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Computadores Resistentes a la Radiación

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Computadores Resistentes
a la Radiación

Investigadores desarrollan computadores avanzados que puedan pensar con claridad incluso cuando son bombardeados por radiación espacial.

NASA

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Noviembre 18, 2005: Cuando su computador se comporta de forma errónea, corrompe sus datos, o simplemente se cuelga por completo, puede ser frustrante. Pero para un astronauta que confía a un computador el control de la navegación y los sistemas de soporte vital, las interferencias en los computadores pueden ser fatales.

ver leyendaLa radiación que impregna el espacio, desdichadamente, puede provocar estas interferencias. Cuando partículas de alta velocidad, como los rayos cósmicos, colisionan contra los microscópicos circuitos de los chips del computador, pueden provocar que estos cometan errores. Si esos errores modifican el vuelo de la aeronave en la dirección errónea o corrompen los sistemas de soporte vital, podrían tener graves consecuencias.

Derecha: Los humanos dentro de las naves espaciales no son los únicos que necesitan protección de la radiación espacial; sus computadores también la necesitan. [Más Información]

Para garantizar la seguridad, la mayoría de las misiones espaciales usan chips de computadores reforzados contra la radiación. Estos chips, llamados "Rad-hard", son diferentes de los chips comunes en muchos aspectos. Por ejemplo, contienen transistores adicionales que necesitan más energía para encenderse y apagarse. Los rayos cósmicos no pueden provocar su conmutación tan fácilmente. Los chips Rad-hard continúan haciendo cálculos precisos cuando los chips ordinarios podrían sufrir alguna interferencia.

La NASA confía casi exclusivamente en estos chips extra-durables con el fin de hacer computadores aptos para el espacio. Pero estos chips hechos a medida tienen algunos inconvenientes: son caros, consumen más potencia y son lentos —hasta 10 veces más lentos que un microprocesador equivalente en los modernos computadores personales de consumo.

Teniendo en cuenta la intención de la NASA de enviar personas de regreso a la Luna y a Marte —vea la Visión para la Exploración Espacial— los planificadores de las misiones desearían disponer de más potencia computacional en sus naves espaciales.

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Disponer de más potencia computacional abordo ayudaría a las naves espaciales a conservar uno de sus más limitados recursos: el ancho de banda. El ancho de banda disponible para enviar los datos de vuelta a la Tierra es con frecuencia el cuello de botella, con velocidades de transmisión incluso más lentas que las antiguos conexiones telefónicas por módem. Si los cálculos que envuelven las inmensas cantidades de datos recolectados por los sensores de la nave espacial pudieran ser hechos a bordo, los científicos podrían enviar de vuelta sólo los resultados, lo que consumiría mucho menos ancho de banda.

En la superficie de la Luna o de Marte los exploradores podrían usar computadores más rápidos para analizar los datos justo después de ser recolectados, identificando rápidamente áreas de alto interés científico y quizás obteniendo más datos antes de que desaparezca una valiosa oportunidad. Los vehículos espaciales también se beneficiarían de la inteligencia adicional que ofrecen los microprocesadores modernos.

La utilización de los microprocesadores económicos Pentium y PowerPC presentes en los computadores personales ayudaría, pero para hacerlo, el problema de los errores inducidos por la radiación debe ser resuelto.

Es en este ámbito donde aparece el proyecto de la NASA llamado Computación con Tolerancia de Fallas Adaptable al Medio, EAFTC por sus siglas en inglés, (Environmentally Adaptive Fault-Tolerant Computing). Los investigadores que trabajan en el proyecto están experimentando con el uso de microprocesadores de consumo en misiones espaciales. Están especialmente interesados en los llamados "trastornos de evento simple", la clase más común de interferencia causada por partículas simples de radiación que colisionan con los chips.

ver leyendaLeft: Radiación espacial incidiendo en un chip de computador, visión del artista. Créditos: ESA.

Raphael Some, miembro del equipo del JPL explica: "Una manera de usar los rápidos microprocesadores de consumo en el espacio es simplemente triplicando el número de microprocesadores que se necesitan: Los tres microprocesadores realizan los mismos cálculos y se vota acerca de los resultados. Si uno de los microprocesadores ha cometido un error inducido por radiación, los otros dos que habrán obtenido el mismo resultado, ganan así la votación y dan el resultado correcto".

Esto funciona, pero frecuentemente es un sobreesfuerzo, desperdiciando la valiosa energía y potencia de computación para hacer comprobaciones por triplicado de cálculos que no son críticos.

"Para hacer esto de forma más inteligente y eficientemente, estamos desarrollando un software que mide la importancia del cálculo que se está realizando", continúa Some. "Si es muy importante, como en el caso de la navegación, los tres microprocesadores tienen que votar. Si es menos importante, como medir la composición química de una roca, solo uno o dos microprocesadores podrían estar involucrados".

Esta es sólo una de las docenas de técnicas de corrección de errores que la EAFTC combina en un paquete único. El resultado es mucho más eficiente; sin el software del EAFTC, un computador basado en microprocesadores de consumo necesita entre un 100% o un 200% de redundancia para protegerse ante errores inducidos por radiación. (Un 100% de redundancia significa usar 2 microprocesadores; un 200% significa usar 3). Con el EAFTC, sólo entre un 15% y un 20% de redundancia es necesaria para obtener el mismo grado de protección. Todo esto permite ahorrar tiempo de computación, que puede ser usado de forma más productiva.

ver leyendaDerecha: Computadores de la EAFTC en un chasis listo para el vuelo espacial. Créditos: NASA/Honeywell.

"El proyecto EAFTC no va a reemplazar a los microprocesadores rad-hard", advierte Some. "Algunas tareas, como el soporte vital, son tan importantes que siempre utilizarán chips resistentes a radiación para llevarlas a cabo". Pero, a su debido tiempo, los algoritmos del EAFTC podrían soportar parte de la carga de procesamiento de datos de esos chips, aumentando en gran medida la potencia de computación disponible para futuras misiones.

La primera prueba del EAFTC se llevará a cabo en el satélite llamado Tecnología Espacial 8 (ST-8, Space Technology 8). Formando parte del Programa Nuevo Milenio de la NASA, el ST-8 probará en vuelo nuevas tecnologías espaciales experimentales como el EAFTC, haciendo posible su uso en futuras misiones, con mayor confianza. El satélite, cuyo lanzamiento está programado para el 2009, rozará los anillos de radiación de Van Allen en cada una de sus órbitas elípticas, comprobando el funcionamiento del EAFTC en este entorno de alta radiación, similar al que se encuentra en el espacio profundo.

Si todo va bien, las sondas espaciales que se aventuren por el sistema solar podrán pronto usar los mismos chips que usted puede encontrar en su computador personal —sólo que sin interferencias.

Créditos y Contactos

Autor: Dr. Tony Phillips
Funcionario Responsable de NASA: John M. Horack
Editor de Producción: Dr. Tony Phillips
Curador: Bryan Walls

Relaciones con los Medios: Steve Roy
Traducción al Español: Jesús González / Carlos Román
Editor en Español: Héctor Medina
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.