À l’intérieur de Curiosity de la NASA : c’est un Apple Airport Extreme… avec des roues – High-teK.ca

Mars Science Laboratory Curiosity (artist rendering)

Tard hier soir, Mars Science Laboratory (MSL) Curiosity s’est frayé un chemin avec succès Sept minutes de terreur et s’est posé à la surface de la planète rougeannonçant une nouvelle ère d’exploration extraterrestre qui aboutira finalement à la colonisation humaine de Mars.

Les premières photos de Curiosity commencent à arriver (à droite), et très bientôt nous commencerons à voir des données scientifiques recueillies par le laboratoire scientifique embarqué de Curiosity, alors j’ai pensé que ce serait le bon moment pour discuter du matériel et des logiciels qui rend réellement MSL Curiosity possible.

Matériel

Au coeur de Curiosité il y a bien sûr un ordinateur. Dans ce cas, le rover Mars est alimenté par un RAD750, un ordinateur monocarte (carte mère, RAM, ROM et CPU) produit par BAE. Le RAD750 est sur le marché depuis plus de 10 ans et c’est actuellement l’un des ordinateurs de bord les plus populaires pour les engins spatiaux. Dans le cas de Curiosity, le processeur est un PowerPC 750 (PowerPC G3 dans la nomenclature Mac) cadencé à environ 200 MHz – ce qui peut sembler lent, mais il reste des centaines de fois plus rapide que, disons, l’ordinateur de guidage Apollo utilisé lors des premiers alunissages. Également sur la carte mère se trouvent 256 Mo de DRAM et 2 Go de stockage flash – qui seront utilisés pour stocker des données vidéo et scientifiques avant leur transmission vers la Terre.

Le RAD750 peut supporter des températures comprises entre -55 et 70C et des niveaux de rayonnement jusqu’à 1000 gray. Installés en toute sécurité dans Curiosity, la température et le rayonnement doivent rester en dessous de ces niveaux – mais pour des raisons de redondance, il y a un deuxième RAD750 qui prend automatiquement le relais si le premier tombe en panne.

Logiciel

Côté logiciel, la NASA s’en tient à nouveau à des solutions éprouvées, optant pour le système d’exploitation VxWorks, vieux de 27 ans. VxWorks, développé par Wind River Systems (qui a été acquis par Intel), est un système d’exploitation en temps réel utilisé dans un grand nombre de systèmes embarqués. Les précédents rovers martiens (Sojourner, Spirit, Opportunity), Mars Reconnaissance Orbiter et le vaisseau spatial SpaceX Dragon utilisent tous VxWorks. VxWorks alimente également BMW iDrive, l’hélicoptère Apache Longbow et les routeurs Apple Airport Extreme et Linksys WRT54G (vraiment).

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J’ai dit que VxWorks a 27 ans, mais c’est un peu injuste : la version initiale date de 1985 (à peu près à la même époque que MS-DOS 3.0), mais elle a été en développement constant depuis lors, atteignant la v6.9 l’année dernière. Pourquoi Curiosity utilise-t-il VxWorks ? Il est fiable, dispose d’une chaîne d’outils de développement mature et ses systèmes de planification et d’interruption de bas niveau sont probablement idéaux pour gérer des tâches en temps réel telles que l’EDL (entrée, descente et atterrissage, c’est-à-dire sept minutes de terreur).

Instrumentation

MSL Curiosity est littéralement un laboratoire scientifique sur roues, et en tant que tel, son armement d’instrumentation est plutôt fou. Il y a 17 caméras au total, dont quatre (les plus hautes résolutions) sont équipées de capteurs CCD 1600×1200 (2 mégapixels). La caméra qui nous intéresse le plus est MastCam, qui prendra des images haute résolution en couleurs vraies du paysage martien et une vidéo 720p à 10 ips. Regardant vers le bas plutôt que vers l’extérieur, le Mars Hand Lens Imager, qui est attaché au bras robotique, prendra des images microscopiques du sol et de la roche sous Curiosity.

