Las «ráfagas de datos» de la nube desde el espacio acercan a los astronautas a Marte y mejoran la vida en la Tierra

Cuando Michael Collins se asomó por un portal en el módulo de comando del Apolo 11, que orbitaba solo la luna mientras Neil Armstrong y Buzz Aldrin realizaban su histórica caminata lunar debajo, vio un planeta azul y blanco sin fronteras. Se le ocurrió que los humanos tendrían un futuro mejor si los líderes políticos también pudieran ver el mundo de esa manera, como un globo entero, y aprender a colaborar.

Pero no podría compartir sus ahora famosas reflexiones con la gente de su país hasta que volviera a poner un pie en la Tierra, en parte debido a la conectividad muy limitada entre la nave espacial y el control terrestre.

Los ingenieros de software y los investigadores de todas las empresas trabajan juntos para cambiar eso con una nueva asociación que tiene el objetivo de mejorar la comunicación y permitir experimentos que impulsarán a los astronautas hacia el espacio y, al mismo tiempo, mejorarán la vida de los terrestres. Todo se basa en una nueva plataforma que incluye una supercomputadora del tamaño de un pequeño horno de microondas que se conecta a la nube desde el espacio.

«Crecí con el espacio en las noticias nocturnas, y ahora estamos de regreso con una nueva carrera espacial, impulsada por nueva tecnología», dice Christine Kretz, vicepresidenta de programas y asociaciones del Laboratorio Nacional de la Estación Espacial Internacional de Estados Unidos. Los cohetes nuevos y reutilizables hacen que la exploración espacial sea más asequible y la abren a más jugadores, dice, “y ese es el nuevo espacio. Derriba rivalidades y divisiones».

La organización de Kretz ha sido dirigida por la NASA, a través del Congreso, para administrar el Laboratorio Nacional de Estados Unidos a bordo de la Estación Espacial Internacional (ISS, por sus siglas en inglés), y su trabajo es buscar grupos, desde universidades hasta empresas emergentes y gigantes tecnológicos, que «harán el mejor uso posible de la tecnología para esta nave espacial que se ha convertido en un laboratorio flotante que da la vuelta al mundo».

Eliminar la gravedad de la ecuación ha supuesto una gran diferencia para los científicos que investigan todo, desde motores de combustión hasta sistemas de purificación de aire y tratamientos contra el cáncer. En sus 21 años de ocupación humana, la estación espacial ha albergado más de 3 mil experimentos de más de 4 mil investigadores de más de 100 países.

Con cientos de ideas más en proceso, los científicos necesitan una infraestructura sólida y una conexión para ejecutar y acceder a sus experimentos. Eso es lo que pretende ofrecer una nueva asociación entre Hewlett Packard Enterprise (HPE) y Microsoft, con el cómputo de entorno y la nube de Azure.

Hasta ahora, los datos de investigación recopilados de la estación espacial se han transmitido por gotas, debido a las prioridades en competencia por la conectividad limitada disponible. Para cuando los investigadores obtuvieron sus datos, ya era demasiado tarde para hacer los ajustes necesarios al proceso de recolección o reaccionar ante cualquier sorpresa que pudiera surgir fuera de la influencia de la gravedad.

Esa conectividad restringida también puede retrasar la comunicación de decisiones críticas a los astronautas, que a menudo tienen que esperar a que la información llegue al control terrestre y sea analizada allí y luego devuelta con la información necesaria.

Eso es bastante difícil con la estación espacial, cuya órbita es de hasta 250 millas sobre la tierra. Pero la luna está casi mil veces más lejos que eso. Y en su posición orbital más lejana, Marte está a un millón de veces esa distancia. Por tanto, las misiones que se adentren más en el espacio ultraterrestre necesitarán una mayor potencia informática al alcance de los astronautas y una mejor canalización para compartir información.

HPE ya había comenzado a diseñar supercomputadoras para que la NASA las usara para la pesada computación requerida para planificar misiones. Entonces, la compañía tomó uno de los cientos de servidores informáticos de alto rendimiento que componen una supercomputadora, se aseguró de que pudiera caber en un cohete y luego lo probó para ver si podía sobrevivir al temblor y el traqueteo de un lanzamiento, para ser instalado por personas no capacitadas y funcionar en el espacio, donde los rayos cósmicos extraviados pueden convertir los 1 de una computadora en 0, o viceversa, y causar estragos en el sistema.

