Компьютеры космической станции. Компьютеры в космосе
Компьютеры в космосе - «Хакер»
Содержание статьи
Ты когда-нибудь слышал о том, какие компьютеры астронавты NASA используют вкосмосе? Информация об этом если и мелькала в СМИ, то мимолетно. Естественно,рожденным ползать не слишком много рассказывали об этом. А между тем космическиестанции требуют самого лучшего и надежного "железа", оборудованного попоследнему слову техники. Поэтому требования к компьютерам, которые астронавтыиспользуют в Шатлах и на МКС, максимально ужесточены. Какой производительоказался достойнее всех и зарекомендовал себя с лучшей стороны?
Земля в иллюминаторе
Но перед тем как перейти к конкретным примерам, неплохо бы познакомитьсянепосредственно с космическим "домом". На сегодня он один – орбитальнаямеждународная космическая станция (МКС). Тривиально звучит, но кому, как неогромнейшей махине, зависшей в невесомости, требуется такая же огромнейшая (вколичественном эквиваленте) вычислительная техника? Поэтому не удивительно, чтоNASA тратит огромное состояние на так называемый парк компьютерной техники.
В момент скрещивания космонавтики с информационными технологиями развитие итого и другого было весьма ограниченным. А потому симбиоз данных структур далзначимый толчок в прогрессе как "звездной" техники, так и наземной. За последниедвадцать с копейками лет рынок предложил NASA и сопутствующим организациямогромнейший выбор так называемых готовых COTS-систем (Commercial Off-The-Shelf).По сути их "железная" часть ни в чем не уступает той, что используется в обычныхдискретных компьютерах. Только вот на первый план выходит не максимальныйпараметр вычислительной мощности, а надежность, надежность и еще раз надежность.На сегодняшний день МКС насчитывает больше сотни управляющих электронных систем.Причем часть компьютеров находится снаружи станции (в специальных герметичныхотсеках), то есть в открытом космосе.
Например, к таковым относятся ЭВМ по управлению лопастями солнечных батарей ироботизированной техникой. Данные "десктопы" совершенно не похожи на их земныхсобратьев. Естественно, там нет HID’ов и графических компонентов. Все компьютерысобираются в стандартизированных корпусах (крейтах), которые с помощью опять жеспециальных интерфейсов подключаются к магистрально-модульной системе. Даннаятехнология выбрана не случайно. В местах повышенной радиации (особенно снаружи)происходят частые отказы компьютеров. В среднем за год на МКС приходится менятьпорядка двадцати единиц вычислительной техники. А потому квалифицированныйкосмонавт еще является и настоящим техноманьяком.
Основой всех модульных компьютеров МКС и по сей день является процессор Intel386. Данный "камень" к моменту создания орбитальной станции как разсоответствовал уровню производительности. Сегодня назвать его героем ночныхсказок техноманов язык не повернется, но в 1985 году 32-битный чип произвелфурор. Частота "триста восемьдесят шестого" составляла колоссальные 40 МГц. Приэтом микронный техпроцесс позволял не использовать охлаждение для устройства.Помимо звездного "камешка" Intel большинство крейтов дополнительно снабженычипами, выполняющими определенную работу. Например, в центральном постеуправления космические десктопы оснащены математическим сопроцессором,увеличенным объемом памяти, а также дополнительным (читай – аварийным) блокомпитания.
Но главное "оружие" МКС всегда должно находиться в руках экипажа станции.Именно поэтому все члены космического "дома" имеют переносные ноутбуки. Еслираньше звездные корабли были нашпигованы электронными приборами, рукояткамипереключателей и аварийными клавишами, то сегодня помещение МКС напоминаетгладкие полупустые туннели с большим количеством цифровых панелей, к которымподключается лэптоп. Управление основными модулями станции производится толькоза счет мобильных гаджетов. Причем возможность переноса ноута в различные частиМКС позволяет отдавать команды станции не только из центрального постауправления, а из любого места, оборудованного должными интерфейсами. Причинойиспользования лэптопов в космосе стала не только их природная мобильность. Делов том, что подобные устройства легко модернизировать или же вовсе заменить. Еслиаппаратная начинка МКС остается неизменной, то "железо" космобука, в зависимостиот сложности программного обеспечения, меняется при необходимости. Такой подходпозволяет не менять "внутренности" станции десятилетиями, лишь периодическиобновляя парк мобильных девайсов.
