KALIFORNIEN / LONDON (IT BOLTWISE) – NASA treibt mit seinem Game-Changing-Development-Programm die nächste Stufe der Bordcomputer voran: Ein neuer, rad-härteter High-Performance-Spaceflight-Computing-Chip (HPSC) soll auswerten, reagieren und Daten deutlich schneller verarbeiten als heutige Systeme. Der Prozessor durchläuft derzeit bei JPL Strahlungs-, Temperatur- und Stoßtests und zeigt laut bisherigen Eindrücken bereits eine massive Leistungssteigerung. Damit rückt auch das Ziel näher, KI-gestützte Datenflüsse an Bord so zu betreiben, dass Missionen immer weniger auf zeitkritische Rückmeldungen von der Erde angewiesen sind. Für Entwickler in der Industrie bedeutet das vor allem: mehr Bedarf an robuste KI-Workloads und darauf abgestimmten Software-Stacks im Weltraum.
NASA bereitet den Sprung von „flugzeitsicherem Rechnen“ zu „missionsfähigem, weitgehend autonomem Rechnen“ vor. Der Engpass ist dabei nicht nur die Rohleistung, sondern die Fähigkeit, an Bord zuverlässig und ohne ständige menschliche Steuerung Daten zu verarbeiten. Je weiter Raumfahrzeuge und Besatzungen von der Erde entfernt sind, desto stärker wirken sich Kommunikationslatenzen aus: Berichte und Telemetriedaten treffen später ein, Fehlerkorrekturen dauern länger. Autonome Systeme können dagegen wissenschaftliche Ergebnisse beschleunigen, weil sie Messdaten lokal auswerten und schneller in Entscheidungen umsetzen. Genau an dieser Schnittstelle setzt NASA an.
Technisch entsteht das Vorhaben im Rahmen des „Game Changing Development“ (GCD)-Programms, das mit einem kommerziellen Partner ein Hochleistungs-Rechensystem namens High Performance Spaceflight Computing (HPSC) entwickelt. Das Ziel ist ein rad-härteter Prozessor mit deutlich mehr Rechenleistung als bisherige Generationen. Als Fortschritt wird eine Größenordnung von „bis zu 100-mal“ höherer Leistungsfähigkeit gegenüber aktuellen Systemen genannt, während JPL in den laufenden Tests bereits eine Performance im Bereich von „500-mal“ gegenüber rad-härteten Chips im aktuellen Einsatz beobachtet hat. Die Architektur folgt dem System-on-a-Chip-Prinzip (SoC): Rechenkerne, Netzwerkeinheiten, Speicher sowie Ein-/Ausgabe-Funktionen werden in einem kompakten Baustein zusammengeführt – eine wichtige Voraussetzung für Gewicht, Energiebedarf und Ausfallsicherheit.
Im Weltraum ist „Leistung“ ohne „Härte“ jedoch wertlos. JPL nutzt deshalb Testkampagnen, die reale Umgebungsbedingungen nachbilden: elektromagnetische Strahlung, extreme Temperaturen sowie mechanische Belastungen wie Stöße. Hintergrund ist, dass energiereiche Teilchen aus dem Sonnenwind und kosmische Strahlung Bitfehler oder Speicherinstabilitäten auslösen können. Gleichzeitig können Kälteeinbrüche Batterien so stark beeinträchtigen, dass Systeme in einen Schutzmodus („safe mode“) gehen. HPSC wird deshalb unter Strahlungs-, Thermal- und Shock-Belastung systematisch durchgeprüft und zusätzlich mit funktionalen Tests verifiziert, die typische Bord-Workloads möglichst realitätsnah abbilden. In den Worten von JPL-Project-Manager Jim Butler: „We are putting these new chips through the wringer by carrying out radiation, thermal, and shock tests while also evaluating their performance through a rigorous functional test campaign.“
Ein zentrales Detail liegt in der vorgesehenen KI- und Datenflussverarbeitung. Neben klassischer Rechenleistung zielt HPSC auf „high-performance AI dataflow processing“ und skalierbare Vector-Computing-Fähigkeiten. Solche Vector-Operationen sind im Praxisbetrieb besonders relevant, weil viele datenintensive KI-Workloads – etwa Merkmalsextraktion, Inferenz auf Sensordaten oder datengetriebene Signalfilterung – stark von parallelisierbaren Rechenpfaden profitieren. Die Design-Logik folgt dabei auch einem Energiemanagement-Konzept: Funktionen sollen je nach Bedarf abgeschaltet oder in stromsparende Modi versetzt werden können. Das ist entscheidend, weil elektrische Energie an Bord zu den knappsten Ressourcen gehört. NASA will HPSC daher so einplanen, dass Missionen mit unterschiedlichen Energieprofilen profitieren.
