Компания Google работает над амбициозным проектом Suncatcher, цель которого — перенести возможности машинного обучения за пределы земной атмосферы. Анонсированная ранее инициатива призвана расширить вычислительные мощности искусственного интеллекта на орбите Земли. В ближайшее время состоится запуск прототипа спутника, который должен продемонстрировать, способны ли фирменные чипы Tensor Processing Units выдерживать суровые условия открытого космоса.
Особенности размещения вычислительных систем на орбите
На низкой околоземной орбите спутники подвергаются воздействию практически непрерывного солнечного света. Это потенциально позволяет им вырабатывать в восемь раз больше солнечной энергии по сравнению с наземными аналогами. Концепция предполагает использование масштабной сети спутников, объединенных для обработки данных искусственного интеллекта прямо над облаками. Однако перед инженерами встает главный вопрос: смогут ли специализированные микросхемы нормально функционировать в таких условиях?
Испытания оборудования перед полетом
Прототип аппаратного обеспечения отправится на орбиту в рамках грядущей миссии Transporter-18 компании SpaceX. Команда проекта должна собрать данные о том, как кремниевые компоненты переносят мощные вибрации во время старта, космическую радиацию и серьезный тепловой стресс. Путь на низкую околоземную орбиту представляет собой десятиминутную поездку, в ходе которой спутник испытывает перегрузки, достигающие 100 g.
Чтобы подготовить аппаратуру к космическим нагрузкам, специалисты провели ряд испытаний: вибрационные тесты, воздействие радиации и проверки в термовакуумных камерах. Поскольку на орбите спутники постоянно бомбардируются космическими лучами, чипы облучали протонными пучками в Калифорнийском университете в Дэвисе для проверки на устойчивость к сбоям данных. По результатам тестов микросхемы успешно выдержали объем радиации, превышающий пятилетний срок работы на орбите.
Проблема охлаждения и лазерная связь
В условиях открытого космоса специалисты столкнулись с проблемой отсутствия воздуха для охлаждения сильно нагревающихся процессоров. Если на Земле с этой задачей справляются вентиляторы, то в условиях вакуума тепло приходится отводить с помощью радиаторов. Инженеры разработали комплексную систему из тепловых трубок и радиаторов, которую протестировали в специальной камере, имитирующей космическую среду.
В планах Google значится развертывание группировок спутников, оснащенных десятками TPU и движущихся синхронно. Для поддержания связи между ними аппараты должны использовать лазерные лучи. Практические испытания таких лазерных каналов связи намечены на 2027 год, когда на орбиту планируется вывести два космических аппарата.
Инженерные вызовы и перспективы орбитального ИИ
Проект Suncatcher, анонсированный в прошлом году, представляет собой попытку реализовать масштабную концепцию: задействовать само космическое пространство для хостинга нового поколения машинного обучения. Создание сети спутников, выполняющих ИИ-обработку выше облаков, требует решения уникальных технологических задач.
Для доставки оборудования в космос используется предстоящая миссия SpaceX Transporter-18. Команда проекта тщательно готовила прототип к суровым условиям, устраивая проверку на прочность, напоминающую лагерь подготовки NASA. Помимо вибрационных тестов и испытаний в термовакуумных камерах, разработчики подвергли чипы TPU бомбардировке протонными пучками в университете UC Davis. Подобные тесты позволили оценить устойчивость оборудования к «битфлипам» (bitflips) и другим цифровым сбоям, показав впечатляющие результаты: микросхемы успешно справились с нагрузкой, превышающей пятилетнюю дозу радиации при вращении вокруг Земли.
Охлаждение процессоров и лазерная коммуникация
Одной из главных трудностей в космосе остается терморегуляция. Поскольку в условиях абсолютного вакуума полностью отсутствует воздух, традиционные вентиляторы применить невозможно. Единственным способом избавиться от тепла, выделяемого мощными процессорами, являются радиаторы. Инженеры разработали особую систему, объединяющую тепловые трубки и радиаторы — своеобразную «межзвездную сантехнику», которая уже прошла успешные испытания в камере, имитирующей космическую среду.
В дальнейшем Google планирует оснащать каждый спутник десятками чипов TPU, отправляя аппараты на орбиту синхронизированными группами. Чтобы обеспечивать стабильную связь внутри такой группировки, космические аппараты должны будут взаимодействовать друг с другом с помощью прицельных лазерных лучей. Хотя оптическая связь в космосе применяется не впервые, организация высокоскоростного сообщения на коротких дистанциях между движущимися объектами представляет собой сложнейшую задачу. Создатели сравнивают этот процесс с попыткой попасть в монетку с расстояния в много миль, когда и стрелок, и цель находятся в постоянном движении. Полномасштабные практические тесты таких лазерных линков запланированы на 2027 год, когда компания выведет на орбиту два аппарата.
