Poiché i satelliti raccolgono quantità sempre maggiori di dati, ingegneri e ricercatori stanno implementando soluzioni per gestire questi enormi aumenti.

I satelliti all'avanguardia per le scienze della Terra che verranno lanciati nei prossimi due anni forniranno viste più dettagliate del nostro pianeta che mai. Saremo in grado di tracciare caratteristiche oceaniche su piccola scala come le correnti costiere che spostano i nutrienti vitali per le reti trofiche marine, monitorare quanta acqua dolce scorre attraverso laghi e fiumi, e spot movimento nella superficie terrestre di meno di mezzo pollice (un centimetro). Ma questi satelliti produrranno anche una marea di dati che consentirà a ingegneri e scienziati di creare sistemi nel cloud in grado di elaborare, immagazzinare, e analizzando tutte queste informazioni digitali.

"Circa cinque o sei anni fa, ci siamo resi conto che le future missioni sulla Terra avrebbero generato un enorme volume di dati e che i sistemi che stavamo usando sarebbero diventati inadeguati molto rapidamente, " ha detto Suresh Vannan, manager del Physical Oceanography Distributed Active Archive Center con sede presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA nel sud della California.

Il centro è uno dei tanti nell'ambito del programma Earth Science Data Systems della NASA responsabile dell'elaborazione, archiviazione, documentare, e la distribuzione dei dati dai satelliti di osservazione della Terra e dai progetti sul campo dell'agenzia. Il programma sta lavorando da diversi anni a una soluzione alla sfida del volume di informazioni spostando i suoi dati e i sistemi di gestione dei dati dai server locali al cloud, software e servizi informatici che vengono eseguiti su Internet anziché localmente sulla macchina di qualcuno.

Il satellite Sentinel-6 Michael Freilich, parte della missione U.S.-European Sentinel-6/Jason-CS (Continuity of Service), è il primo satellite della NASA ad utilizzare questo sistema cloud, anche se la quantità di dati che la navicella invia indietro non è così grande come i dati che restituiranno molti satelliti futuri.

Due di quelle prossime missioni, SWOT e NISAR, insieme produrranno circa 100 terabyte di dati al giorno. Un terabyte è circa 1, 000 gigabyte:spazio di archiviazione digitale sufficiente per circa 250 lungometraggi. SWOT, abbreviazione di Topografia delle acque superficiali e oceaniche, produrrà circa 20 terabyte di dati scientifici al giorno mentre la missione NISAR (NASA-Indian Space Research Organization Synthetic Aperture Radar) genererà circa 80 terabyte al giorno. I dati da SWOT saranno archiviati con il Physical Oceanography Distributed Active Archive Center mentre i dati da NISAR saranno gestiti dall'Alaska Satellite Facility Distributed Active Archive Center. L'attuale archivio di dati di scienze della Terra della NASA è di circa 40 petaby (1 petabyte è 1, 000 terabyte), ma entro il 2025, un paio di anni dopo il lancio di SWOT e NISAR, l'archivio dovrebbe contenere più di 245 petabyte di dati.

Sia NISAR che SWOT utilizzeranno strumenti basati su radar per raccogliere informazioni. Mirando a un lancio nel 2023, NISAR monitorerà la superficie del pianeta, raccolta di dati sulle caratteristiche ambientali, compresi i cambiamenti nel territorio associati a terremoti ed eruzioni vulcaniche, cambiamenti alle calotte glaciali e ai ghiacciai della Terra, e le fluttuazioni delle attività agricole, zone umide, e la dimensione delle foreste.

Impostato per un lancio nel 2022, SWOT monitorerà l'altezza delle acque superficiali del pianeta, sia oceano che d'acqua dolce, e aiuterà i ricercatori a compilare la prima indagine sull'acqua dolce del mondo e sulle correnti oceaniche su piccola scala. SWOT è sviluppato congiuntamente dalla NASA e dall'agenzia spaziale francese Centre National d'Etudes Spatial.

