante et un temps de latence important. Cela affecte les opérations en temps réel et nécessite des solutions efficaces de traitement et de stockage des données à bord.
- Limitation de l’espace physique :
- Les engins spatiaux disposent d’un espace physique très limité. Les ordinateurs et autres équipements doivent être compacts et légers, tout en étant robustes et capables de remplir les fonctions nécessaires.
- Tests environnementaux :
- Tous les équipements envoyés dans l’espace doivent subir des tests environnementaux approfondis, notamment des tests de vibration, des tests acoustiques et des tests « en gants blancs » pour s’assurer qu’ils ne présentent pas de risques potentiels et qu’ils peuvent résister à l’environnement spatial.
- Redondance opérationnelle :
- En raison du risque élevé de défaillance matérielle, les ordinateurs envoyés dans l’espace comprennent souvent des systèmes et des composants redondants afin de garantir la continuité du fonctionnement en cas de panne. Il s’agit notamment de disques de stockage de secours et de systèmes en miroir.
- Exigences matérielles spécialisées :
- Les ordinateurs spatiaux utilisent souvent du matériel spécialisé, non standard, capable de fonctionner dans les conditions uniques de l’espace. Ce matériel est sélectionné en fonction de sa fiabilité, de son efficacité énergétique et de sa capacité à résister aux radiations et à d’autres contraintes environnementales.
- Innovation et expérimentation :
- Des projets comme Spaceborne 1 et 2 sont essentiels pour tester et prouver la viabilité de l’informatique avancée dans l’espace. Ces expériences permettent d’identifier des applications pratiques, d’explorer de nouvelles technologies et de comprendre les effets à long terme de l’espace sur le matériel informatique.
Les effets de la microgravité sur les performances du matériel informatique constituent également une préoccupation majeure, car les composants peuvent se comporter différemment de ce qu’ils feraient sur Terre. En outre, la disponibilité limitée de l’alimentation et du refroidissement dans l’espace rend difficile le maintien de la stabilité du système et la prévention de la surchauffe.
Projet d’ordinateur embarqué dans l’espace
Malgré ces difficultés, la NASA, HP Enterprise et Kokia ont collaboré au projet Spaceborne Computer afin de développer des systèmes informatiques fiables pour la Station spatiale internationale (ISS). Ce projet a connu de multiples itérations, chacune s’appuyant sur les enseignements tirés de la précédente pour relever les différents défis techniques et environnementaux rencontrés dans l’espace.
Le projet Spaceborne Computer a débuté avec Spaceborne 1, qui a fourni des informations précieuses sur le fonctionnement des systèmes informatiques standard dans l’espace. Les connaissances acquises au cours de cette phase initiale ont ensuite été appliquées au développement de Spaceborne 2, qui a intégré plusieurs améliorations visant à accroître la fiabilité et les performances. Ces systèmes sont conçus pour prendre en charge l’IA et l’analyse des données, qui sont essentielles à la réussite des missions spatiales et à la sécurité des astronautes.
Voici quelques-unes des principales caractéristiques et spécifications de l’ordinateur Spaceborne :
- Des systèmes HP Enterprise standard choisis pour leur profondeur, leur consommation d’énergie et la prise en charge des GPU.
- Configurations de stockage avec des disques d’interface SAS pour la fiabilité et l’efficacité énergétique
- Systèmes de refroidissement personnalisés combinant le refroidissement par air et par eau pour gérer la chaleur dans l’environnement de l’ISS
- Installation dans des casiers Express Rack 2, conformément à des normes de test rigoureuses
- Liaison réseau privée avec une vitesse de 1 Mbps et des temps d’arrêt périodiques de la connectivité
- Connecteurs militaires et câbles personnalisés pour des connexions sûres et fiables.
Surmonter les défis opérationnels dans l’espace
L’exploitation d’ordinateurs dans l’espace présente un ensemble unique de défis qui requièrent des solutions innovantes. Les contraintes du budget énergétique nécessitent des techniques efficaces de gestion de l’énergie pour garantir que les systèmes puissent fonctionner de manière fiable sans dépasser les ressources disponibles. Des systèmes redondants sont utilisés pour améliorer la fiabilité, permettant un fonctionnement continu même en cas de défaillance d’un composant. La mise en mémoire tampon des communications est également mise en œuvre pour pallier l’absence d’API pour l’état des connexions, ce qui garantit que les données ne sont pas perdues pendant les périodes d’indisponibilité de la connectivité.
Alors que le projet Spaceborne Computer continue d’évoluer, les ingénieurs explorent de nouvelles technologies et stratégies pour améliorer encore les capacités de calcul dans l’espace. Par exemple, l’utilisation potentielle de Starlink à l’avenir pourrait offrir une meilleure connectivité, permettant un transfert de données plus rapide et une communication plus fiable entre l’ISS et le contrôle au sol. Une évaluation continue des configurations matérielles et logicielles est également menée afin d’identifier les domaines à optimiser et à améliorer.
Le projet Spaceborne Computer témoigne de l’ingéniosité et de la persévérance des ingénieurs et des scientifiques qui y ont participé. En repoussant les limites de ce qui est possible en matière d’informatique spatiale, ils ouvrent la voie à de futures missions et découvertes qui élargiront notre compréhension de l’univers et de la place que nous y occupons. Alors que nous continuons à explorer la dernière frontière, l’importance de systèmes informatiques fiables et performants dans l’espace ne fera que croître.
Crédit vidéo : LTT
Image : NASA
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