شريحة الفضاء الذكية الجديدة من ناسا قد تُغيّر مهام الفضاء العميق

البشر بطبيعتهم فضوليون، وهذا الفضول هو ما قادنا إلى الفضاء وما بعده. كل يوم يكتشف humanity شيئًا جديدًا ويختَرِع تكنولوجيا متقدمة، مما سمح لنا باستكشاف مناطق بعيدة من الفضاء الخارجي.

لكن مع ابتعاد المهمات أكثر عن الأرض نحو القمر والمريخ، وحتى إلى مناطق أعمق وأكثر بُعدًا في الكون، فإن الصواريخ الأكبر أو المهمات الأطول ليست كافية. ما نحتاجه هو تكنولوجيا أذكى لتقليل الاعتماد على الإشراف البشري المستمر، الذي أصبح غير عملي بشكل متزايد.

المسافات الشاسعة، والبيئات القاسية، وتأخيرات الاتصالات تدفع وكالات مثل ناسا لتطوير أنظمة ذاتية القدرة على اتخاذ قرارات في الوقت الفعلي في الفضاء.

بدلاً من وجود مسبار في الفضاء يرسل البيانات للمهندسين والعلماء البشريين لدراستها ثم تقديم التعليمات للمسبار، يتركز الآن التركيز على جعل المركبة الفضائية نفسها تقوم بكل العمل.

التقدم في الذكاء الاصطناعي (AI)، والحوسبة المقاومة للإشعاع، والتحليلات على متن المركبة، ومعالجة الحافة يسمح الآن بتطوير مركبات فضائية يمكنها التفكير بنفسها. تُعتبر هذه القدرة حاسمة للجيل التالي من استكشاف الفضاء.

وفقًا لناسا، هناك حاجة إلى عمليات أكثر قدرة للمركبات الفضائية الذاتية ودعم رواد الفضاء خلال مهماتهم إلى كواكب أخرى.

هذا مهم بشكل خاص مع استعداد برنامج أرتميس للعودة بالبشر إلى القمر في السنوات القليلة القادمة. بالفعل، حققت مهمة أرتميس II نجاحًا في مرورها القمري المأهول هذا العام.

«أرتميس II هو بداية شيء أكبر من أي مهمة واحدة. إنه يرمز إلى عودتنا إلى القمر، ليس فقط للزيارة، بل للبقاء في قاعدة القمر في المستقبل، ويضع الأساس للقفزات العملاقة القادمة.»

– مدير ناسا جاريد إيزاكمان

مع سعي الوكالة لإثبات أنها لا تستطيع فقط الوصول إلى القمر بل أيضًا الحفاظ على وجود البشر هناك وفي النهاية المريخ، تتزايد متطلبات الحوسبة بشكل كبير.

لكي تكتشف المواطنون في المساكن المأهولة الأخطاء في الوقت الفعلي، وتتمكن الروبوتات من التنقل في التضاريس بشكل مستقل، وتقوم المركبات القادرة على الهبوط بمعالجة كميات هائلة من بيانات المستشعرات في وقت قصير، نحتاج إلى معالجات أكثر قوة وقدرة من تلك التي تُستخدم حاليًا في الفضاء.

وهذا بالضبط ما يتم بناؤه. شريحة الفضاء الجديدة من الجيل التالي¹ يمكن أن تتسع بسهولة في راحة يدك وتُقدّم اختراقًا في سرعة الحوسبة. من المتوقع أن يتيح مبادرة الحوسبة عالية الأداء للرحلات الفضائية (HPSC) للمركبات الفضائية العمل بشكل مستقل إلى حد كبير في الفضاء العميق.

مبادرة HSPC الخاصة بناسا لإعادة تعريف مهمات الفضاء المستقبلية

لعدة عقود، كانت ناسا تُطوّر معالجات الحواسيب على متن المركبات الفضائية. هذه المعالجات مسؤولة عن تنسيق وتنفيذ الوظائف اللازمة لدعم نجاح المهمة.

ظهرت حوسبة الفضاء لأول مرة قبل أكثر من نصف قرن مع حواسيب إرشاد أبولو (AGCs) الرائدة، التي كانت تُجري حسابات الملاحة والتوجيه والتحكم خلال مهمات القمر للوكالة.

لكن الحقيقة هي أنه عند التحرك خارج المجال المغناطيسي الواقي للأرض، نواجه كونًا مليئًا بالإشعاع، وهو طاقة تُصدر كأشعة، وموجات كهرومغناطيسية، أو جسيمات. إشعاع الفضاء يختلف عما نختبره على الأرض. يتكون من أشعة كونية مجرية، وجسيمات محاصرة في المجال المغناطيسي للأرض، وجسيمات تُطلق إلى الفضاء أثناء الانفجارات الشمسية.

