نظام قوي لاكتساب البيانات لمعالجة بيانات الفضاء التي حصلت عليها أكبر كاميرا رقمية على الأرض
ستلتقط كاميرا LSST في مرصد روبن صورًا مفصلة للغاية لسماء الليل من أعلى جبل في تشيلي. أسفل الجبل، سترسل أجهزة الكمبيوتر عالية السرعة البيانات إلى العالم. ماذا يحدث بينهما؟
عندما يبدأ مرصد Vera C. Rubin في تصوير السماء ليلاً في غضون بضع سنوات، ستوفر الكاميرا التي تبلغ مساحتها 3200 ميجابكسل مسح تراث الزمان والمكان كمية هائلة من البيانات المفيدة للجميع من علماء الكونيات إلى الأفراد الذين يتتبعون الكويكبات التي قد تضرب الأرض.
ربما تكون قد قرأت بالفعل عن كيفية قيام تلسكوب سيموني للمسح التابع لمرصد روبن بجمع الضوء من الكون وتسليطه على كاميرا LSST التابعة لوزارة الطاقة، وكيف سيدير الباحثون البيانات التي تأتي من الكاميرا، والأشياء العديدة التي سيحاولون تجربتها للتعرف على الكون من حولنا.
ما لم تقرأ عنه هو كيف سيحصل الباحثون على هذا الجبل من الصور التفصيلية للغاية من الجزء الخلفي من أكبر كاميرا رقمية في العالم، عبر كابلات الألياف الضوئية، وإلى أجهزة الكمبيوتر التي ستنقلها من سيرو باشون في تشيلي وخارجها إلى الكرة الأرضية.
جريج ثاير ، العالم في مختبر التسريع الوطني SLAC التابع لوزارة الطاقة الأمريكية، هو الشخص المسؤول عن نظام روبن للحصول على البيانات، والذي يتولى هذه العملية الأساسية. هنا، يرشدنا عبر بعض الخطوات الأساسية.
الخطوات الأولية لنظام بيانات مرصد روبن الائتمان: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
يبدأ نظام الحصول على البيانات مباشرة في الجزء الخلفي من المستوى البؤري، وهو مركب من 189 مستشعرًا رقميًا يستخدم لالتقاط صور للسماء الليلية، بالإضافة إلى العديد من المستشعرات الأخرى المستخدمة لضبط الكاميرا عند التقاط الصور. 71 لوحة دائرة تزيل البكسلات الخام من المستشعرات وتجهزها للخطوة التالية.
في هذه المرحلة، يجب أن يحدث شيئان. أولاً، تحتاج البيانات إلى الخروج من جهاز التجميد، وهو فراغ عالي ودرجة حرارة منخفضة، كما يقول ثاير ، تجويف “ممتلئ” يحتوي على المستوى البؤري والإلكترونيات المحيطة.
ثانيًا، يجب تحويل البيانات إلى إشارات ضوئية للألياف التي تنتقل إلى قاعدة الكاميرا.
نظرًا لوجود مساحة صغيرة جدًا داخل ناظم البرد، قرر ثاير وفريقه الجمع بين الخطوات: تدخل الإشارات الكهربائية أولاً لوحات الدوائر التي تخترق الجزء الخلفي من ناظم البرد.
تقوم لوحات الدوائر هذه بتحويل البيانات إلى إشارات ضوئية يتم تغذيتها في كابلات الألياف الضوئية خارج ناظم البرد.
لماذا الألياف البصرية؟ تتلاشى البيانات بشكل حتمي وتتحول إلى ضوضاء إذا ذهبت بعيدًا بما يكفي على طول كابل الإشارة، ويجب أن يكون الكابل هنا طويلًا – حوالي 150 مترًا، أو 500 قدمًا، لجعله من أعلى التلسكوب إلى القاعدة.
تتفاقم المشكلة من خلال معدل بيانات يبلغ ثلاثة جيجابيت في الثانية، أي أسرع بنحو مائة مرة من الإنترنت القياسي؛ طاقة منخفضة عند المصدر لتقليل الحرارة بالقرب من مستشعرات الكاميرا الرقمية؛ والقيود الميكانيكية، مثل الانحناءات الضيقة، التي تتطلب وصلات كبلية حيث يتم فقد المزيد من الإشارة.
يقول ثاير إن الأسلاك النحاسية المصممة للإشارات الكهربائية، لا يمكنها نقل البيانات بالسرعة الكافية عبر المسافات المطلوبة، وحتى لو أمكن، فهي كبيرة وثقيلة جدًا بحيث لا تلبي المتطلبات الميكانيكية للنظام.
الخطوات النهائية لنظام بيانات مرصد روبن Credit: Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
بمجرد أن تنزل الإشارة من الكاميرا، فإنها تغذي 14 لوحة كمبيوتر تم تطويرها في SLAC كجزء من نظام الحصول على البيانات للأغراض العامة.
تم تجهيز كل لوحة بثماني وحدات معالجة مدمجة ومفاتيح إيثرنت 10 جيجابت في الثانية التي تربط اللوحات معًا.
(تقوم كل لوحة أيضًا بتحويل الإشارات الضوئية إلى إشارات كهربائية.) قامت ثلاثة من هذه اللوحات بقراءة البيانات من الكاميرا وإعدادها لإرسالها إلى أسفل الجبل وإخراجها إلى منشأة البيانات الأمريكية في SLAC وأخرى في أوروبا.
يقول ثاير إن ثلاثة آخرين يحاكيون الكاميرا نفسها – بشكل أساسي، يسمحون للباحثين العاملين في المشروع بالتدرب على أخذ البيانات وإجراء التشخيصات وما إلى ذلك عندما تكون الكاميرا نفسها غير متوفرة.
تخدم الألواح الثمانية الأخيرة غرضًا حاسمًا ولكن يمكن التغاضي عنه بسهولة. يقول ثاير: “هناك كابل ينزل من الجبل من القمة إلى لاسيرينا ، حيث يمكنه الاتصال بشبكة المسافات الطويلة إلى مرافق البيانات الأمريكية والأوروبية”.
“إذا تم قطع هذا الكابل لأي سبب من الأسباب، فيمكننا تخزين ما يصل إلى ثلاثة أيام من البيانات للسماح للتلسكوب بمواصلة العمل أثناء الإصلاح.”
المصدر: scitechdaily
شاهد ايضا:
