Come spiega Carmelo D’Agostino, Principal Engineer – Field Applications Engineering, Western Digital , nel suo intervento, lo spazio diventa il terreno di prova dei prodotti di archiviazione dati.
È ormai noto che ogni settore tecnologico sia alla ricerca di soluzioni più efficienti per la gestione dei dati prodotti, il cui volume globale è previsto raddoppiare tra il 2022 e il 2026. E la ricerca delle future innovazioni nel campo dello storage potrebbe venire proprio dall’esplorazione spaziale.
Lo spazio diventa terreno di prova: la case history SWOT
Prendiamo, ad esempio, Surface Water and Ocean Topography (SWOT) della NASA. La missione è stata concepita per realizzare la prima indagine globale sulle acque superficiali della Terra ed approfondire l’impatto dei cambiamenti climatici su oceani, laghi e corsi d’acqua. Secondo la NASA, i satelliti impiegati nella missione SWOT potrebbero trasmettere alle stazioni basate a Terra un terabyte di dati grezzi al giorno. Per missioni come questa, i dati devono essere quindi archiviati – talvolta per mesi – in modo sicuro per resistere alle difficili condizioni dello spazio. Successivamente vanno trasmessi alla Terra in modo accessibile ed immediatamente fruibile.
I requisiti tecnici e di affidabilità dei dispositivi in orbita
Per missioni di questa portata si rendono necessari quindi importanti investimenti in ricerca e sviluppo, pianificazione, strategia. E, soprattutto, ogni dispositivo inviato in orbita deve rispettare stringenti requisiti tecnici e di affidabilità per garantirne il successo. Il modo in cui questi dispositivi operano nello spazio ha aiutato a sviluppare e migliorare le tecnologie impiegate per la progettazione dei prodotti che usiamo ogni giorno. Ad esempio le fotocamere degli smartphone (basate su sensori CMOS), il latte artificiale, il mouse del computer, le cuffie wireless, le lenti antigraffio. In altre parole, lo sviluppo delle tecnologie per l’esplorazione spaziale segue diversi principi cardine. Quelli che, ancora oggi, possono essere di grande ispirazione per la progettazione di prodotti di uso quotidiano.
Mission critical: affidabilità dei dati
L’ambiente spaziale è diverso da quello terrestre ed è particolarmente ostile. La tecnologia necessaria per viaggiare da e verso lo spazio deve resistere a condizioni estreme. Per esempio, durante il decollo, i componenti elettronici sono sottoposti a sollecitazioni, accelerazioni e vibrazioni estreme. Una volta in orbita, devono continuare a funzionare nonostante le drastiche e repentine variazioni termiche. La resistenza alle radiazioni spaziali, che possono deteriorare i circuiti elettronici e comprometterne il funzionamento, è un altro fattore da non ignorare. Infine, devono sopportare particelle ionizzanti e fenomeni spaziali imprevedibili, capaci di danneggiare irreparabilmente anche i microchip più robusti, rendendoli inutilizzabili.
Prodotti ‘di livello idoneo allo spazio’
Tutte ciò rende l’affidabilità della tecnologia spaziale un elemento discriminante per il successo delle missioni. Le considerazioni sull’affidabilità dei dispositivi inizia quindi già dalle prime fase di progettazione e sviluppo, e deve essere considerata in ogni singolo aspetto del processo. Molti prodotti che usiamo ogni giorno hanno tratto beneficio dagli insegnamenti sull’affidabilità acquisiti durante l’esplorazione spaziale. Si va dai componenti automobilistici alle pentole che resistono al calore elevato, all’elettronica comune, progettata per essere affidabile e funzionale comunque in casi d’uso estremi. Col passare degli anni, i team di sviluppo hanno fatto tesoro di questi insegnamenti, dando vita a prodotti considerati ‘di livello idoneo allo spazio’ o “resistenti alle radiazioni”.