الإشعاع الفضائي يؤثر سلبًا على كل من الطواقم البشرية والآلات. إلى جانب التسبب في أضرار طويلة الأمد للمكونات الإلكترونية، فإنه يثير أخطاء تُعطل الحوسبة، مما يخلق حاجة إلى معالجات مقاومة للإشعاع، وهي مكلفة وبطيئة التطوير.

في حين أن المعالجات المقاومة للإشعاع مكنت العديد من أعظم إنجازات ناسا، فإن تلك المستخدمة حاليًا تم تطويرها قبل ما يقرب من ثلاثة عقود وتفتقر إلى الأداء المطلوب للمهمات الأكثر تقدمًا وتعقيدًا وطولًا اليوم.

علاوة على ذلك، تتطلب المهمات خارج مدار الأرض موارد حوسبة على متن المركبة لأن الاتصال بالأرض يُدخل تأخيرًا زمنيًا. هذا الكمون في الاتصال يستلزم أن تُجرى الأنشطة الفضائية بشكل مستقل وفي الوقت الفعلي على متن المركبة، مما يتضمن تشغيل مجموعة من أعباء العمل الحاسوبية، بما في ذلك الذكاء الاصطناعي وتعلم الآلة، والاستقلالية المتقدمة، ومعالجة الصور والإشارات، واكتشاف وتصنيف الأجسام، وإدارة تدفق البيانات.

لجعل هذه الأعباء ممكنة، نحتاج إلى تقدم في تكنولوجيا الحوسبة على متن المركبة. هذا أدى إلى تطوير حل جديد: الحوسبة عالية الأداء للرحلات الفضائية (HPSC)، نظام على رقاقة من الجيل التالي يتفوق بأكثر من 100 مرة على المعالجات الفضائية الحالية.

“بناءً على إرث المعالجات الفضائية السابقة، يُعد هذا النظام متعدد النوى مقاومًا للأخطاء، مرنًا، وعالي الأداء بشكل استثنائي,” قال يوجين شوانبيك، مدير عنصر البرنامج في برنامج التطوير المتغير للوكالة (GCD) في مديرية تكنولوجيا الفضاء بمركز لانغلي للبحوث في فرجينيا. “التزام ناسا بتطوير حوسبة الرحلات الفضائية هو إنجاز تقني وتعاون رائع.”

في صميم المبادرة يوجد معالج مقاوم للإشعاع صُمم للبعثات العميقة وطويلة الأمد إلى القمر والمريخ وما بعدهما.

يمكنه العمل في الظروف القاسية للفضاء وإكمال المهام بشكل مستقل وفي الوقت الفعلي. كما أنه مُخصص لقطاع الطيران، موفرًا تحمل الأخطاء والأمن السيبراني لأقمار الأرض المنخفضة (LEOs).

يجمع النظام الجديد بين الحوسبة والشبكات في جهاز واحد، مما يقلل كلًا من التكلفة واستهلاك الطاقة.

يستخدم إيثيرنت متقدم لتجميع عدة شرائح أو ربط عدة مستشعرات، مما يتيح لـ HPSC معالجة كميات هائلة من البيانات على متن المركبة واتخاذ قرارات مستقلة في الوقت الفعلي، مثل ترشيح الصور أو توجيه الروبوتات بسرعات عالية. في الوقت نفسه، تتيح معمارية القابلية للتوسع تحسين كفاءة الطاقة للعمليات الحرجة عبر إيقاف تشغيل الوظائف غير المستخدمة.

في الوقت نفسه، تُضمن وحدة التحكم الأمني المتكاملة والمراقبة المستمرة لصحة النظام سلامة وموثوقية العمليات المعقدة.

تقنية HPSC هي جهد مشترك بين شركاء أكاديميين وصناعيين. يُدار المشروع من قبل برنامج GCD، الذي، إلى جانب مختبر الدفع النفاث (JPL)، يقود المبادرة من خلال تطوير متطلبات المهمة، وتمويل الدراسات، وإدارة دورة حياة المشروع حتى التسليم.

من أجل المشروع، اختار JPL التابع لناسا Microchip (MCHP ) كشريك تجاري في عام 2022، حيث تمول الشركة أبحاثها وتطويرها للمعالج.

