Réaliser la maintenance logicielle au bout du monde

Pour la plupart d’entre nous, la mise à jour du logiciel ne nécessite que quelques tapotements ou clics sur notre appareil avant de voir une barre de progression défiler sur l’écran. Pour l’astronome George Dransfield de l’Université de Birmingham, cependant, ce n’est pas si facile.

L’été dernier, elle a pris un avion pour Hobart en Australie, puis, après un passage en quarantaine, s’est envolée pour l’aérodrome de Wilkins sur la côte de l’Antarctique. Après un trajet en bus antarctique jusqu’à la station Casey et un dernier vol à bord d’un minuscule turbopropulseur Basler, elle est arrivée à sa destination finale : la station Concordia, située à 680 milles à l’intérieur des terres. Elle est venue armée de quelques disques durs portables, d’un ordinateur portable et de sept semaines pour effectuer la maintenance logicielle critique.

La mission de Dransfield était de mettre à jour le logiciel qui traite les données collectées par le télescope spatial le plus éloigné de la Terre. Le voyage épique était essentiel car la station manquait de tout ce qui ressemblait à une connectivité Internet décente. Et c’est un problème lorsque les images prises par le télescope, A-STEP, font 4 096 x 4 096 pixels chacune.

« Nous passons du temps à prendre des images du ciel, et chaque image fait environ 150 Mo », explique Dransfield. “Comme la plupart des télescopes, vous téléchargez les images brutes sur votre ordinateur après une nuit d’observation, et vous les traitez vous-même.”

C’est obtenir les images de l’Antarctique qui est la partie délicate. La station elle-même dispose d’une connexion avec le reste du monde, mais uniquement par satellite, et elle ne peut atteindre que des vitesses d’accès commuté qui auraient été impressionnantes, par exemple, en 1996. “Notre connexion Internet a récemment été mise à niveau, », explique Dransfield. “Nous pouvons maintenant atteindre des vitesses de 80kB/sec.”

La seule façon de récupérer les données brutes est que quelqu’un aille l’année suivante et les mette sur un disque dur, ajoute-t-elle. Plutôt que de les renvoyer au rythme des escargots, Concordia utilise un logiciel pour analyser automatiquement les images et renvoyer un instantané des données – un peu comme joindre un JPEG basse résolution au lieu d’un fichier image RAW à part entière – via la connexion satellite. Cela signifie que les scientifiques de l’Université de Birmingham et d’autres endroits dans le monde disposent au moins de données sur lesquelles travailler.

Patcher à la dure

Le logiciel que Dransfield a été envoyé pour mettre à niveau gère le pipeline de données, en prenant les données du télescope et en les traitant. Il a été initialement écrit en IDL, un langage similaire à Fortran développé dans les années 1970. Mais avant de se diriger vers le sud, Dransfield a été chargé de réécrire toute la pile dans le Python relativement moderne.

La mettre à jour à distance n’était pas une option. “Si je veux modifier peut-être cinq ou six lignes de code, je dois réserver au moins une heure”, explique Dransfield. « Vous êtes dans un terminal, vous tapez une lettre, puis il faut deux ou trois secondes pour que cette lettre apparaisse réellement. Je ne peux pas commencer à expliquer à quel point c’est fastidieux.

L’installation du nouveau logiciel était cependant importante, afin que le télescope puisse réellement faire de la science. « Ils ont changé l’appareil photo pour que les images qui sont arrivées cette année soient différentes des images de l’année dernière. J’ai donc dû faire un million de corrections pour tout adapter.

Même si Dransfield pouvait supporter une connexion lamentablement lente, la connectivité limitée signifie qu’une seule personne peut accéder au réseau privé virtuel (VPN) à la fois. Il était donc temps de se diriger vers l’Antarctique. “C’est un logiciel tellement énorme que je ne pouvais pas simplement le télécharger”, explique Dransfield, “Parce que j’avais écrit le logiciel, je devais être celui qui l’installait.”

Les deux tours de la station climatique Concordia, basée en Antarctique

Avant de décoller, cependant, d’autres obstacles se sont présentés. “On pourrait penser qu’avec des opérations aussi importantes, les gens feraient très attention à tout, mais personne ne pouvait me dire avec certitude quelles étaient les spécifications du nouveau serveur qu’ils avaient expédié là-bas”, rit-elle. “J’avais besoin de tester l’installation sur un ordinateur vraiment similaire, mais je ne savais pas ce que c’était.”

Bien que le code soit destiné à s’exécuter sur un système Linux, elle ne pouvait pas être sûre des packages et des binaires qui s’exécuteraient sur le système de destination. Avant de se lancer, elle a entrepris de tester son code sur autant de systèmes informatiques différents que possible, y compris un Raspberry Pi. Cela était nécessaire car le manque effectif de connexion Internet supprimait un outil clé dans l’arsenal de chaque codeur – l’accès à Stack Overflow. “C’était vraiment très difficile de faire ce travail sans accès à Internet ni accès à l’aide d’autres personnes”, déclare Dransfield.

Faire face à la perturbation du haut débit par satellite

Concordia est actuellement aux prises avec une connexion extrêmement lente, mais les choses sont peut-être sur le point de changer. En septembre dernier, SpaceX a annoncé que son système haut débit par satellite Starlink était désormais disponible en Antarctique. Le haut débit par satellite prend de l’ampleur, beaucoup suggérant qu’il pourrait être une solution définitive aux problèmes de connectivité rurale.