Funcionó.

Y ahora la segunda iteración, Spaceborne Computer-2, enviada a la ISS en febrero, incorpora el enfoque probado de la primera misión, con un sistema mucho más avanzado, que está diseñado en específico para entornos hostiles y para procesar inteligencia artificial y análisis, dice Mark Fernández, investigador principal de HPE para el proyecto.

La Spaceborne Computer-2 tiene la suficiente potencia como para realizar el trabajo de analizar datos en la fuente de recopilación, allí mismo en el espacio, con un proceso llamado computación de entorno. Es como si su mano enviara información a su cerebro y tuviera que esperar el análisis y la respuesta antes de dar la señal para retirarse de una estufa caliente, y luego, de repente, tuviera la capacidad de analizar la temperatura de manera directa con la punta del dedo y decidiera hacerlo para retroceder de inmediato ante el calor.

Hay cientos de instrumentos en la estación espacial, algunos que recopilan datos de manera constante y otros que requieren que se envíen videos con frecuencia. Reducir la cantidad de datos que deben transmitirse libera ese flujo para más experimentos científicos.

Aun así, se deben enviar cálculos más largos a la Tierra en busca de ayuda.

Uno de los experimentos que llevan a cabo los socios, por ejemplo, aborda las necesidades de atención médica de los astronautas en misiones espaciales más largas. Los efectos en el cuerpo humano de estancias prolongadas en el espacio no se conocen por completo, por lo que la tecnología que permite el seguimiento frecuente de los cambios a lo largo del tiempo es de especial importancia.

Entonces, el experimento prueba si los astronautas pueden monitorear de manera constante su salud en medio del peligro potencial de exposición adicional a la radiación a bordo de una nave espacial, lo que podría resultar aún más riesgoso cuando un planeta como Marte está a siete meses de viaje sin tratamiento médico. Los astronautas del experimento descargan sus genomas y los analizan en busca de anomalías. Luego, se comparan con la base de datos del Instituto Nacional de Salud para averiguar si hay nuevas mutaciones y si son benignas y la misión puede continuar, o si son aquellas que a menudo están relacionadas con el cáncer que podría requerir atención inmediata en la Tierra. Es la prueba definitiva de la telemedicina que también se observa en lugares remotos de todo el mundo.

Pero la secuenciación de un solo genoma humano, alrededor de 6 mil millones de caracteres, genera alrededor de 200 gigabytes de datos sin procesar, y al Spaceborne Computer-2 solo se le asignan dos horas de ancho de banda de comunicación a la semana para transmitir datos a la Tierra, con una velocidad máxima de descarga de 250 kilobytes por segundo. Eso es menos de 2 gigabytes a la semana, ni siquiera lo suficiente para descargar una película de Netflix, lo que significa que se necesitarían dos años para transmitir solo un conjunto de datos genómicos.

«Es como volver a utilizar un módem de acceso telefónico en los años 90», dice David Weinstein, director principal de ingeniería de software de la división Azure Space de Microsoft, que se creó el año pasado para apoyar a quienes ya están en el sector espacial y al mismo tiempo atraer a nuevos participantes al integrar su nube con las plataformas satelitales de otras empresas.

Así que el equipo de Weinstein desarrolló la idea de cambiar lo que hacen muchas organizaciones ahora cuando se quedan sin espacio para los cálculos dentro de sus propios sistemas informáticos y «estallan» el desbordamiento en la nube de manera temporal; es el mismo patrón, dice, sólo que llega a la nube desde el espacio. Cuando la estación espacial se queda sin espacio de cómputo durante un experimento, estallará de manera automática en la enorme red de computadoras Azure para obtener ayuda, para conectar el espacio y la Tierra para resolver el problema en la nube.

Spaceborne Computer-2 puede rastrear los datos a bordo, sigue el código escrito por ingenieros para encontrar eventos o anomalías que necesitan un escrutinio adicional, como mutaciones, en el caso del experimento del genoma, y luego puede enviar solo esos bits a la Tierra y hacia Azure, en lugar de trabajar para enviar los miles de millones de datos. Desde allí, los científicos de cualquier parte del mundo pueden usar el poder de la computación en la nube para ejecutar sus algoritmos para análisis y decisiones, al acceder a millones de computadoras que funcionan en paralelo y conectadas por 165 mil millas de cables de fibra óptica que conectan los centros de datos de Azure diseminados en 65 regiones alrededor del mundo.

