Edge Computing in extremis: auf der ISS

Die Menschheit erforscht das All unermüdlich und plant bereits neue Missionen in unser Sonnensystem. Noch 1969 brachte die Apollo 11 ihre Mannschaft nur mit einer Rechenleistung von 1 Megahertz und wenigen Kilobyte Arbeitsspeicher zum Mond. Heute sind die Anforderungen an die Fähigkeiten zur Datenverarbeitung völlig anders – vor allem mit Blick auf die nahe Zukunft, wenn die Datenübertragung von und zur Erde immer länger dauert, je weiter man sich von ihr entfernt. Damit wird der Weltraum nun zum ultimativen Anwendungsfall für Edge Computing.

Latenz ist das Problem

Bereits 2017 schickte die NASA den "Spaceborne Computer", ein von Hewlett Packard Enterprise (HPE) entwickelter Supercomputer, zur Internationalen Raumstation ISS. Die Ziele der Mission: Einerseits sollte die Weltraumtauglichkeit von Supercomputern getestet werden, andererseits ging es darum, Datenverarbeitungsfähigkeiten praktisch einzusetzen. Viele bei Weltraumforschungsprojekten anfallende Berechnungen werden bisher aufgrund der im All begrenzten Rechenkapazitäten auf der Erde durchgeführt. Doch das ist nicht besonders effizient: So dauert es etwa 6 Stunden, um 1 Gigabyte an Daten, die bei Forschungsprojekten schnell in hohen Mengen anfallen, zur Erde herunterzuschicken und zu verarbeiten. Bei geplanten Mars-Missionen würde sich die Zeit für die Datenkommunikation deutlich verlängern und zum Problem werden. Ein Supercomputer, der die hier notwendige Rechenleistung mit ins All und somit an den Edge bringt, ist die offensichtliche Lösung. Das Experiment "Spaceborne Computer" erwies sich als erfolgreich.

Zweite Generation beschleunigt Berechnungen im All

Mit dem "Spaceborne Computer-2" nahm im Februar 2021 die zweite Generation des Spaceborne Computers, mit im Vergleich zum Vorgänger doppelter Rechenleistung, seinen Dienst im Weltraum auf. Das System ist dank künstlicher Intelligenz in der Lage, grosse Datenmengen verteilter Geräte zu analysieren, Satelliten- und Kameradaten in Echtzeit auszuwerten oder hochauflösende Bilder zu verarbeiten. So etwa Aufnahmen von Polkappen auf der Erde oder medizinische Röntgenbilder von Astronautinnen und Astronauten. Gegen die rauen Bedingungen des Weltalls wie Erschütterungen, hohe Temperaturen oder kosmische Strahlung ist der Computer gut geschützt. Eine recht neue Methode wurde beim Strahlenschutz angewandt: Die Härtung des Rechners erfolgt nicht mehr physisch wie früher, sondern per smarter Systemsoftware und Fehlerkorrekturtechniken. Das spart Geld, Zeit und – vor allem – Gewicht, was sich als grosser Vorteil für zukünftige, längere Raummissionen erweisen kann.

Mehr Autonomie für Weltraummissionen

Auch die Sicherheit der Astronautinnen und Astronauten erhöht sich durch die Fähigkeiten des Supercomputers. So kommt es etwa bei den Handschuhen, die sie auf ihren Weltraumspaziergängen tragen, zu natürlichen Abnutzungserscheinungen oder zu Beschädigungen. In einem von der NASA, HPE und Microsoft geleiteten Experiment wertet der Spaceborne Computer-2 Fotos und Videoaufnahmen von Handschuhen aus. Das Analysemodell erkennt dabei Anzeichen von Schäden frühzeitig, bevor diese effektiv eintreten.

Daten sind die Basis für (fast) alles – auch in der Erforschung des Weltraums. Edge Computing schafft die Voraussetzungen, damit die Menschheit auch dort forschen kann, wo noch kein Mensch zuvor gewesen ist.