Ce qui le rend différent de ce qui l’a précédé d’Iridium, c’est que Starlink est une méga-constellation pouvant atteindre 12 000, avec près de 3 000 déjà dans l’espace. Cela signifie que chaque satellite couvre une partie beaucoup plus petite de la Terre – de sorte que la bande passante n’est pas partagée entre autant d’utilisateurs – et qu’ils sont plus proches du sol, ce qui signifie que la latence devient moins un problème pour des activités telles que la vidéoconférence.

Étant donné que Concordia n’a pas de voisins, il est concevable que si le système était déployé, il pourrait profiter jusqu’à 200 Mbits/sec, à peu près l’équivalent d’une excellente connexion haut débit domestique, et suffisamment rapide pour mélanger des masses de données.

D’autres bases de recherche antarctiques, comme la station américaine McMurdo, testent déjà la technologie. Quelle différence cela pourrait-il faire à Corcondia ? “Ce niveau d’augmentation de la bande passante serait transformateur”, déclare Dransfield. “Cela me ferait gagner tellement de temps, je pourrais me connecter en SSH et faire les ajustements que je dois faire rapidement. Cela signifierait également que nous pourrions, plus souvent, télécharger des images brutes. »

Dransfield a récemment assisté à une conférence de scientifiques antarctiques, et l’enthousiasme pour Starlink était palpable. “La plupart des gens sont comme, oui, Starlink, dès qu’il sera disponible, nous allons y aller parce que nous avons besoin de bande passante.”

Cependant, parmi les scientifiques antarctiques présents, seule une poignée étaient des astronomes – et cela donne à Dransfield une perspective très différente sur le haut débit par satellite. Il s’avère que malgré les énormes avantages de la bande passante, elle n’est pas fan de Starlink. “Nous avons une chose différente à équilibrer”, explique Dransfield, “parce que nous pouvons voir Starlink dans nos images.”

Le haut débit par satellite pourrait-il saboter l’astronomie ?

“Nous ne sommes pas très enthousiastes à l’idée”, ajoute-t-elle. “Si vous regardez des images d’endroits comme d’autres sites d’observation populaires, vous voyez de petites traînées.”

Les traînées sont les traînées de mouvement des satellites en orbite autour de la Terre, capturées parce que les télescopes spatiaux prennent de longues expositions pour capturer des objets éloignés dans l’espace. SpaceX mettra en place de nombreux satellites, et bien que Dransfield veuille Internet, elle ne veut pas que les satellites ruinent ce qui est l’un des sites astronomiques les plus importants et les plus uniques que nous ayons.

C’est une critique que SpaceX a déjà entendue. “Je suis convaincu que nous n’aurons aucun impact sur les découvertes astronomiques – zéro”, a déclaré le fondateur Elon Musk en 2020, “C’est ma prédiction, nous prendrons des mesures correctives si c’est au-dessus de zéro.”

Les télescopes spatiaux prennent des photos à longue exposition et sont susceptibles de capter des traînées

Théoriquement, il est possible pour les astronomes de corriger leurs données pour tenir compte des satellites qui gênent le télescope. Mais Dransfield croit finalement qu’il y a un problème plus fondamental. “Si nous connaissons leurs orbites, nous pouvons simplement corriger nos images pour eux, mais je pense [SpaceX] sous-estimer la quantité de travail supplémentaire que cela représente.

Ce type de correction d’erreur est déjà courant en astronomie – les satellites et autres objets sont appelés “systématiques”, et les astronomes ont l’habitude de modifier leurs données pour tenir compte, par exemple, du déplacement du télescope spatial Hubble dans le ciel au-dessus. Mais Starlink est à un autre niveau.

« C’est une erreur systématique supplémentaire dans nos données », explique Dransfield. “Le problème est que plus vous corrigez vos données pour la systématique, plus cela augmente l’incertitude sur le résultat final réel.”

Par exemple, si elle devait détecter une planète en orbite autour d’une étoile lointaine, elle pourrait tenter de calculer la taille de la planète, mais les barres d’erreur sur le calcul seront beaucoup plus larges – car le “systématique” a introduit plus d’incertitude. “Parfois, nous recherchons de très, très petits événements, comme des changements superficiels de luminosité d’une étoile, et si vous ne pouvez pas faire confiance à ces changements de luminosité parce que vous avez également eu un transit Starlink, cela pourrait finir par tout gâcher. beaucoup de données autrement impressionnantes », dit-elle.

Il est difficile de peser le compromis entre les avantages potentiels de Starlink et l’impact sur son travail, mais c’est une bataille qu’elle craint de perdre. “Parce qu’il n’y a pas beaucoup d’astronomie en Antarctique, nos voix ne sont pas aussi importantes que celles de tous les autres qui se disent, ‘Ouais, mais nous pourrions avoir Internet.’

“En tant qu’astronome ayant accès à l’Antarctique, je ne peux pas commencer à vous dire à quel point c’est unique et à quel point ce que nous pouvons faire à partir de là est spécial, dans notre domaine de recherche de planètes”, déclare Dransfield. “Je préférerais qu’ils ne contaminent pas davantage notre ciel, pour être honnête, car le ciel est tellement, tellement précieux.”