Fernández recuerda haber escuchado sobre las frustraciones de un investigador de que tomaría meses obtener sus datos de la estación espacial. Se ofreció a ayudar, y Spaceborne Computer procesó su conjunto de datos en seis minutos, lo comprimió y luego descargó un archivo que era 20 mil veces más pequeño, dice.

“Así que pasamos de meses a minutos”, dice Fernández. «Y fue entonces cuando se apagó la bombilla».

La velocidad es aún más importante porque el Congreso solo ha autorizado un presupuesto para la estación espacial hasta 2024.

«Tenemos que hacer todo lo que podamos en el tiempo que nos queda», dice Kretz.

HPE ha completado cuatro experimentos iniciales hasta ahora, incluido el envío de datos a la nube de Microsoft, con un exitoso mensaje de «hola mundo», y tiene otros cuatro en marcha y 29 más en la cola, dice Fernández. Algunas de las pruebas tienen que ver con la asistencia sanitaria, como el experimento del genoma y la transmisión de sonogramas y radiografías de los astronautas. Otros están en ciencias de la vida, como analizar los cultivos a bordo para misiones más largas para determinar si una papa de aspecto extraño tan solo se deforma debido a la falta de gravedad, una nueva variable en biología, o está infectada con algo y necesita ser destruida. Y otros se ocupan de los viajes espaciales y las comunicaciones de satélite a satélite.

La actividad y la exploración espaciales tienen un gran impacto en la vida diaria en la Tierra, ya sea Internet de banda ancha o señales de GPS de satélites que brindan navegación y señales de sincronización, como las de las redes financieras para que un conductor pueda pasar su tarjeta de crédito en una gasolinera. Y las limitaciones de las naves espaciales, que son cada vez más pequeñas y poderosas, pero que aún tienen que ser livianas y con total autonomía, obligan a los ingenieros y desarrolladores a repensar las suposiciones sobre sus diseños.

Eso impulsa innovaciones que conducen a avances en la ciencia aplicada con una variedad de usos en el terreno, dice Steve Kitay, quien fue el subsecretario adjunto de política espacial del Departamento de Defensa de Estados Unidos antes de unirse a Microsoft el año pasado para liderar Azure Space. Y el impacto se ha disparado desde que SpaceX y otros han introducido nuevos cohetes, dice, incluidos algunos que se pueden reutilizar, lo que reduce de manera importante el costo de lanzamiento.

“El espacio atraviesa este importante período de transformación”, dice Kitay. “A nivel histórico ha sido un entorno dominado por los principales estados y gobiernos, porque era muy caro construir y lanzar sistemas espaciales. Pero lo que sucede ahora es una rápida comercialización del espacio que abre nuevas oportunidades para muchos más actores».

El uso novedoso del software de código abierto, con código que es público para que cualquier programador lo desarrolle y personalice, ha facilitado la creación de programas que se pueden ejecutar en la estación espacial, dice Glenn Musa, ingeniero senior de software de Azure Space. Y dado que Spaceborne Computer-2 tiene una conexión Azure con las mismas herramientas y lenguajes estándar que las computadoras en la Tierra, dice, los desarrolladores «ya no tienen que ser ingenieros espaciales especiales o científicos de cohetes» para crear aplicaciones para la ISS, sino puede hacerlo con las habilidades de un estudiante de informática de la escuela secundaria.

Aquellos que trabajan hoy en la exploración espacial “nacieron demasiado tarde para la carrera espacial del siglo pasado, pero demasiado pronto para aventurarse en el espacio en nuestras propias naves espaciales”, dice Musa. “Pero una vez que podamos conectar dispositivos desde el espacio a las computadoras que tenemos aquí en la Tierra, abrimos una gran caja de arena y todos podemos ser parte de la experimentación en el espacio y el desarrollo de nuevas tecnologías que usaremos en el futuro”.

«Esto no era posible antes, pero ahora las posibilidades son infinitas».

Foto principal: Una ilustración de la Estación Espacial Internacional sobre la Tierra (Imagen de SciePro / Getty Images)