Intuitive Machines ermöglicht mit GitLab eine historische Mondlandung

Als Intuitive Machines 2019 einen Vertrag in Höhe von 77 Millionen Dollar für den Bau, den Start und die Landung eines Raumschiffs in der Nähe des Südpols des Mondes mit der NASA abschloss, wusste das Softwareentwicklungsteam des Unternehmens, dass es nur fünf Jahre Zeit hatte, um den gesamten Code zu erstellen, der für die Kommunikation, Navigation, Steuerung und den Flug des Raumschiffs nötig war. Mit einer fragmentierten, zeitaufwändigen Toolchain war das einfach nicht möglich. Das Unternehmen benötigte eine durchgängige DevSecOps-Plattform, um Software schneller zu erstellen und bereitzustellen, Fristen einzuhalten und das erste US-amerikanische Unternehmen zu werden, das seit den berühmten Apollo-Missionen Anfang der 1970er-Jahre auf dem Mond landete. Daher arbeitete das Team mit GitLab zusammen – und sie schrieben gemeinsam Geschichte.

Intuitive Machines war zuversichtlich, 2019 den Vertrag mit der NASA für die Mondlandung zu erhalten, und führte bereits Monate vor der offiziellen Zusage GitLab ein, um nach dem Zuschlag sofort mit der Arbeit beginnen zu können.

„Das Mondlandeprojekt war mit Sicherheit eine Größenordnung größer als alles, was wir je zuvor gemacht haben“, erzählt James Blakeslee, Software Lead bei Intuitive Machines. „Wir waren ein unbeschriebenes Blatt, also hatten wir die Möglichkeit, bei Null anzufangen. In Hinblick auf unser Softwareteam und die bevorstehenden Aufgaben wussten wir, dass wir eine Plattform brauchten, die alle Herausforderungen hinsichtlich der Software bewältigen konnte.“

Er fügt hinzu, dass es wichtig war, über eine einzige Anwendung zu verfügen, in der alle 40 bis 50 Entwickler(innen) des Unternehmens arbeiten, Transparenz erhalten und bei gemeinsamen Projekten zusammenarbeiten konnten. Alle im Team mussten in der Lage sein, bei jedem Projekt mitzuarbeiten oder sich bei allen anfallenden Aufgaben einzubringen. „Das gesamte Team benötigte eine Plattform mit demselben Erscheinungsbild, unabhängig davon, an welchem Projekt oder Softwareprozess es gerade arbeitete“, erklärt Blakeslee. „Die Plattform von GitLab bot uns diese Flexibilität bei der Zusammenarbeit und hatte bereits die erforderlichen Tools. Wir haben also alles darauf gesetzt.“

Abgesehen von einigen älteren Frameworks, die das Unternehmen bereits nutzte, stand Intuitive Machines vor der Herausforderung, die gesamte Software für den Lander mit dem Namen Odysseus, kurz „Odie“, zu entwickeln. Dazu zählten der Bau von Systemen für die Bodenkontrolle, Simulationen, Anforderungen während des Flugs wie Navigation und Kommunikation sowie Funktionen für die Landung.

„Das Raumschiff funktioniert, weil wir es unermüdlich in Simulationen getestet haben, bevor die Mission startete“, erklärt Blakeslee. „Und wenn die Software im Kontrollzentrum nicht funktioniert, kann man die Telemetrie des Raumschiffs nicht sehen und nicht mit ihm Kontakt aufnehmen. Das würde die Bediener quasi blind machen. All das ist für die Mission von entscheidender Bedeutung“, fügt er hinzu. „Diese wichtige Software wurde komplett mit GitLab entwickelt. Ohne die Plattform hätten wir es nicht geschafft.“

Odysseus hob am 15. Februar 2024 ab. Es war keine menschliche Besatzung an Bord, sondern das Raumschiff transportierte wissenschaftliche Komponenten, darunter Technologie für Funkmessungen, Stereokameras und ein Navigations-Doppler-LiDAR. Sieben Tage nach dem Start landete das Gefährt auf dem Mond und ist nun Teil einer kleinen, elitären Gruppe, die nur aus Russland, den USA, China, Indien und Japan besteht, die dieses Ziel erreichen konnte.Wir haben in fünf Jahren ein Raumschiff von Grund auf neu gebaut. Wenn wir GitLab nicht eingeführt hätten, hätten wir das nicht geschafft. Der Lander wäre nicht geflogen – nicht in dem Zeitrahmen, in dem wir gearbeitet haben, und nicht mit der Anzahl der Leute in unserem Team“, erklärt Blakeslee.