“سيوفر هذا المعالج المتقدم للرحلات الفضائية تأثيرًا هائلًا على مهماتنا المستقبلية وحتى على التقنيات هنا على الأرض,” قالت نيكي ويركهايزر، مديرة نضج التكنولوجيا داخل مديرية تكنولوجيا الفضاء في ذلك الوقت. “سيعزز هذا الجهد قدرات المركبات الحالية ويُمكّن قدرات جديدة وقد يُستخدم في النهاية من قبل كل مهمة فضائية مستقبلية، مستفيدة جميعًا من حوسبة طيران أكثر قدرة.”

في عام 2024، اجتاز المشروع مراجعة التصميم الحرجة (CDR). العام الماضي، تم إرسال التصميم النهائي للتصنيع، وتم تصنيع أول معالج HPSC بنجاح.

شريحة الفضاء من الجيل التالي لناسـا تدخل الاختبار الواقعي

HSPC، دماغ المركبة الفضائية، قد خضع الآن رسميًا للاختبار هذا العام، وتظهر النتائج الأولية أداءً ملحوظًا.

تم تصميم شريحة الحاسوب الفضائي لتكون صغيرة بما يكفي لتتناسب مع راحة يدك مع زيادة الذكاء والأداء للمركبات المستقبلية بشكل كبير. المعالج المقاوم للإشعاع الجديد صُنع لتوفير ما يصل إلى 100 مرة من قوة الحوسبة مقارنةً بأجهزة الحوسبة الفضائية الحالية.

يقوم مهندسو JPL بإجراء مجموعة متنوعة من الاختبارات التي تحاكي البيئة القاسية للفضاء.

«نحن نضع هذه الشرائح الجديدة تحت اختبار شامل من خلال إجراء اختبارات الإشعاع، والحرارة، والصدمات، بالإضافة إلى تقييم أدائها عبر حملة اختبار وظيفية صارمة.»

– جيم باتلر، مدير مشروع HPSC في JPL

لكي تكون مؤهلة للرحلات الفضائية، يجب أن يتحمل المعالج اهتزازات الإطلاق، وتغيّرات درجات الحرارة الحادة، وفراغ الفضاء، والإشعاع الكهرومغناطيسي المكثف الذي يمكن أن يتلف الإلكترونيات.

الجسيمات دون الذرية التي تسير بسرعات قريبة من سرعة الضوء وتُنشأ من الشمس والفضاء العميق يمكنها أيضًا أن تتسبب بأخطاء تُجبر المركبة على إغلاق مؤقت للعمليات غير الضرورية. لا يخرج النظام من وضع الأمان حتى يتم حل المشكلة من قبل مهندسي الأرض.

علاوة على ذلك، تختبر ناسا مدى قدرة المعالج على التعامل مع تحديات الهبوط الكوكبي، مثل التضاريس السطحية الخطرة والكثافات الجوية المتطرفة أو الافتقار إليها.

«لمحاكاة الأداء الواقعي، نستخدم سيناريوهات هبوط عالية الدقة من مهمات ناسا الحقيقية التي عادةً ما تتطلب أجهزة ذات استهلاك طاقة مرتفع لمعالجة كميات هائلة من بيانات مستشعرات الهبوط»، قال باتلر. «إنه وقت مثير لنا للعمل على عتاد سيمكن ناسا من القفزات العملاقة التالية.»

بدأت الوكالة اختبار الشريحة في JPL في فبراير من هذا العام، مع أول بريد إلكتروني يحمل عنوان «Hello Universe»، إشارة إلى تاريخ برمجة الحواسيب. من خلال هذه العبارة الصغيرة، حصل الفريق على تأكيد أن التقنية تعمل.

من المتوقع أن تستمر التجربة لعدة أشهر، لكن النتائج الأولية كانت إيجابية للغاية.

في البداية، يعمل المعالج، وفقًا لناسا، كما هو مقصود. علاوة على ذلك، كان أداؤه أعلى بحوالي 500 مرة من الشرائح المستخدمة حاليًا.

الجهاز هو نظام على رقاقة (SoC)، دائرة متكاملة تجمع جميع مكونات الحاسوب الأساسية في وحدة مدمجة واحدة. يتضمن المعالج الذاكرة، ووحدات المعالجة المركزية (CPUs)، وواجهات الإدخال/الإخراج، وأنظمة الشبكات المتقدمة. نظرًا لصغر حجمها وكفاءتها في استهلاك الطاقة وتكلفتها الفعّالة على نطاق واسع، تُستخدم الـ SoCs على نطاق واسع في الهواتف الذكية، وأنظمة السيارات، وإنترنت الأشياء.

