Fin dai primi lanci di sonde spaziali, uno dei molti problemi, affrontati dai progettisti prima e dai tecnici installatori poi, è stato quello di proteggere le memorie di bordo dai raggi cosmici e dalle radiazioni che in ogni istante attraversano lo spazio.
La soluzione classica è stata quella di schermare opportunamente la piastra dove risiedono i chip, soprattutto in ambienti particolarmente ostili per le sonde: ad esempio intorno al Sole con sonde tipo la Parker Solar Probe oppure in orbita intorno a Giove.
Proprio in un mio recente articolo, parlando della sonda Voyager 1 della NASA, avevo scritto che questo viaggiatore spaziale, oramai lontanissimo, aveva ad un certo punto iniziato a trasmettere dati incomprensibili. Dopo una lunga analisi i progettisti avevano individuato il problema nella corruzione di uno dei chip di memoria. Ricordo che la sonda era stata lanciata nel 1977 (e dunque in fase di progetto da alcuni anni prima) ed ovviamente all’epoca la tecnologia non era così progredita come nei tempi moderni.
Con le tecnologie attuali, alcune delle quali in fase di sperimentazione, si potrebbe arrivare ad una soluzione quasi infallibile: lascio la parola a Mark Thompson (del sito UniverseToday) ed al suo articolo apparso recentemente, che tradurrò in modo ragionato e non certo artificiale. Miei commenti appariranno in corsivo, come sempre.
La Flash Memory che lo Spazio non può distruggere
Trascurando i ricordi di gioventù di Mark nei riguardi delle porte logiche AND, OR, NAND, NOR che tutto sommato sono un po’ fuori dal contesto, lo lascio alla citazione del difficile libro-film di fantascienza “Il problema dei Tre Corpi“.
Ad un certo punto l’autore, Liu Cixin, descrive una scena in cui milioni di soldati sono schierati in una vastissima pianura, a formare la memoria vivente di un computer, in cui sono presenti le porte logiche indicate prima. Questo fatto rende più straordinario il risultato appena ottenuto dai ricercatori della Georgia Tech.
Cosa c’entra tutto questo con lo spazio?
Pensate all’ultima volta che il vostro cellulare è andato in crash facendovi perdere informazioni importanti… Fastidioso, vero?
Ora immaginate la stessa cosa a 640 milioni di km dalla Terra, su una sonda che sta esplorando le lune di Giove, senza alcun equipaggio che possa compiere una qualunque riparazione anche banale e con un ritardo nelle comunicazioni misurato in ore: a questo punto una memoria affidabile è mandatoria, non solo conveniente.
È proprio questo il problema che i tecnici hanno dovuto affrontare a brutto muso per anni: le Flash memory NAND, che memorizzano le nostre foto, le app e i file all’interno del nostro cellulare, sono attualmente lo standard della memorizzazione ad alta densità nello spazio. Sono potenti, compatte e lavorano egregiamente qui sulla Terra.
Ma inviandole nello spazio profondo, le radiazioni piano piano se le mangiano, alterando i bit, corrompendo così i dati e da ultimo distruggendo le informazioni importantissime che dovevano raccogliere in missioni create per questo scopo.
Ricercatori del Georgia Institute of Technology pensano di aver trovato la soluzione, in un fenomeno chiamato “ferroelectricity” (ferroelettricità, i cui dettagli si trovano su Wikipedia), in pratica l’abilità di certi materiali di trattenere in modo permanente una carica elettrica anche in assenza di alimentazione.
La Flash Memory tradizionale memorizza le informazioni con cariche elettriche intrappolate (anche qui in assenza di alimentazione, come succede nei PC, quando vengono spenti), ma le radiazioni possono colpire e spostare queste cariche abbastanza facilmente.
Le memorie ferroelettriche invece memorizzano le informazioni in modo differente, all’interno del materiale stesso, grazie alla polarizzazione, che si è scoperto essere straordinariamente difficile da disturbare.
Per testare la resilienza alle radiazioni di queste memorie, il team ha fabbricato chip di Flash Memory NAND ferroelettrici all’interno della loro “camera bianca” (ambiente a contaminazione controllata, con bassissimi livelli di polvere, microbi e particelle nell’aria) e li hanno poi spediti ai collaboratori della Pennsylvania State University perché fossero testati con le radiazioni: i risultati sono stati sorprendenti.
I chip hanno resistito a dosi di radiazioni fino ad 1 milione di rad, l’equivalente di 100 milioni di radiografie al torace, rendendole fino a 30 volte più stabili rispetto alle Flash Memory convenzionali. Ottimo perché le missioni nello spazio profondo sono sottoposte ad un milione di rad durante tutto il loro ciclo di vita.
E poi, dato che le sonde spaziali diventano sempre più autonome, si affideranno sempre più all’intelligenza artificiale, per elaborare enormi quantità di informazioni senza aspettare un feedback dalla Terra (il “creatore”, ricordando sempre il primo film di Star Trek).
Sonde che sorvolano satelliti lontani, analizzano pianeti esterni o che alla fine punteranno al di là del Sistema Solare, avranno bisogno di memorie che non smettano di funzionare sul più bello.
Le Flash ferroelettriche faranno la differenza tra missioni che sopravvivono ed altre che muoiono, rappresentando il successo piuttosto che il silenzio.
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