Lo spazio diventa terreno di prova per sviluppare tecnologie altamente affidabili
Anche la ricerca di nuove tecnologie per lo storage si basa sempre più su feedback delle aziende che lavorano per l’esplorazione spaziale. Utilizzando l’approccio ‘Design for Reliability’ (DFR), gli ingegneri stanno dando priorità all’affidabilità. Progettando prodotti per l’archiviazione dei dati utilizzando metodi all’avanguardia, per garantire alte prestazioni ed affidabilità nelle condizioni d’uso più estreme. Le tecnologie per lo stoccaggio di dati sulla Terra devono affrontare sfide diverse rispetto a quelle presenti fuori dalla nostra atmosfera. Tuttavia l’esigenza generale di una maggiore affidabilità ha consentito la sperimentazione e commercializzazione di tecnologie di archiviazione dei dati ancora più avanzate e più resistenti a condizioni estreme.
L’integrità dei dati è fondamentale
Nelle missioni spaziali l’integrità dei dati è importante quanto l’affidabilità dei dati. Il termine ‘integrità dei dati’ indica dati accurati, completi e coerenti. In altre parole, non corrotti. Per l’archiviazione dei dati nelle missioni spaziali, o in quelle terrestri, l’integrità dei dati è preservata dalle innovazioni tecnologiche che proteggono le memorie basate su tecnologia flash dai raggi cosmici che causano il così detto ‘bit-flip’. Si tratta del temuto fenomeno in cui un 1 diventa uno 0, o viceversa, causando la distruzione dell’intero set di dati. Nello spazio, i satelliti sono in grado di catturare migliaia e migliaia di terabyte di dati ogni giorno, e potenzialmente petabyte di dati ogni anno. Per avere un termine di paragone, un petabyte è sufficiente a memorizzare circa 11.000 film in 4K, equivalente a circa 5 anni di binge watching non-stop per poterli vedere tutti!
La mancata integrità dei dati causa l’alterazione e la loro perdita
Nella maggior parte dei casi non è possibile o conveniente trasmettere in tempo reale tutti i dati alle stazioni riceventi sulla Terra. Per questo motivo, gli ingegneri hanno sviluppato e introdotto requisiti molto stringenti per l’integrità dei dati, per garantire che i dati mantengano il loro valore corretto. E per essere poi analizzati indipendentemente nello spazio o sulla terraferma. La mancata integrità dei dati può portare all’alterazione e alla perdita degli stessi, causando problemi significativi. Basti pensare alle conseguenze per la sicurezza stradale se un veicolo a guida autonoma effettuasse calcoli errati sulla base di dati alterati! Man mano che la tecnologia spaziale avanza, sviluppando sistemi migliori basati sui dati e sulla loro integrità, le stesse strategie possono essere applicate alle varie applicazioni e prodotti smart che ci circondano.
Lo spazio: Il terreno di prova definitivo
Lo spazio è pieno di sfide difficili da risolvere. Quando i prodotti vengono progettati pensando agli ambienti più ostili è quindi molto probabile che questi funzionino anche nei luoghi con caratteristiche meno estreme. O che comunque si ottengano vantaggi da questo processo. Per questo motivo lo spazio è il terreno di prova definitivo per i prodotti che usiamo ogni giorno. Una applicazione pratica dell’archiviazione dei dati progettata per resistere alle condizioni estreme dello spazio è presente nell’industria automobilistica dei nostri giorni.
Un’ingegnerizzazione smart
Le nostre automobili non possono più essere considerate solo mezzi per il trasporto da un punto A ad un punto B. Ora sono essenzialmente dei ‘data-center’ su ruote che richiedono alta affidabilità e integrità dei dati che utilizzano. In questo senso ci sono molte sfide comuni ai veicoli che viaggiano sulla Terra e a quelli che vengono lanciati al di là dell’atmosfera. Come, ad esempio, larghi intervalli di temperatura, vibrazioni, o possibilità di condizioni meteorologiche estreme, differenze ambientali durante il tragitto, perfino esposizione alle radiazioni solari… Con l’avanzare dell’innovazione tecnologica, sono sempre più evidenti le similitudini tra le sfide proprie dell’esplorazione spaziale e quelle per la progettazione e produzione di dispositivi per uso civile. Tali sfide richiederanno un’ingegnerizzazione intelligente e una strategia comune per la loro risoluzione. E dati. Sempre più dati.