لكن النسخة التي طورتها ناسا صُممت لتدوم لسنوات في الفضاء العميق. يجب أن يسافر النظام لملايين، وربما مليارات، الأميال من الأرض ويستمر دون أي صيانة أو إصلاح.

تم تطوير الشرائح بالتعاون بين JPL وشركة Microchip Technology، وقد تم مشاركتها بالفعل مع شركاء من قطاع الدفاع والفضاء التجاري للوصول المبكر.

لم تُعتمد بعد للفضاء، ولكن بمجرد الحصول على الترخيص، ستدمج ناسا المعالج في مجموعة واسعة من المهمات، بما في ذلك الروبوتات الكوكبية، وأقمار الأرض، والمسبارات في الفضاء العميق.

من المتوقع أن يلعب الشريحة دورًا رئيسيًا في مستقبل المركبات الفضائية الذاتية. مع وجود AI على متنها، ستتمكن المركبة من الاستجابة للمواقف غير المتوقعة في الوقت الفعلي، مما يلغي الحاجة إلى التحكم البشري، الذي يصبح غير عملي على مسافات شاسعة تُحدث تأخيرات في الاتصالات.

ستساعد التقنية أيضًا في جعل معالجة وتخزين ونقل كميات هائلة من البيانات العلمية أكثر كفاءة. قد تدعم في النهاية المهمات المأهولة إلى القمر والمريخ، وفقًا لناسا.

علاوة على ذلك، للتقنية فوائد على الأرض أيضًا، على عكس الشرائح التقليدية المخصصة للفضاء، حيث تخطط Microchip لتكييف الشريحة للإلكترونيات الاستهلاكية، وتصنيع السيارات، وقطاع الطيران، وغيرها من الصناعات. تشمل تطبيقاتها المحتملة المعدات الطبية، وشبكات الطاقة، والذكاء الاصطناعي، والطائرات بدون طيار، ونقل البيانات، وخدمات الاتصالات.

تشير هذه التكييفات لتقنية الأرض إلى أن الشريحة المقاومة للإشعاع قد يكون لها حياة تجارية تتجاوز المهمات التي أدت إلى إنشائها.

استخدام قاعدة تقنية مشتركة على كل من الأرض والفضاء، وفقًا للوكالة، سيمكن HPSC من تعزيز القدرات الصناعية المحلية مع تقليل التكاليف والمخاطر للمستخدمين الحكوميين والتجاريين.

الاستثمار في تكنولوجيا الفضاء العميق: شركة Microchip Technology (MCHP)

تبرز شركة Microchip Technology Inc.، التي تتخذ من أريزونا مقرًا لها، كشريك تجاري لناسا في تطوير معالج HPSC، الذي يخضع حاليًا للاختبار.

أشار باباك ساميمي، نائب الرئيس التنفيذي للوحدة التجارية للاتصالات، إلى أن منصة المعالج المؤهلة للفضاء من الجيل التالي “ستوفر شبكة إيثيرنت شاملة، ومعالجة متقدمة للذكاء الاصطناعي/تعلم الآلة، ودعم الاتصال مع تحقيق مكاسب أداء غير مسبوقة، وتحمل الأخطاء، وبنية أمان منخفضة الاستهلاك للطاقة.”

تفتخر الشركة بوجود بصمة قوية في الإلكترونيات ذات الدرجة الجوية وأنظمة التحكم المدمجة، مما يضعها في موقع استراتيجي لسوق الحوسبة الفضائية المتنامي. كما يمكنها بسهولة تكييف هذه التقنيات لصناعات أوسع مثل أنظمة السيارات، والروبوتات، والذكاء الصناعي.

تُعد Microchip Technology مزودًا لحلول التحكم المدمجة الذكية، المتصلة، والآمنة، تخدم العملاء عبر قطاعات المستهلك، والحوسبة، والاتصالات، والسيارات، والفضاء والدفاع، والصناعات.

برأس مال سوقي يبلغ 50 مليار دولار، يتم تداول أسهم Microchip Technology Incorporated (Nasdaq: MCHP) عند 92.70 دولار، بارتفاع 46.20% منذ بداية العام و53.22% خلال العام الماضي. لديها ربحية السهم (EPS) (TTM) قدرها 0.21 ومضاعف السعر إلى الأرباح (P/E) (TTM) يبلغ 437.21. عائد الأرباح المدفوع هو 1.97%.

تُظهر إيرادات الشركة المتعافية أيضًا نظرة إيجابية لـ Microchip. للربع المنتهي في 31 مارس 2026، أبلغت الشركة عن زيادة صافية في المبيعات بنسبة 35.1% على أساس سنوي لتصل إلى 1.311 مليار دولار، بارتفاع 10.6% على التوالي وفوق التوجيه (1.260 مليار دولار) الذي قدمته Microchip.

