Misión Espacial como Servicio (SMaaS): Computación de propósito general en el espacio

Dada la naturaleza crítica de sus misiones, los sistemas espaciales como satélites, sondas, naves espaciales, etc., suelen llevar incorporadas soluciones específicas de hardware y software. Aunque este planteamiento ha dado lugar a numerosos logros, también ha limitado las capacidades disponibles de...

Full description

Autores:
Camargo Forero, Leonardo
Rodríguez Ferreira, Julián G.
Barrios Hernández, Carlos J.
Tipo de recurso:
Article of investigation
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Autónoma de Bucaramanga - UNAB
Repositorio:
Repositorio UNAB
Idioma:
spa
OAI Identifier:
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Acceso en línea:
http://hdl.handle.net/20.500.12749/28269
https://doi.org/10.29375/25392115.5272
Palabra clave:
Computación de alto rendimiento
Computación embebida
Inteligencia artificial espacial
Supercomputador en el espacio
Framework
High-Performance Computing
Embedded Computing
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Supercomputer in Space
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License
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description Dada la naturaleza crítica de sus misiones, los sistemas espaciales como satélites, sondas, naves espaciales, etc., suelen llevar incorporadas soluciones específicas de hardware y software. Aunque este planteamiento ha dado lugar a numerosos logros, también ha limitado las capacidades disponibles de una nave espacial y la integración potencial entre múltiples unidades. En este trabajo, proponemos el concepto de Misión Espacial como Servicio (SMaaS, en su acrónimo en inglés), un conjunto de estrategias para desplegar sistemas espaciales capaces de computación de propósito general, Inteligencia Artificial embebida, transparencia para el usuario y flexibilidad hacia la integración entre múltiples naves espaciales. Dichas estrategias incluirán la evaluación de sistemas operativos estándar y computadores complementarios integrados, como la serie NVIDIA® Jetson, en condiciones espaciales, marcos comunes de IA, computación embebida de alto rendimiento y computación en nube como integrador entre los dispositivos de computación espacial y las estaciones terrestres. Como demostración, se pretende evaluar tales estrategias en el marco de un proyecto consistente en idear el sistema informático a bordo de un nanosatélite perteneciente a la Fuerza Aérea Colombiana. Las posibilidades son ilimitadas si a una nave espacial se le incorpora un computador de acompañamiento con los componentes de hardware y software necesarios para ejecutar software de computación de propósito general e inteligencia artificial. El preprocesamiento de datos a bordo, el ancho de banda de descarga espacio-tierra optimizado, la navegación basada en visión, la evasión autónoma de colisiones y, en general, superiores niveles de autonomía son algunos ejemplos del potencial de este enfoque que podría conducir a la implementación de un supercomputador en el espacio.
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En este trabajo, proponemos el concepto de Misión Espacial como Servicio (SMaaS, en su acrónimo en inglés), un conjunto de estrategias para desplegar sistemas espaciales capaces de computación de propósito general, Inteligencia Artificial embebida, transparencia para el usuario y flexibilidad hacia la integración entre múltiples naves espaciales. Dichas estrategias incluirán la evaluación de sistemas operativos estándar y computadores complementarios integrados, como la serie NVIDIA® Jetson, en condiciones espaciales, marcos comunes de IA, computación embebida de alto rendimiento y computación en nube como integrador entre los dispositivos de computación espacial y las estaciones terrestres. Como demostración, se pretende evaluar tales estrategias en el marco de un proyecto consistente en idear el sistema informático a bordo de un nanosatélite perteneciente a la Fuerza Aérea Colombiana. Las posibilidades son ilimitadas si a una nave espacial se le incorpora un computador de acompañamiento con los componentes de hardware y software necesarios para ejecutar software de computación de propósito general e inteligencia artificial. El preprocesamiento de datos a bordo, el ancho de banda de descarga espacio-tierra optimizado, la navegación basada en visión, la evasión autónoma de colisiones y, en general, superiores niveles de autonomía son algunos ejemplos del potencial de este enfoque que podría conducir a la implementación de un supercomputador en el espacio.Given the critical nature of their missions, space systems such as satellites, probes, spacecraft, etc., are commonly embedded with specific hardware and software solutions. While this approach has led to numerous achievements, it has also limited the available capacities of a spacecraft and the potential integration between multiple units. In this work, we propose the concept of Space Mission as a Service (SMaaS), a set of strategies for deploying space systems capable of generalpurpose computing, embedded Artificial Intelligence, user transparency, and flexibility towards the integration between multiple spacecraft. Such strategies will include evaluating standard operating systems and embedded companion computers, such as the NVIDIA® Jetson Series, under space conditions, common AI frameworks, High-Performance Embedded Computing, and cloud computing as an integrator between space computing devices and earth ground stations. As a demonstration, we intend to evaluate such strategies within the scope of a project consisting of devising the computing onboard system of a nanosatellite belonging to the Colombian Air Force. The possibilities are endless if a spacecraft were embedded with a companion computer with the necessary hardware and software components to execute general-purpose computing and artificial intelligence software. On-board data preprocessing, optimized space-earth download bandwidth, vision-based navigation, autonomous collision avoidance, and overall higher levels of autonomy are a few examples of the potential of this approach that could lead to the implementation of a supercomputer in space.application/pdfspaUniversidad Autónoma de Bucaramanga UNABhttps://revistas.unab.edu.co/index.php/rcc/article/view/5272/4082https://revistas.unab.edu.co/index.php/rcc/issue/view/303Fuerza Aeroespacial Colombiana. (2024). Fuerza Aeroespacial Colombiana. Retrieved from www.fac.mil.co: https://www.fac.mil.co/esAbdelBaky, M., Parashar, M., Kim, H., Jordan, K. E., Sachdeva, V., Sexton, J., . . . Wheeler, M. F. (2012, October). Enabling High-Performance Computing as a Service. 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