NASA ускоряет обработку данных космических телескопов: система KATALYST поможет быстрее изучать Вселенную

Инженеры и ученые NASA разрабатывают новую вычислительную платформу KATALYST, которая должна значительно ускорить обработку научных данных с космических телескопов и исследовательских миссий. Проект создается в Центре космических полетов имени Годдарда и уже используется для поддержки работы космической обсерватории Swift.

Главная цель системы — сократить время между получением данных из космоса и их анализом учеными. Для современной астрономии это особенно важно, поскольку объем информации от телескопов и спутников растет с огромной скоростью.

Современные телескопы генерируют колоссальные объемы данных

Сегодня астрономия переживает эпоху так называемого «информационного взрыва».

Современные инструменты наблюдений непрерывно собирают огромные массивы данных:

• изображения галактик;
• спектры звезд;
• рентгеновские сигналы;
• радионаблюдения;
• данные о гамма-всплесках;
• измерения экзопланет;
• информацию о космической погоде.

Даже один крупный телескоп способен ежедневно передавать терабайты информации.

Обработка таких объемов становится одной из главных задач современной науки.

Что представляет собой система KATALYST

KATALYST — это новая вычислительная инфраструктура, разрабатываемая специалистами NASA Goddard.

Проект предназначен для:

• автоматизации обработки данных;
• ускорения вычислений;
• оптимизации научного анализа;
• распределения вычислительных задач;
• ускорения передачи результатов ученым.

Система сочетает:

• облачные вычисления;
• автоматизированные рабочие процессы;
• высокопроизводительные серверы;
• современные методы обработки данных.

Фактически речь идет о создании единой платформы для научных миссий NASA.

Почему скорость обработки данных критически важна

Во многих случаях астрономические события происходят очень быстро.

Например:

• гамма-всплески;
• вспышки сверхновых;
• столкновения нейтронных звезд;
• вспышки активных ядер галактик;
• события разрушения звезд черными дырами.

Подобные явления могут резко изменяться:

• за секунды;
• минуты;
• часы;
• дни.

Если данные обрабатываются слишком долго, ученые могут просто не успеть организовать дополнительные наблюдения.

Swift — один из важнейших космических телескопов NASA

Одним из первых проектов, использующих KATALYST, стала космическая обсерватория Neil Gehrels Swift Observatory.

Телескоп был запущен в 2004 году и предназначен главным образом для изучения гамма-всплесков.

Гамма-всплески являются одними из самых мощных явлений во Вселенной.

Они возникают при:

• коллапсе массивных звезд;
• слиянии нейтронных звезд;
• формировании черных дыр.

Энергия некоторых всплесков за несколько секунд может превосходить энергию, которую Солнце выделит за весь срок своего существования.

Swift умеет быстро реагировать на космические события

Главная особенность телескопа Swift — высокая скорость реакции.

Когда приборы фиксируют гамма-всплеск:

• система автоматически определяет координаты;
• телескоп быстро поворачивается в нужную сторону;
• информация передается астрономам по всему миру.

Это позволяет наземным и космическим обсерваториям немедленно начинать дополнительные наблюдения.

Однако эффективность подобной работы напрямую зависит от скорости обработки информации.

KATALYST уменьшает задержки анализа

По данным NASA, новая система позволяет значительно ускорить обработку данных Swift.

Ранее часть процессов требовала:

• ручной настройки;
• последовательной обработки;
• отдельных вычислительных этапов.

Теперь многие задачи автоматизированы.

Это помогает:

• быстрее выявлять важные события;
• оперативно публиковать результаты;
• ускорять научные исследования;
• уменьшать нагрузку на специалистов.

Автоматизация становится ключевой частью астрономии

Современная астрономия уже практически невозможна без автоматизированных систем.

Количество наблюдений настолько велико, что человек физически не способен анализировать все данные вручную.