"Questa è una nuova era per le missioni di osservazione della Terra, e l'enorme quantità di dati che genereranno richiede una nuova era per la gestione dei dati, "ha detto Kevin Murphy, responsabile dei dati scientifici per la direzione della missione scientifica della NASA. "La NASA non sta solo lavorando all'interno dell'agenzia per facilitare l'accesso efficiente a un'infrastruttura cloud comune, stiamo anche addestrando la comunità scientifica ad accedere, analizzare, e utilizzare quei dati."

Download più veloci

Attualmente, I satelliti per le scienze della terra inviano i dati alle stazioni di terra dove gli ingegneri trasformano le informazioni grezze da uno e zero in misurazioni che le persone possono utilizzare e comprendere. L'elaborazione dei dati grezzi aumenta la dimensione del file, ma per le missioni più vecchie che inviano quantità di informazioni relativamente piccole, questo non è un grosso problema. Le misurazioni vengono poi inviate ad un archivio dati che conserva le informazioni sui server. Generalmente, quando un ricercatore vuole utilizzare un set di dati, accedono a un sito web, scaricare i dati che vogliono, e poi lavorarci sulla loro macchina.

Però, con missioni come SWOT e NISAR, questo non sarà fattibile per la maggior parte degli scienziati. Se qualcuno volesse scaricare un giorno di informazioni da SWOT sul proprio computer, avrebbero bisogno di 20 laptop, ciascuno in grado di memorizzare un terabyte di dati. Se un ricercatore volesse scaricare quattro giorni di dati dal NISAR, ci vorrebbe circa un anno per funzionare su una connessione Internet domestica media. Lavorare con i dati archiviati nel cloud significa che gli scienziati non dovranno acquistare enormi dischi rigidi per scaricare i dati o attendere mesi mentre numerosi file di grandi dimensioni vengono scaricati nel loro sistema. "L'elaborazione e l'archiviazione di grandi volumi di dati nel cloud consentirà un approccio efficiente allo studio dei problemi dei big data, " disse Lee-Lueng Fu, Scienziato del progetto JPL per SWOT.

I limiti dell'infrastruttura non saranno tanto preoccupanti, o, poiché le organizzazioni non dovranno pagare per archiviare quantità sbalorditive di dati o mantenere lo spazio fisico per tutti quei dischi rigidi. "Semplicemente non abbiamo lo spazio server fisico aggiuntivo presso JPL con capacità e flessibilità sufficienti per supportare sia NISAR che SWOT, " disse Hook Hua, un architetto di sistemi di dati scientifici JPL per entrambe le missioni.

Gli ingegneri della NASA hanno già sfruttato questo aspetto del cloud computing per un prodotto proof-of-concept utilizzando i dati di Sentinel-1. Il satellite è una missione dell'ESA (Agenzia spaziale europea) che esamina anche i cambiamenti della superficie terrestre, sebbene utilizzi un tipo di strumento radar diverso da quelli che utilizzerà NISAR. Lavorare con i dati di Sentinel-1 nel cloud, gli ingegneri hanno prodotto una mappa colorata che mostra il cambiamento della superficie terrestre dalle aree più ricche di vegetazione ai deserti. "Ci è voluta una settimana di calcolo costante nel cloud, utilizzando l'equivalente di migliaia di macchine, " ha detto Paul Rosen, Scienziato del progetto JPL per NISAR. "Se hai provato a farlo al di fuori del cloud, avresti dovuto comprare tutte quelle migliaia di macchine."

Il cloud computing non sostituirà tutti i modi in cui i ricercatori lavorano con i set di dati scientifici, ma almeno per le scienze della Terra, sta sicuramente guadagnando terreno, ha detto Alex Gardner, un membro del team scientifico NISAR al JPL che studia i ghiacciai e l'innalzamento del livello del mare. Prevede che la maggior parte delle sue analisi avverrà altrove nel prossimo futuro invece che sul suo laptop o server personale. "Mi aspetto che tra 5-10 anni, Non avrò molto di un disco rigido sul mio computer e esplorerò il nuovo firehose di dati nel cloud, " Egli ha detto.