Damit wird der Blick automatisch auch auf den Markt und die Wettbewerbslandschaft gelenkt. Im Segment „Space-grade Computing“ treten seit Jahren verschiedene Ansätze nebeneinander: einige Betreiber setzen auf bewährte, langjährig verifizierte Rad-hard-Designs, andere experimentieren mit stärker KI-orientierter Beschleunigung, die dann auf strikte Tauglichkeit für den Weltraum angepasst werden muss. Während konkrete Chip-Portfolios je nach Programm variieren, ist der Trend branchenweit klar: Entscheider suchen nach Rechenleistung, die für moderne Datenmengen aus Kamera-, Radar- oder Navigationssensoren reicht, ohne die Zuverlässigkeitsanforderungen zu verletzen. Genau hier wirkt HPSC als Konkurrenzdruck zu etablierten Lösungen – und NASA positioniert sich zugleich als Testfeld für Software- und Hardware-Teams, die KI-Workloads „in echt“ für Raumfahrtbetrieb optimieren.
Berücksichtigt man die historische Entwicklung, wird die strategische Bedeutung noch deutlicher. NASA verlässt sich seit Jahrzehnten auf Prozessoren, die primär für Härte und Verlässlichkeit konzipiert waren; diese Generationen waren oft nicht dafür gebaut, die heutigen Datenvolumina effizient zu interpretieren. Mit steigender Sensorauflösung und zunehmender Zahl wissenschaftlicher Instrumente hat sich das Verhältnis von Datenmenge zu Übertragungsbandbreite verschoben. Die Folge: Ohne lokale Vorverarbeitung steigt der Zeitdruck beim Downlink, und wissenschaftliche Auswertungen werden verzögert. HPSC knüpft deshalb an die „Legacy“-Stärken an, kombiniert sie aber mit moderner Mehrkern- und Hochleistungsfähigkeit. Eugene Schwanbeck, Program Element Manager im NASA-GCD-Umfeld, bringt den Kern zusammengefasst auf den Punkt: „Building on the legacy of previous space processors, this new multicore system is fault-tolerant, flexible, and extremely high-performing.“
Für die Industrie ist besonders relevant, dass HPSC nach erfolgreicher Zertifizierung in den Computing-Stack zukünftiger Plattformen einfließen soll: in Orbiters, Rovers, Habitate und Deep-Space-Missionen. Damit verlagert sich der Schwerpunkt von reinen Hardwaretests hin zu einer verlässlichen, softwareseitigen Betriebsfähigkeit. Entwickler müssen künftig häufiger an den Grenzen zwischen KI-Frameworks, Laufzeitumgebungen und Echtzeit-/Sicherheitsanforderungen arbeiten. Im Vergleich zu klassischen „Cloud-first“-Setups ist die Herausforderung anders gelagert: Statt elastischer Ressourcen zählt vor allem deterministisches Verhalten, kontrollierbare Latenzen und robustes Monitoring gegen Strahlungsfehler oder Speicherkorruption. Aus Marktsicht eröffnet das ein Feld für Enterprises und Systemintegratoren, die KI nicht nur trainieren, sondern auch für den harten Betrieb adaptieren.
In der finalen Betrachtung bleibt der Zeitplan: Testing begann im Februar am JPL und soll mehrere Monate dauern. Sobald die Chip-Zertifizierung abgeschlossen ist, folgt die Integration in Flughardware, also die praktische Umsetzung von Rechenleistung plus KI-Verarbeitung im Missionsbetrieb. Bis dahin entscheidet sich, wie sauber die Performance-Vorteile unter realen Belastungen bleiben, etwa bei Variation von Temperaturprofilen oder bei wiederkehrenden Strahlungsereignissen. Für die nächsten Schritte ist wahrscheinlich, dass NASA den Software-Entwicklungsprozess enger an die Hardwarefähigkeiten koppelt: vom Datenfluss-Design bis zur Vektorisierung und zum Energieprofil. Wenn die bisherigen Eindrücke stimmen, dürfte HPSC ein wichtiger Baustein dafür werden, dass Missionen schneller reagieren, mehr aus Daten herausholen und langfristig weniger „Back-and-forth“ mit der Erde benötigen.
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