Es war für das DevSecOps-Team nicht damit getan, das Raumschiff starten zu lassen.

Der erste Flug eines jeden Raumschiffs gilt als Experiment, bei dem die Techniker(innen) nach dem Start Probleme finden und beheben. Bei Odysseus lag der Fall so: „Es gab sicherlich Punkte, die sich erst im Flug zeigten – wir nennen sie Easter Eggs – trotz all der harten Tests, die wir durchgeführt haben“, sagt Blakeslee. „Das bedeutete, dass wir Software im Flug patchen mussten. Die Fristen waren kürzer. Es stand mehr auf dem Spiel. Die Spannung war viel größer.“

Aufgrund von Zeitvorgaben, die durch die Orbitalmechanik und thermische Einschränkungen entstanden, gab es spezifische Fristen, bis wann Patches an den Lander gesendet werden konnten – sowohl während des Flugs als auch auf dem Mond. Um diese Patches (wie Patches für Laserentfernungsmesser, Kommunikation und Navigation) schnell erstellen und bereitstellen zu können, setzte man stark auf die GitLab-Pipelines für kontinuierliche Integration (CI), um sicherzustellen, dass die Patches keine Fehler im System verursachten.

Dank der CI-Pipelines konnten die Teams die Software überprüfen und Qualitätssicherungsprüfungen mit einer Geschwindigkeit durchführen, die manuell nicht möglich gewesen wäre, so Blakeslee. Die Entwickler(innen) von Intuitive Machines konnten ihre eigenen Regressions-, Integrations-, Qualitätssicherungs- und Akzeptanztests erstellen und in den Pipelines ausführen. All diese Tests gaben ihnen Einblicke in den geänderten Code und stellten sicher, dass die Patches keine Probleme verursachten, mit der Software am Boden kompatibel waren und die Fehler, die sie beheben sollten, auch tatsächlich lösten.

„Wir haben alles in den CI-Pipelines überprüft“, sagt Blakeslee und merkt an, dass die Pipeline-Ausführungszeit mit GitLab um das 20-Fache verkürzt wurde. „Wir mussten gute Patches für das Raumschiff bereitstellen. Wie man sich vielleicht vorstellen kann, können schlechte Patches fatale Auswirkungen haben. Sie könnten die Mission zum Scheitern bringen, also braucht man etwas, um sie zu testen. Und genau das hat GitLab uns ermöglicht.“

Diese CI-Pipelines halfen den DevSecOps-Teams auch dabei, Patches für Probleme zu erstellen, die auftauchten, als das Raumschiff unerwartet angewinkelt auf dem Mond landete, was zu kritischen Herausforderungen für die Kommunikation führte. Die Teams mussten schnell mehrere Software-Patches entwickeln, diese mithilfe der CI-Pipelines überprüfen und die Kommunikationssysteme zeitnah wiederherstellen, um die Patches schließlich eine Viertelmillion Kilometer weit zu schicken, damit der Lander wieder erfolgreich funktionierte.

Nachdem die Fixes erfolgreich in die Systeme des Landers hochgeladen wurden, war Odysseus sieben Tage lang auf der Mondoberfläche tätig, was der erwarteten Länge der Mission entsprach. Da Intuitive Machines nun eine erfolgreiche Mondmission verzeichnen kann, konzentriert man sich auf einen zweiten Lander, der Ende 2024 starten soll. Der Entwicklungsprozess für Odysseus hat so gut funktioniert, dass Blakeslee plant, dasselbe Setup erneut zu verwenden.