Sur le plan scientifique, la caméra la plus importante est probablement ChemCam, qui va vaporiser les roches et le sol avec un laser infrarouge, puis utiliser la spectroscopie pour analyser l’échantillon. Il y a aussi beaucoup d’autres spectromètres à bord, un moniteur de rayonnement, un détecteur d’eau/hydrogène et une suite d’instruments (ensemble de chimie ?) qui analysera les échantillons prélevés au sol.

Jusqu’à ce que MastCam soit déclenché – ce qui devrait se produire dans un jour ou deux – la plupart des images que nous recevrons de Curiosity proviennent des caméras d’évitement des dangers, ou Hazcams. Ce sont des caméras en niveaux de gris fixées aux quatre coins de Curiosity, qui établissent une carte 3D des environs du rover. Cette carte est ensuite utilisée pour naviguer de manière autonome autour des dangers (rochers de plus de 75 cm environ, gouffres, petits hommes verts, etc.)

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Communication

Au-delà de la procédure d’atterrissage — que nous avons discuté dans le passé – de loin l’aspect le plus cool de Curiosity est que nous contrôlons un robot fabriqué par l’homme qui se trouve jusqu’à 250 millions de kilomètres, et à son tour, il renverra des téraoctets de données au cours des prochaines années.

Comme vous pouvez l’imaginer, la transmission de données sur 250 millions de kilomètres nécessite beaucoup de puissance. Curiosity génère 125 watts d’électricité à partir d’un générateur thermoélectrique à radio-isotopes de 2000 watts à base de plutonium. La chaleur résiduelle est utilisée pour maintenir les systèmes du MSL à une température optimale.

Curiosity peut soit communiquer directement avec l’antenne du Deep Space Network (DSN) de la Terre via une liaison en bande X (8 GHz), soit utiliser un émetteur UHF (300 MHz-3 GHz) pour relayer les signaux via Mars Odyssey et Mars Reconnaissance Orbiter, qui orbitent quelques cent milles au-dessus de Curiosity. Parce qu’il est beaucoup moins cher pour Curiosity d’utiliser l’UHF, et parce que le Mars Reconnaissance Orbiter dispose d’une antenne en bande X à très haut débit de 6 Mbps, le relais sera le principal moyen de Curiosity de renvoyer des données vers la Terre.

Les prochains jours

Alors que nous sommes à peu près certains que Curiosity a effectué un atterrissage parfait sur Mars, la NASA va maintenant passer les prochains jours à le confirmer. Une fois que le contrôle de mission est convaincu que Curiosity n’a pas atterri au bord d’une crevasse ou d’une fosse de sables mouvants, le mât, le bras robotique et l’antenne à gain élevé seront déployés. Dans une semaine environ, nous devrions voir les premiers panoramas haute résolution créés par MastCam. Dans les prochains jours, nous attendons également une photo prise par le Mars Reconnaissance Orbiter de la descente et de l’atterrissage de Curiosity. Si vous ne le saviez pas, MRO est équipé de HiRISE, un appareil photo de 800 mégapixels qui prend des photos de 2 gigaoctets.

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Finalement, nous verrons même des films de Curiosity parcourir la surface de la planète rouge à une vitesse vertigineuse de 90 mètres par heure. Je ne serais pas surpris si, dans quelques années, vous pouviez voir Curiosité : le film à votre cinéma IMAX local.

Actualisé: Ajout : plusieurs photos prises par Curiosity ; une nouvelle photo de Curiosity, prise par Mars Reconnaissance Orbiter, lors de la descente ; et une vidéo capturée par Curiosity lui-même, lors de ses deux dernières minutes de descente.

Mis à jour à nouveau : Ajout d’une photo très cool du site d’atterrissage de Curiosity, prise par le Mars Reconnaissance Orbiter. Vous pouvez voir tous les débris, y compris la grue céleste, le bouclier thermique, etc. Ajout également de la première image haute résolution de la surface martienne, prise par l’une des caméras de navigation en noir et blanc.