Birçok üniversite öğrencisi için, uydular açık gecelerde gökyüzünü geçen hafif noktalardır. Bu nesneler, bilim kurgusundan GPS, uydu radyosu ve wifi gibi gerçekliğe kadar arka plan detaylarıdır.
Pittsburgh Üniversitesi Bilgisayar Mühendisliği öğrencileri Dikchhya ve Nischal Kharel için, uzayda acı çeken ve radyasyondan dolayı kompakt nesneler benzersiz zorluklardır.
Pittsburgh Üniversitesi NSF Uzay Merkezi, Yüksek Performans ve Dayanıklı Bilgi İşlem (Shrec) ve Lockheed Martin ile ortaklık yoluyla, iki lisans öğrencisi, Geosenkronöz Yörünge (GEO), Dünya’nın 22.236 mil üzerinde bir uyduya uygulamaları geliştirmek ve dağıtmak için eşsiz bir fırsata sahipti.
Shrec’i keşfetmek
Kuzenler geçen bahar Swanson Mühendislik Okulu’ndan mezun olduklarından, ikisinin de lisansüstü okula gitme planları yoktu. Elektrik ve bilgisayar mühendisliği doçenti Samuel Dickerson ile yapılan bir konuşmadan sonra bu değişti.
Nischal, “Profesör Dickerson ikimizin alanı sevdiğimizi ve NASA’da çalışmak istediğimizi öğrendiğinde, Shrec hakkında bilgi sahibi olup olmadığımızı sordu.” Dedi. “Bir şekilde yapmadık.”
Dickerson, onları değiştirerek, Alan George, Bölüm Başkanı, R&H Mickle Vakıf Başkanı, NSF Shrec Uzay Merkezi Direktörü ve Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Profesörü ile tanıştırdı. George, Dikchhya ve Nischal’a ikinci yıl doktorası olan Linus Silberngel ile alan araştırması yapan kredi kazanma fırsatı verdi. Öğrenci ve Doktora Sonrası Shrec, Evan Gretok.
Gerçek dünya sorunlarını çözmek
1 Kasım 2022’de Lockheed Martin, Geo’ya alan içi yükseltme uydu sistemi (LM Linuss) başlattı, bu da uyduların Dünya’nın dönüşüyle aynı oranda yörüngede olmalarını sağlayarak yerden sabit görünmelerini sağladı. Bugün, görev tamamlanmaya yaklaştıkça, CubeSat uydu bir test tezgahı olarak hizmet vermektedir.
Geo’da, düşük toprak yörüngesindeki (LEO) uydulardan 20.000 milden fazla uzakta olan Linuss, daha zorlu koşullarda kod ve uygulamaları test etme fırsatı sunar.
“Lockheed Martin, Shrec’in uydu donanım ve yazılımındaki uzmanlığı nedeniyle bir coğrafi uyduda Dr. George’a yaklaştı.” Dedi. Diyerek şöyle devam etti: “Dikchhya ve Nischal’ın çözülmesine yardımcı olabileceği bazı sorunlarımız oldu.”
Hafızanın sınırları
CubeSat uyduları inanılmaz derecede küçüktür – bazıları dört inçten daha azdır – ve böylece hesaplama güçlerinde kısıtlanmış ve fonksiyon verimliliğini azaltır. Örneğin, küçük yerleşik kameralar, insan gözünün işleyemeyeceği, ancak Dünya’ya geri iletmek için zaman ve enerjiyi boşa harcayan muazzam dosyalar yaratan dalga boylarını yakalayabilir.
Nischal, “Bir lisansüstü öğrencinin başladığı ve uydu fotoğraflarında veri sıkıştırmak için makine öğrenimi kullanan CNN JPEG adlı bir proje üzerinde çalıştım.” Dedi. “Teknolojiyi Linuss’a dağıtmak istedim.”
Linuss uydu bir ZCU102 bilgi işlem kartı kullanır ve ekip Lockheed Martin’in uydu yapılandırmasını tekrarladı.
“Lockheed Martin uygulamalarını belirli bir şekilde paketliyor,” dedi Nischal. Diyerek şöyle devam etti: “Test panomuzda çalışan teknolojiyi aldık ve Linuss’a aktarılmaları için onlara gönderdik.”
Ne yazık ki, uygulama Dünya’da çalışmasına rağmen, uyduda çalışamayacak kadar büyüktü. CNN JPEG’yi optimize etmek için çalışan Nischal, “Sınıflarda hafıza kısıtlaması hakkında bilgi verildi, ancak gerçekten karşılaştığınızda farklı” dedi.
Uzayda çalışmasını sağlamak
Uydular birçok resim üretir, ancak çoğu önemsizdir. Okyanus veya orman ya da sadece bulutları tasvir ediyorlar. Dikchhya, “Uydular, araştırmacılara çok az ilgi çeken birçok görüntü gönderiyor, bellek ve bant genişliği harcıyor, bu da gecikmeler yaratıyor.” Dedi.
Bu sorunu çözmek için Dikchhya, Linuss’ta bir makine öğrenme modeli çalıştırmaya başladı. Gretok tarafından eğitilen model, kısıtlı bir sistemde özerk yerleşik sınıflandırmayı mümkün kılar. Uygulama, devasa görüntüleri fayanslara indirir ve gereksiz verileri ortadan kaldırmaya yardımcı olmak için bunları kategorize eder. Dikchhya, “Benim işim uzayda çalışmasını sağlamaktı.” Dedi.
Tam da bunu yaptı.
ZCU102 kartını kullanarak uygulamayı programladı ve paketledi ve Lockheed Martin’e gönderdi.
“Benimki daha küçük bir model, bu yüzden sorunsuz bir şekilde koştu,” dedi Dikchhya. “Son testlerimizden sonra, Lockheed Martin ekibi onu Linuss’a gönderdi, uygulamayı yönetti ve model görüntüleri doğru bir şekilde sınıflandırdı.
Silbernagel, “Öğrencilerin Lockheed Martin’in ortaklığı olmadan bu kadar büyük bir şey yapmaları imkansız olurdu.” Dedi. “Dikchhya ve Nischal, test ve dağıtım sırasında ekibe uzaktan katıldı.
George, “Bu proje Shrec’in önemli bir yönünü temsil ediyor,” dedi. “Bunun gibi üniversite ve endüstri ortaklıkları aracılığıyla, öğrenciler onları uzay araştırmalarına iten ve onları uzay mühendisliğinde kariyerlere hazırlayan bu inanılmaz fırsatları elde ediyorlar.”
“Başladığımızda,” dedi Dikchhya’yı seven bir Shrec lisansüstü öğrencisi olan Nischal, “neredeyse hiç gerçek dünya araştırma deneyimi olmayan lisans öğrencileriydik. Başkalarının yapmadığı sorunlarla karşılaştık ve bunları nasıl çözeceğimizi bulmak zorundaydık.”