Сегодня алгоритмы используются для:

• поиска экзопланет;
• обнаружения астероидов;
• классификации галактик;
• анализа спектров;
• выявления вспышек;
• поиска сигналов гравитационных волн.

KATALYST является частью этой глобальной тенденции.

Новые телескопы увеличат поток информации еще сильнее

В ближайшие годы объем астрономических данных вырастет многократно.

Причина — запуск нового поколения обсерваторий:

• Nancy Grace Roman Space Telescope;
• James Webb Space Telescope;
• Vera C. Rubin Observatory;
• Square Kilometre Array Observatory.

Например, обсерватория Rubin сможет генерировать десятки терабайт данных каждую ночь.

Без новых вычислительных систем обработка такой информации станет невозможной.

KATALYST создается как универсальная платформа

Разработчики рассчитывают, что систему смогут использовать разные научные миссии.

Это важно, поскольку NASA одновременно управляет большим количеством проектов:

• рентгеновскими телескопами;
• инфракрасными обсерваториями;
• спутниками наблюдения Земли;
• межпланетными аппаратами;
• астрофизическими миссиями.

Создание единой инфраструктуры позволяет:

• уменьшить расходы;
• стандартизировать обработку;
• ускорить обмен данными;
• повысить совместимость систем.

Облачные технологии приходят в космическую науку

Одной из особенностей KATALYST стало активное использование облачных вычислений.

Ранее многие научные данные обрабатывались только на локальных серверах исследовательских центров.

Теперь вычислительные ресурсы можно:

• масштабировать;
• распределять;
• подключать удаленно;
• быстро адаптировать под нагрузку.

Это особенно важно во время крупных астрономических событий, когда объем поступающих данных резко возрастает.

Искусственный интеллект постепенно входит в астрономию

Хотя KATALYST пока не является полноценной ИИ-системой, современные проекты обработки данных все чаще используют элементы машинного обучения.

Алгоритмы уже помогают:

• находить редкие события;
• фильтровать шум;
• классифицировать объекты;
• искать аномалии;
• анализировать изображения.

(nasa.gov)

В будущем подобные технологии могут стать стандартом практически для всех крупных астрономических миссий.

Быстрый анализ особенно важен для мультиволновой астрономии

Современная астрофизика все чаще использует так называемый мультиволновой подход.

Одно событие одновременно наблюдают:

• радиотелескопы;
• рентгеновские обсерватории;
• инфракрасные телескопы;
• оптические инструменты;
• детекторы гравитационных волн.

Для успешной координации необходима практически мгновенная обработка данных.

Именно поэтому вычислительные платформы становятся не менее важными, чем сами телескопы.

Центр Годдарда играет ключевую роль в космической науке NASA

Центр космических полетов имени Годдарда является одним из крупнейших научных центров NASA.

Он участвует в разработке:

• спутников;
• космических телескопов;
• научных инструментов;
• систем обработки данных;
• астрофизических миссий.

Именно здесь создавались многие ключевые проекты современной астрономии.

Обработка данных становится фундаментальной частью науки

Еще несколько десятилетий назад главной задачей было построить мощный телескоп.

Сегодня этого уже недостаточно.

Даже самые совершенные обсерватории бесполезны без способности быстро:

• хранить данные;
• передавать информацию;
• анализировать сигналы;
• выявлять важные события.

Современная астрономия все сильнее зависит от вычислительных технологий.

NASA готовится к новой эпохе наблюдений

Проект KATALYST показывает, как меняется сама структура космических исследований.

Если раньше основной проблемой было получение данных, то теперь главным вызовом становится их обработка и интерпретация.

Новые системы помогают ученым:

• быстрее реагировать на космические события;
• эффективнее использовать телескопы;
• координировать международные наблюдения;
• ускорять научные открытия.

По мере запуска новых обсерваторий роль подобных платформ будет только возрастать, поскольку будущая астрономия станет неразрывно связана с высокопроизводительными вычислениями и автоматизированным анализом огромных массивов космических данных.

Источники:
Статья создана по материалам Phys.Org