„Zwischen den Mondmissionen liegt weniger als ein Jahr, daher ist die Vorbereitung nur möglich, wenn wir auf dem aufbauen, was wir bereits haben“, sagt er. „Dieses nächste Raumschiff ist eine Weiterentwicklung der ersten Mission, daher werden wir die Tools nicht ändern und planen sicherlich nicht, mit der DevSecOps-Plattform von vorne zu beginnen. Wir bleiben bei dem, was funktioniert.“

Intuitive Machines hofft, dass es seine Arbeit in der Mondraumfahrt auch nach den beiden Landern fortsetzen kann. Es ist nämlich eines von drei Unternehmen, das die NASA für eine einjährige Untersuchung ausgewählt hat, die sich um die Entwicklung eines vorläufigen Designs und eines Prototyps für ein Mondfahrzeug (LTV, Lunar Terrain Vehicle) dreht. Dieses LTV soll Teil der Artemis-Mission sein, bei der erneut Menschen zum Mond fliegen werden. Die NASA wird eines oder mehrere der drei Unternehmen für den Bau eines LTV auswählen und dann dessen Leistung und Sicherheit testen. Das Fahrzeug soll mindestens 10 Jahre lang bei extremen Temperaturen auf der Mondoberfläche arbeiten, zwei Astronauten transportieren und einen Roboterarm verwenden können. Die erste Artemis-Mission soll 2029 starten.

„Wenn die NASA uns für den Bau des LTV auswählt, werden wir die Systeme sicherlich mit GitLab erstellen, da die Plattform für uns so gut funktioniert hat“, sagt Blakeslee. „Wir würden unsere jetzige DevSecOps-Gruppe einfach vergrößern. Die Ergebnisse der ersten Mondlandung der USA seit mehr als 50 Jahren sprechen für sich. Daher plane ich, das Ökosystem, das wir bisher genutzt haben, weiterhin zu verwenden.“

Sobald der zweite Mondlander die Mondoberfläche erreicht hat, hat das DevSecOps-Team des Unternehmens ausreichend Zeit, um den Einsatz von GitLab zu evaluieren und weitere Plattformfunktionen hinzuzufügen, wie z. B. GitLab Runner, um mit der wachsenden Größe des Teams und den Workloads in den Pipelines Schritt zu halten.Eine weitere Sache, auf die sich Blakeslee laut eigenen Angaben freut, sind die KI-Funktionen in GitLab Duo.

„Die KI-Revolution steht vor der Tür und der Einsatz GitLab Duo scheint für uns der naheliegende nächste Schritt zu sein“, sagt er. „Ich denke, es wird nicht nur bei Codevorschlägen und der Vervollständigung des Codes helfen, sondern auch Fragen zu Schwachstellen und Code beantworten. Wir sind immer auf der Suche nach Möglichkeiten, um nicht nur die Geschwindigkeit zu steigern, sondern auch das gesamte Entwicklungserlebnis zu verbessern.“

„KI ist wirklich eine Beschleunigung für die Entwicklung“, fügt Blakeslee hinzu. „Man muss Schritt halten, wenn man wettbewerbsfähig bleiben will. Deshalb habe ich GitLab Duo auf dem Radar.“

Zwischen der Apollo-Mission 1972 und der erfolgreichen Landung von Odysseus durch Intuitive Machines liegen 52 Jahre. Diese erste kommerzielle Mondlandung aus den USA war ein historischer Meilenstein und hat Intuitive Machines im Bereich der Weltraumforschung in den Fokus gerückt.

„Alles, woran wir arbeiteten, wurde in einem sehr spezifischen Ereignis zusammengefasst, und wir hatten nicht viel Spielraum für Fehler“, sagt Blakeslee. „Ohne eine wirklich gute Qualitätssicherung und Automatisierung bei der Software hätten wir das nie geschafft. Ich habe keinen Zweifel daran, dass, wenn ich in der Zeit zurückgereist wäre und andere Entwicklungstools ausgewählt hätte, unsere Software verspätet fertig geworden und fehlerhaft gewesen wäre – und wahrscheinlich wären wir nicht geflogen.“

„Ohne GitLab hätten wir keinesfalls ein Raumschiff innerhalb von fünf Jahren bauen können. Die Plattform hat uns geholfen, Geschichte zu schreiben“, fügt er hinzu. „Das war ein wesentlicher Vorteil für den Erfolg unseres Unternehmens.“