IBM на орбите
Появление первых лэптопов состоялось в 1993 году, когда компания IBM ипринадлежащее ей отделение, занимающееся лэптопами, заключило договор с NASA напоставку своих мощных девайсов серии ThinkPad. По своим аппаратнымхарактеристикам ноутбуки были весьма и весьма продвинуты. Обеспечение такимиустройствами космических Шаталов облегчило бы работу астронавтов на орбите. Внедрах корпуса первых "космических лэптопов" лежал мобильный процессор Inteli386, 8 Мбайт оперативной памяти и жесткий диск на несколько десятков мегабайт.Компьютеры зарекомендовали себя с лучшей стороны и прослужили астронавтам вплотьдо конца 90-х годов, когда на смену пришло первое обновление. Ты навернякаспросишь, как астронавты умудрялись работать на ноутбуках с 386 процессором напротяжении семи лет? Все очень просто – несмотря на некоторое устаревание,данные ноутбуки были предназначены прежде всего для сбора данных и управленияотдельными элементами космического оборудования, а с этой задачей онисправлялись на все сто. Не было веселеньких ресурсоемких утилит, требовательныхграфических оболочек. И поскольку мощности для повседневных задач в космосехватало сполна, а сами устройства казались оплотами надежности, астронавтампопросту не требовалось ничего большего – лэптопы работали прекрасно, да иоборудование было заточено под программное обеспечение стареньких ThinkPad.
Апгрейд в космосе
Однако время шло, и банальный износ ноутбуков ThinkPad первого поколения могповлиять на успех работы в космосе. В 2000 году было принято решение полностьюпроапгрейдить мобильный парк линейки ThinkPad на более современные аналоги.Новинки были установлены на МКС, которая к тому времени уже получила системужизнеобеспечения, и в ней могли оставаться астронавты. Навороченные по темвременам ThinkPad, с процессором Pentium Mobile III, 128 мегабайтами оперативнойпамяти, HDD на 20 Гбайт и видеокартой ATI Rage, отправились на покорениекосмоса, где они используются и по сей день. В 2004 году однообразие старогомодельного ряда разбавили ноутбуки ThinkPad на платформе Centrino первогопоколения, с процессорами Pentium M, 512 Мбайт оперативной памяти и специальнойсборкой Windows XP.
На сегодняшний день готовится очередное обновление ноутбуков на МКС икосмических кораблях. Несмотря на то, что подразделение ThinkPad было в 2005году выкуплено у IBM компанией Lenovo, добрая традиция по производствукачественных и надежных ноутбуков линейки ThinkPad продолжается уже новымвладельцем. При этом развитие аппаратной и программной части ПК немногозамедлилось. За десять лет, в принципе, не поменялось ничего: Windows XPпродолжает активно функционировать и поставляется с львиной долей нетбуков;процессоры Intel Pentium III 800МГц до сих пор стоят во многих офисных машинах ипоказывают схожую с процессорами Atom 1660 МГц производительность, которой, впринципе, хватает для большинства современных задач. Если же вспомнить период сконца 80-х по конец 90-х за аналогичный промежуток времени, то темп развитиямикроэлектроники был значительно выше, потому как в 2000 уже практически неиспользовалась операционная система DOS, а микропроцессор i386 для "домашних"задач полностью устарел и не был бы пригоден. Именно поэтому функционирующие наорбите ноутбуки ThinkPad еще не один год будут служить на благо развитиякосмоса. Их постепенно будут вытеснять более новые и совершенные модели, и можнос определенной уверенностью заявить, что сотрудничество Lenovo и NASAпродолжится и дальше – уж слишком хорошо ноутбуки ThinkPad себя зарекомендовали.
Отсюда вытекает ряд интересных особенностей. Если первоначально инновационныекомпьютерные технологии широко применялись в космосе, то сегодня темпзначительно замедлился. За ненадобностью. Приложениям для управления того же МКСдостаточно ресурсов для удержания ситуации под контролем. Нам же, техноманьякам,подавай шестиядерные процессоры, гигабайты оперативной памяти и нескольковидеокарт. Только вот надежность космических устройств не идет ни в какоесравнение с наземными аналогами.
Круче только яйца
Используемые в космосе ноутбуки совсем не те, что продаются в магазинах.Купив современный Lenovo ThinkPad с процессором Core i5, мы не получим того жеуровня надежности, который получают космонавты и астронавты. В основу любого"звездного" лэптопа входит жесткий защитный каркас из композитных материаловRoll-cage. Он достаточно легкий и при этом невероятный прочный. Благодаряиспользованию этого каркаса из смеси углеродистого и стеклянного волокнаноутбуки ThinkPad могут выдержать падение с высоты под два метра или давлениевесом в сто килограммов. Кроме того, в таких космогаджетах используетсяспециальная система защиты жесткого диска, состоящая из четырех элементов.Помимо оговоренного каркаса Roll-cage, снижающего вероятность поврежденияноутбучного "железа" на 30%, применяется система Active Protection System,смягчающая демпфирующие пластиковые направляющие, и кожух из металлическойсетки. Технология Active Protection System представляет собой специальный чип,распаянный на материнской плате. Он отслеживает все колебания на ноутбуке, и вслучае если происходит сильный толчок или вибрация, в течении 500 миллисекундчип подаст сигнал на остановку записи и чтения на HDD, тем самым предотвративпотерю данных. Демпфирующие пластины нужны для того, чтобы HDD был плотнее зажатв корпусе ноутбука, избегая излишних вибраций. Они служат амортизаторами принебольших толчках и обеспечивают до 40% более эффективную защиту, нежелианалогичные пластины в обычных ноутбуках. Наконец, последним рубежом при защитеHDD является плотная металлическая сетка, окутывающая накопитель. Она оберегаетжесткий диск от запыления и предотвращает накапливание статическогоэлектричества. За охлаждение этих специальных ThinkPad отвечает мощная систематермоконтроля, включающая в себя несколько тепловых трубок, по которым "бегает"специальная жидкость. Дополнительно система охлаждается четырехскоростнымвентилятором с датчиком температуры, который тщательно следит за термальнымрежимом и в случае чего увеличивает обороты "карлсона".
Почему не Apple?
Американская нация буквально помешана на продукции Apple, и, без сомнения,"надкусанные яблочки" стали национальным брендом (если не бзиком). Почему же вкосмос не полетели симпатичные MacBook? Точного ответа у нас нет, однако можнопредположить, что в начале 90-х продукция IBM казалась надежнее. Ну а дальше всепонеслось снежным комом – программы, написанные под x86-совместимые процессорыi386, было бы затруднительно портировать на MacBook с процессором совершеннодругой архитектуры – PowerPC. Именно поэтому ничего менять так и не решились, ивновь отдали предпочтение именно ThinkPad, а не продукции старины Стива.Огромные программные базы, оставшиеся с первого поколения ThinkPad, без проблембыли запущены (впоследствии и дополнены) и расширены на современных моделях сIntel Pentium III и Intel Pentium M. Вот поэтому Apple MacBook – это устройстваскорее стильные и гламурные, нежели максимально защищенные и приспособленные кэкстремальным условиям. А в космосе, как и в хоккее, нет места "слабым звеньям".
Космическая паутина
Очевидно, что большое количество компьютерной техники на станции МКС должнобыть как-то связано. А потому кораблю жизненно необходима целостная сетеваяструктура с определенной уровневой архитектурой.Первый уровень отвечает зауправление в масштабах МКС. При этом и здесь предусмотрено разделение нанесколько каналов. Имеется основной, резервный и запасной. Как видишь,надежность – опять-таки главный критерий космических технологий. В любой моментвремени космонавт может подключить рабочий ноутбук к первому сетевому уровню.Вторая ступень архитектуры управляет модулями корабля, а также определеннымиподсистемами (электропитание, термоконтроль). Наконец, последний, третий уровеньотвечает за показания датчиков с бортовых механизмов станции.
Вся архитектура основана на наборе стандартных шин обмена информации. Насегодняшний момент используется двухканальный интерфейс MIL1553B. Один каналработает, другой подстраховывает в случае отказа первого.
Заходим на посадку
Вот и получается, что если на поверхности Земли гонятся за вычислительноймощностью, то на ее орбите – за надежностью. Будто бы "железо" в космосе живетсвоей неспешной жизнью. Если у жителей голубой планеты практически в каждом домеесть десктоп в разы производительнее того же IBM ThinkPad, то на МКС это неглавное. Быть может, именно из-за "слабости" компьютерных компонентов мы покаеще не начали столь масштабные межпланетные путешествия. Но если сравнитьисторию космонавтики с развитием компьютерных технологий, то от первого полетаЮрия Алексеевича Гагарина до наших дней прошло всего 59 лет. Так что естьопределенная доля оптимизма в надежде на то, что в будущем человеческая расаобязательно увидит новые, загадочные и безумно интересные миры.
В кармане космонавта
Помимо привычных всем ноутбуков в космосе также использовались и болеекомпактные персональные электронные устройства. В 2004 году компания HP подоговору с NASA оснастила астронавтов своими карманными компьютерами HP iPAQh5500. Данные устройства поступили на борт МКС в количестве двух штук ииспользовались по их прямому назначению – на них астронавты и космонавтывели дневники, следили за календарем, использовали КПК для проверкиэлектронной почты. Конечно же, все человеческое ребятам с МКС не чуждо,поэтому карманные компьютеры они также использовали для прослушиванияMP3-музыки, просмотра семейных фотографий и чтения электронных книг.
Компьютеры в космосе
Компьютеры в космосе
12.04.2011 20:36
Многие из нас были в восторге от фильмов про небо, звезды, галактику. А чего только стоила сага о звездных войнах! Но сейчас не об этом. Помните космические корабли на голубых экранах? Сколько там было кнопок, какие компьютеры ими управляли! Но… Это всего лишь кино, а реальность, она немного иная…
На самом деле, космическому кораблю не нужно быть «мега умным». У ракеты одна цель – взлететь на орбиту. А чтобы удержать сей аппарат на лету, нам вовсе не требуется выполнять сто миллиардов операций в секунду. Ракете нужны безумно мощные двигатели, а система, всего лишь, должна удерживать правильный курс. К тому же, компьютер для космического корабля должен быть гипер надежным, а не гипер быстрым.
При первом полете человека в космос, на борту корабля присутствовал всего один компьютер. Он отвечал за возвращение на Землю. Компьютер был заблокирован и мог использоваться товарищем Гагариным в крайнем случае. Чтобы Юрий Алексеевич мог вмешаться в работу куска железа, ему надо было открыть конверт с кодом, который был спрятан в капсуле где-то на корабле. Собсно, чтобы найти капсулу, космонавту следовало получить «добро» от начальства с Земли. Мило.
Первым американцам в космосе пришлось хуже. Астронавты Mercury 7 путешествовали в жестяных банках, у которых на борту вообще не было компьютера. В случае возникновения аварийной ситуации, ребята должны были полагаться на радиоинструкции, т.к. все вычислительные операции производились в центре управления полетом на нашей планете.
Но это было в дни горячей космической гонки. Что сегодня?
Расчеты, которые необходимо сделать, чтобы попасть в космос, не изменились. Изменились компьютеры. Но посмотрим на AP-101от IBM, который используется в Space Shuttle. Его высокая производительность не могла не поражать. Сегодня он до сих пор превосходит многие микропоцессоры и до сих пор остается при службе (в частности, на космическом корабле). Формула проста: процессор сертифицирован, работает, и экономит финансы, исключая тестирование и получения новых сертификатов для более последних моделей аппаратного обеспечения.
Даже у International Space Station меньше «мозгов», нежели мы думали. Нет, мы не хотим сказать, что космические корабли летают на устаревшем аппаратном обеспечении. Большая часть функционала переходит в специальные лэптопы, которые берут с собой космонавты.
Что на счет использования в космосе более нового аппаратного обеспечения, здесь существует свой большой минус. Более новые процессоры в буквальном смысле «жрут энергию», а ее на космическом корабле не так уж и много. В кино, конечно, все не так. Герои используют экзотические источники питания, гоняя по всей вселенной. Нам остается подождать. Возможно, уже скоро Intel или IBM придумает некую альтернативу и облегчит жизнь на Марсе приблизит галактические маршруты чуточку ближе.
www.rootfront.com
Компьютеры в космосе | Космос и жизнь
Вы когда-нибудь слышал о том, какие компьютеры астронавты NASA используют в космосе? Информация об этом если и мелькала в СМИ, то мимолетно. Естественно, рожденным ползать не слишком много рассказывали об этом. А между тем космические станции требуют самого лучшего и надежного "железа", оборудованного по последнему слову техники. Поэтому требования к компьютерам, которые астронавты используют в Шатлах и на МКС, максимально ужесточены. Какой производитель оказался достойнее всех и зарекомендовал себя с лучшей стороны?Земля в иллюминатореНо перед тем как перейти к конкретным примерам, неплохо бы познакомиться непосредственно с космическим "домом". На сегодня он один - орбитальная международная космическая станция (МКС).
Вот так вот выглядит типичный крейт
Тривиально звучит, но кому, как не огромнейшей махине, зависшей в невесомости, требуется такая же огромнейшая (в количественном эквиваленте) вычислительная техника? Поэтому не удивительно, что NASA тратит огромное состояние на так называемый парк компьютерной техники.В момент скрещивания космонавтики с информационными технологиями развитие и того и другого было весьма ограниченным. А потому симбиоз данных структур дал значимый толчок в прогрессе как "звездной" техники, так и наземной. За последние двадцать с копейками лет рынок предложил NASA и сопутствующим организациям огромнейший выбор так называемых готовых COTS-систем (Commercial Off-The-Shelf). По сути их "железная" часть ни в чем не уступает той, что используется в обычных дискретных компьютерах. Только вот на первый план выходит не максимальный параметр вычислительной мощности, а надежность, надежность и еще раз надежность. На сегодняшний день МКС насчитывает больше сотни управляющих электронных систем. Причем часть компьютеров находится снаружи станции (в специальных герметичных отсеках), то есть в открытом космосе.Например, к таковым относятся ЭВМ по управлению лопастями солнечных батарей и роботизированной техникой. Данные "десктопы" совершенно не похожи на их земных собратьев. Естественно, там нет HID'ов и графических компонентов. Все компьютеры собираются в стандартизированных корпусах (крейтах), которые с помощью опять же специальных интерфейсов подключаются к магистрально- модульной системе. Данная технология выбрана не случайно. В местах повышенной радиации (особенно снаружи) происходят частые отказы компьютеров. В среднем за год на МКС приходится менять порядка двадцати единиц вычислительной техники. А потому квалифицированный космонавт еще является и настоящим техноманьяком.