学部生は、地球上22,236マイル上の地理的衛星に申請を展開します

多くの大学生にとって、衛星は晴れた夜に空を横切るかすかな点です。これらのオブジェクトは、GPS、衛星ラジオ、WiFiなど、サイエンスフィクションから現実までの背景の詳細です。

ピッツバーグ大学のコンピューターエンジニアリングの学生ディクヒヤとニシュカル・カレルにとって、空間を駆け抜けて放射線に悩まされているコンパクトなオブジェクトは、ユニークな課題です。

ピッツバーグ大学のNSF宇宙センター、高性能および回復力のあるコンピューティング（SHREC）およびロッキードマーティンとのパートナーシップを通じて、2人の学部生は地球上の衛星（GEO）、22,236マイルの衛星にアプリケーションを開発および展開するユニークな機会を持っていました。

シュレックの発見

いとこが昨年春にスワンソン工学学校を卒業していたため、大学院に通う具体的な計画もありませんでした。それは、電気およびコンピューター工学の准教授であるサミュエル・ディッカーソンとの会話の後に変わりました。

「ディッカーソン教授が私たちが空間を愛し、NASAで働きたいと思ったことを知ったとき、彼は私たちがシュレックについて知っているかどうか尋ねました」とニシャルは言いました。 「どういうわけか、私たちはしませんでした。」

ディッカーソンは、彼らを部門委員長、R＆Hミックル・エンウェアチェア、NSFシュレック宇宙センターのディレクター、電気およびコンピューター工学の教授に紹介することを修正しました。ジョージは、ディクヒヤとニシュカルに、2年目の博士号であるLinus Silbernagelと宇宙研究を行うクレジットを獲得する機会を提供しました。学生、およびシュレックのポスドク研究者であるエヴァン・グレトク。

実際の問題の解決

2022年11月1日、ロッキード・マーティンは、スペースアップグレード衛星システム（LMリナス）をGEOに開始しました。これにより、衛星は地球の回転と同じ速度で周回することができ、地面から静止しているように見えます。今日、ミッションが完成に近づくと、Cubesat衛星はテストベンチとして機能します。

GEOでは、低地球軌道（LEO）の衛星よりも20,000マイル以上離れているため、Linussはより困難な条件でコードとアプリケーションをテストする機会を提供します。

「ロッキード・マーティンは、衛星ハードウェアとソフトウェアのSHRECの専門知識のために、GEO衛星でテストを構築および実行する可能性についてジョージ博士にアプローチしました」とSilbernagel氏は述べています。 「ディッキヤとニシュカルが解決するのに役立ついくつかの問題がありました。」

メモリの限界

CubeSat衛星は非常に小さく、4インチ未満の数が少ないため、計算能力が制約され、機能の効率が低下します。たとえば、小さなオンボードカメラは、人間の目が処理できない波長をキャプチャできますが、それは時間とエネルギーを無駄にする巨大なファイルを作成して地球に戻ります。

「私は、大学院生が始めたCNN JPEGと呼ばれるプロジェクトに取り組み、機械学習を使用して衛星写真でデータを圧縮しています」とNischal氏は述べています。 「私はリナスにテクノロジーを展開したかった。」

Linuss SatelliteはZCU102コンピューティングボードを使用し、チームはロッキードマーティンの衛星構成を複製しました。

「ロッキード・マーティンは、特定の方法でアプリをパッケージ化します」とニシャルは言いました。 「私たちはテストボードでテクノロジーを実行し、それを彼らに送り、リナスに送信しました。」

残念ながら、アプリは地球で機能しましたが、衛星で実行するには大きすぎました。 「クラスでは、メモリの制約について教えられていますが、実際に遭遇するとそれは異なります」と、> JPEGの最適化に取り組んでいるニシャルは言いました。

宇宙で動作させる

衛星は多くの画像を生成しますが、ほとんどは無関係です。それらは、海や森の伸び、または単なる雲を描いています。 「衛星は、研究者にほとんど興味のない多くの画像を送り返し、記憶と帯域幅を無駄にし、それが遅延を生み出します」とディッキヤは言いました。

この問題を解決するために、DikchhyaはLinussで機械学習モデルを実行することを始めました。 Gretokによって訓練されたこのモデルは、制約されたシステムでの自律的なオンボード分類を可能にします。このアプリケーションは、タイルに大きな画像を削減し、それらを分類して冗長データを排除するのに役立ちます。 「私の仕事は、それを宇宙で機能させることでした」とディッキヤは言いました。

彼女はまさにそれをしました。

ZCU102ボードを使用して、彼女はアプリケーションをプログラムしてパッケージ化し、ロッキードマーティンに送信しました。

「私のモデルは小さなモデルなので、問題なく走りました」とディッキヤは言いました。 「最終的なテストの後、ロッキード・マーティンチームはそれをリナスに送り、アプリケーションを実行し、モデルは画像を正しく分類しました。私たちが構築したものが22,000マイル上で正常に動作するのを見ることは、大きなマイルストーンであり、エキサイティングな機会でした。」

「学生がロッキード・マーティンのパートナーシップなしでこのような大きなことをすることは不可能だろう」とシルバーナゲルは言った。 「ディッキヤとニシュカルは、テストと展開中にチームにリモートで参加することができました。ピットの学部生がGEOでアプリを実行したのは初めてです。」

「このプロジェクトは、シュレックの本質的な側面を表しています」とジョージは言いました。 「このような大学や業界のパートナーシップを通じて、学生はこれらの信じられないほどの機会を得て、彼らを宇宙研究に導き、宇宙工学のキャリアに備えます。」

「私たちが始めたとき」とディッキヤが好きなニシュカルは、現在シュレック大学の大学院生であると言いました。