قال الرئيس التنفيذي والرئيس ستيف سانغي إن “هذه النتائج فاقت توقعاتنا بشكل كبير.” وأضاف أن الدرس الرئيسي من الدورة الأخيرة هو أهمية إدارة المخزون ورأس المال العامل بشكل منضبط، وهذا هو نهجهم في تشغيل الأعمال.

على أساس مبادئ المحاسبة المقبولة عمومًا (GAAP)، سجل مزود الرقائق الرائد ربحًا إجماليًا بنسبة 61%، ودخلًا تشغيليًا قدره 217.4 مليون دولار، وصافي ربح 116.4 مليون دولار، وربحية السهم 0.21 دولار للسهم المخفّض. وعلى أساس غير GAAP، كان الربح الإجمالي 61.6%، والدخل التشغيلي 400.9 مليون دولار، وصافي الربح 327.3 مليون دولار، وربحية السهم 0.57 دولار للسهم المخفّض.

«نحن نشهد تفاعلًا قويًا من العملاء وتوسّعًا في نشاط التصميم في مراكز البيانات وتطبيقات الذكاء الاصطناعي، مدفوعًا بمدى وسرعة محفظتنا للاتصال عالي السرعة والحوسبة.»

– ريتش سيمونسيك، مدير العمليات في Microchip

للسنة المالية 2026، بلغت مبيعات Microchip الصافية 4.713 مليار دولار، بارتفاع 7.1% عن العام السابق، بينما تم إرجاع 984 مليون دولار للمساهمين عبر توزيعات الأرباح. أبلغت الشركة عن ربح إجمالي بنسبة 57.7% على أساس GAAP و58.5% على أساس غير GAAP للعام بأكمله، بينما كان ربح السهم 0.22 دولار و1.64 دولار للسهم المخفّض على التوالي.

قال سانغي: «أنتهينا من السنة المالية مع زخم قوي، يمثل تقدمًا ملموسًا عن الظروف الصعبة التي كنا نتنقل فيها قبل عدة أرباع فقط. مع تحسن ظروف الطلب وتطبيع مخزون العملاء، نشهد زيادة في الزخم عبر خطوط منتجاتنا، وتحسينًا في حجوزات المبيعات واتجاهات البيع، ونشاطًا متسارعًا، وتراكمًا تشغيليًا ملحوظًا، مما يعكس تنفيذًا منضبطًا لخطة التعافي المكوّنة من تسع نقاط.»

مع انتقال الشركة إلى فصول “قوية موسميًا”، تتوقع مبيعات صافية للربع يونيو تتراوح بين 1.442 مليار دولار و1.469 مليار دولار.

أحدث تطورات شركة Microchip Technology (MCHP)

الخلاصة

من خلال مبادرة معالج الفضاء من الجيل التالي، حقق المهندسون في JPL قفزة عملاقة نحو شرائح مصغرة ستدفع استكشاف الفضاء العميق إلى الأمام. لم تعد المركبة مجرد أداة سلبية تنتظر التعليمات، بل أصبحت مشاركًا نشطًا وذكيًا قادرًا على الملاحظة والحكم والاستجابة.

مع تزايد طموحات ناسا، مع خطط لوجود دائم على القمر، ومهمات مأهولة إلى المريخ، ومنصات علمية في الفضاء العميق تتجه إلى النظام الشمسي الخارجي، تصبح بنية الحوسبة في قلب كل مركبة الفضاء العامل الحاسم لما هو ممكن.

مع معالج يوفر 500 مرة قدرة سابقيه، تهدف الوكالة ليس فقط إلى جعل المهمات الحالية أسرع، بل إلى جعل أنواعًا جديدة تمامًا من المهمات ممكنة.

بينما لا يزال هناك قيود يجب تجاوزها وستستغرق شهادة الفضاء الكاملة وقتًا، فقد أحرزت الوكالة وMicrochip بداية جيدة، مشيرة إلى مستقبل تُشغّل فيه المركبات الفضائية باستقلالية غير مسبوقة، على بعد ملايين الأميال من الأرض.

انقر هنا للحصول على قائمة بأهم أسهم الأقمار الصناعية والفضاء.

المراجع

^{1. مختبر الدفع النفاث. (2026, مايو 12). Hello universe: NASA’s next-gen space processor undergoes testing. NASA. https://www.jpl.nasa.gov/news/hello-universe-nasas-next-gen-space-processor-undergoes-testing/}