Основой всех модульных компьютеров МКС и по сей день является процессор Intel 386. Данный "камень" к моменту создания орбитальной станции как раз соответствовал уровню производительности. Сегодня назвать его героем ночных сказок техноманов язык не повернется, но в 1985 году 32-битный чип произвел фурор. Частота "триста восемьдесят шестого" составляла колоссальные 40 МГц. При этом микронный техпроцесс позволял не использовать охлаждение для устройства. Помимо звездного "камешка" Intel большинство крейтов дополнительно снабжены чипами, выполняющими определенную работу. Например, в центральном посте управления космические десктопы оснащены математическим сопроцессором, увеличенным объемом памяти, а также дополнительным (читай - аварийным) блоком питания.Но главное "оружие" МКС всегда должно находиться в руках экипажа станции. Именно поэтому все члены космического "дома" имеют переносные ноутбуки. Если раньше звездные корабли были нашпигованы электронными приборами, рукоятками переключателей и аварийными клавишами, то сегодня помещение МКС напоминает гладкие полупустые туннели с большим количеством цифровых панелей, к которым подключается лэптоп. Управление основными модулями станции производится только за счет мобильных гаджетов. Причем возможность переноса ноута в различные части МКС позволяет отдавать команды станции не только из центрального поста управления, а из любого места, оборудованного должными интерфейсами. Причиной использования лэптопов в космосе стала не только их природная мобильность. Дело в том, что подобные устройства легко модернизировать или же вовсе заменить. Если аппаратная начинка МКС остается неизменной, то "железо" космобука, в зависимости от сложности программного обеспечения, меняется при необходимости. Такой подход позволяет не менять "внутренности" станции десятилетиями, лишь периодически обновляя парк мобильных девайсов. IBM на орбитеПоявление первых лэптопов состоялось в 1993 году, когда компания IBM и принадлежащее ей отделение, занимающееся лэптопами, заключило договор с NASA на поставку своих мощных девайсов серии ThinkPad. По своим аппаратным характеристикам ноутбуки были весьма и весьма продвинуты. Обеспечение такими устройствами космических Шаталов облегчило бы работу астронавтов на орбите. В недрах корпуса первых "космических лэптопов" лежал мобильный процессор Intel i386, 8 Мбайт оперативной памяти и жесткий диск на несколько десятков мегабайт. Компьютеры зарекомендовали себя с лучшей стороны и прослужили астронавтам вплоть до конца 90-х годов, когда на смену пришло первое обновление. Ты наверняка спросишь, как астронавты умудрялись работать на ноутбуках с 386 процессором на протяжении семи лет? Все очень просто - несмотря на некоторое устаревание, данные ноутбуки были предназначены прежде всего для сбора данных и управления отдельными элементами космического оборудования, а с этой задачей они справлялись на все сто. Не было веселеньких ресурсоемких утилит, требовательных графических оболочек. И поскольку мощности для повседневных задач в космосе хватало сполна, а сами устройства казались оплотами надежности, астронавтам попросту не требовалось ничего большего - лэптопы работали прекрасно, да и оборудование было заточено под программное обеспечение стареньких ThinkPad. Апгрейд в космосеОднако время шло, и банальный износ ноутбуков ThinkPad первого поколения мог повлиять на успех работы в космосе. В 2000 году было принято решение полностью проапгрейдить мобильный парк линейки ThinkPad на более современные аналоги. Новинки были установлены на МКС, которая к тому времени уже получила систему жизнеобеспечения, и в ней могли оставаться астронавты. Навороченные по тем временам ThinkPad, с процессором Pentium Mobile III, 128 мегабайтами оперативной памяти, HDD на 20 Гбайт и видеокартой ATI Rage, отправились на покорение космоса, где они используются и по сей день. В 2004 году однообразие старого модельного ряда разбавили ноутбуки ThinkPad на платформе Centrino первого поколения, с процессорами Pentium M, 512 Мбайт оперативной памяти и специальной сборкой Windows XP.