Pour de nombreux étudiants, les satellites sont des points faibles traversant le ciel les nuits claires. Ces objets sont des détails de fond de la science-fiction à la réalité, comme le GPS, la radio satellite et le wifi.
Pour les étudiants en génie informatique de l'Université de Pittsburgh, Dikchhya et Nischal Kharel, les objets compacts se précipitent dans l'espace et les rayonnements sont des défis uniques.
Grâce à un partenariat avec le NSF Center for Space, Performance & Resilient Computing de l'Université de Pittsburgh (SHREC) et Lockheed Martin, les deux étudiants de premier cycle ont eu une occasion unique de développer et de déployer des applications dans un satellite en orbite géosynchrone (GEO), 2236 milles au-dessus de la Terre.
Découvrir Shrec
Alors que les Cousins s'étalaient sur l'obtention de la remise des diplômes de la Swanson School of Engineering au printemps dernier, aucun des deux plans concrets pour fréquenter des études supérieures. Cela a changé après une conversation avec Samuel Dickerson, professeur agrégé de génie électrique et informatique.
« Lorsque le professeur Dickerson a appris que nous aimions tous les deux l'espace et que nous voulions travailler à la NASA, il a demandé si nous connaissions Shrec », a déclaré Nischal. « D'une manière ou d'une autre, nous ne l'avons pas fait. »
Dickerson a modifié cela, en les présentant à Alan George, président du département, chaise en état de R&H Mickle, directrice du NSF SHREC Space Center et professeur d'ingénierie électrique et informatique. George a fourni à Dikchhya et Nischal la possibilité de gagner des crédits menant des recherches sur l'espace auprès de Linus Silbernagel, un doctorat de deuxième année. Étudiant, et Evan Gretok, chercheur postdoctoral Shrec.
Résoudre des problèmes du monde réel
Le 1er novembre 2022, Lockheed Martin a lancé un système de satellite de mise à niveau dans l'espace (LM Linuss) dans GEO, ce qui permet aux satellites d'orbiter au même rythme que la rotation de la Terre, les faisant apparaître fixes à partir du sol. Aujourd'hui, à mesure que la mission approche, le satellite Cubeat sert de banc d'essai.
Dans GEO, plus de 20 000 miles plus loin que les satellites en orbite terrestre basse (LEO), Linuss offre la possibilité de tester le code et les applications dans des conditions plus difficiles.
« Lockheed Martin a approché le Dr George sur la possibilité de construire et d'exécuter des tests dans un satellite GEO en raison de l'expertise de SHREC dans le matériel et les logiciels par satellite », a déclaré Silbernagel. « Nous avons eu des problèmes que Dikchhya et Nischal pourraient aider à résoudre. »
Les limites de la mémoire
Les satellites CubeSat sont incroyablement petits – dont moins de quatre pouces – et donc limités dans leur pouvoir de calcul, réduisant l'efficacité de la fonction. De minuscules caméras embarquées, par exemple, peuvent capturer des longueurs d'onde que l'œil humain ne peut pas traiter mais qui créent d'énormes fichiers qui perdent du temps et de l'énergie pour transmettre à la Terre.
« J'ai travaillé sur un projet appelé CNN JPEG, qu'un étudiant diplômé avait commencé et qui utilise l'apprentissage automatique pour compresser les données sur les photos satellites », a déclaré Nischal. « Je voulais déployer la technologie sur Linuss. »
Le Satellite Linuss utilise une carte informatique ZCU102 et la configuration satellite de Lockheed Martin a répliqué l'équipe.
« Lockheed Martin emballe leurs applications d'une certaine manière », a déclaré Nischal. « Nous avons fait fonctionner la technologie sur notre panneau de test et nous les avons envoyés pour être transmis à Linuss. »
Malheureusement, bien que l'application ait fonctionné sur Terre, elle était trop grande pour courir dans le satellite. « Dans les classes, on nous a enseigné la contrainte de mémoire, mais c'est différent lorsque vous vous y êtes réellement », a déclaré Nischal, qui a travaillé pour optimiser CNN JPEG.
Le faire fonctionner dans l'espace
Les satellites génèrent de nombreuses images, mais la plupart ne sont pas pertinents. Ils représentent des étendues d'océan ou de forêt, ou simplement des nuages. « Les satellites renvoient de nombreuses images de peu d'intérêt aux chercheurs, gaspillant la mémoire et la bande passante, ce qui crée des retards », a déclaré Dikchhya.
Pour résoudre ce problème, Dikchhya a décidé d'exécuter un modèle d'apprentissage machine sur Linuss. Le modèle, formé par Gretok, permet une classification embarquée autonome sur un système contraint. L'application réduit les images massives aux carreaux et les catégorise pour aider à éliminer les données redondantes. « Mon travail consistait à le faire fonctionner dans l'espace », a déclaré Dikchhya.
Elle a fait exactement ça.
À l'aide de la carte ZCU102, elle a programmé et emballé l'application et l'a envoyée à Lockheed Martin.
« Le mien est un modèle plus petit, il a donc fonctionné sans problèmes », a déclaré Dikchhya. « Après nos tests finaux, l'équipe de Lockheed Martin l'a envoyée à Linuss, a dirigé l'application et le modèle a correctement classé les images. Regarder quelque chose que nous avons construit fonctionner avec succès à 22 000 miles au-dessus de la Terre était une étape importante et une opportunité passionnante. »
« Il serait impossible pour les étudiants de faire quelque chose d'aussi grand sans le partenariat de Lockheed Martin », a déclaré Silbernagel. « Dikchhya et Nischal ont pu rejoindre l'équipe à distance pendant les tests et le déploiement. C'est la première fois que les étudiants de premier cycle de Pitt exécutent des applications dans GEO. »
« Ce projet représente un aspect essentiel de SHREC », a déclaré George. « Grâce à des partenariats universitaires et industriels comme celui-ci, les étudiants obtiennent ces opportunités incroyables qui les propulsent dans la recherche spatiale et les préparent à des carrières en ingénierie spatiale. »
« Quand nous avons commencé », a déclaré Nischal, qui, comme Dikchhya, est maintenant un étudiant diplômé de SHREC, « nous étions des étudiants de premier cycle sans presque aucune expérience de recherche du monde réel. Nous avons rencontré des problèmes que d'autres n'avaient pas, et nous devions comprendre comment les résoudre. »