На сегодняшний день готовится очередное обновление ноутбуков на МКС и космических кораблях. Несмотря на то, что подразделение ThinkPad было в 2005 году выкуплено у IBM компанией Lenovo, добрая традиция по производству качественных и надежных ноутбуков линейки ThinkPad продолжается уже новым владельцем. При этом развитие аппаратной и программной части ПК немного замедлилось. За десять лет, в принципе, не поменялось ничего: Windows XP продолжает активно функционировать и поставляется с львиной долей нетбуков; процессоры Intel Pentium III 800МГц до сих пор стоят во многих офисных машинах и показывают схожую с процессорами Atom 1660 МГц производительность, которой, в принципе, хватает для большинства современных задач. Если же вспомнить период с конца 80-х по конец 90-х за аналогичный промежуток времени, то темп развития микроэлектроники был значительно выше, потому как в 2000 уже практически не использовалась операционная система DOS, а микропроцессор i386 для "домашних" задач полностью устарел и не был бы пригоден. Именно поэтому функционирующие на орбите ноутбуки ThinkPad еще не один год будут служить на благо развития космоса. Их постепенно будут вытеснять более новые и совершенные модели, и можно с определенной уверенностью заявить, что сотрудничество Lenovo и NASA продолжится и дальше - уж слишком хорошо ноутбуки ThinkPad себя зарекомендовали.Отсюда вытекает ряд интересных особенностей. Если первоначально инновационные компьютерные технологии широко применялись в космосе, то сегодня темп значительно замедлился. За ненадобностью. Приложениям для управления того же МКС достаточно ресурсов для удержания ситуации под контролем. Нам же, техноманьякам, подавай шестиядерные процессоры, гигабайты оперативной памяти и несколько видеокарт. Только вот надежность космических устройств не идет ни в какое сравнение с наземными аналогами.Круче только яйцаИспользуемые в космосе ноутбуки совсем не те, что продаются в магазинах. Купив современный Lenovo ThinkPad с процессором Core i5, мы не получим того же уровня надежности, который получают космонавты и астронавты. В основу любого "звездного" лэптопа входит жесткий защитный каркас из композитных материалов Roll-cage. Он достаточно легкий и при этом невероятный прочный. Благодаря использованию этого каркаса из смеси углеродистого и стеклянного волокна ноутбуки ThinkPad могут выдержать падение с высоты под два метра или давление весом в сто килограммов. Кроме того, в таких космогаджетах используется специальная система защиты жесткого диска, состоящая из четырех элементов. Помимо оговоренного каркаса Roll-cage, снижающего вероятность повреждения ноутбучного "железа" на 30%, применяется система Active Protection System, смягчающая демпфирующие пластиковые направляющие, и кожух из металлической сетки. Технология Active Protection System представляет собой специальный чип, распаянный на материнской плате. Он отслеживает все колебания на ноутбуке, и в случае если происходит сильный толчок или вибрация, в течении 500 миллисекунд чип подаст сигнал на остановку записи и чтения на HDD, тем самым предотвратив потерю данных. Демпфирующие пластины нужны для того, чтобы HDD был плотнее зажат в корпусе ноутбука, избегая излишних вибраций. Они служат амортизаторами при небольших толчках и обеспечивают до 40% более эффективную защиту, нежели аналогичные пластины в обычных ноутбуках. Наконец, последним рубежом при защите HDD является плотная металлическая сетка, окутывающая накопитель. Она оберегает жесткий диск от запыления и предотвращает накапливание статического электричества. За охлаждение этих специальных ThinkPad отвечает мощная система термоконтроля, включающая в себя несколько тепловых трубок, по которым "бегает" специальная жидкость. Дополнительно система охлаждается четырехскоростным вентилятором с датчиком температуры, который тщательно следит за термальным режимом и в случае чего увеличивает обороты "карлсона". Почему не Apple?Американская нация буквально помешана на продукции Apple, и, без сомнения, "надкусанные яблочки" стали национальным брендом (если не бзиком). Почему же в космос не полетели симпатичные MacBook? Точного ответа у нас нет, однако можно предположить, что в начале 90-х продукция IBM казалась надежнее. Ну а дальше все понеслось снежным комом - программы, написанные под x86-совместимые процессоры i386, было бы затруднительно портировать на MacBook с процессором совершенно другой архитектуры - PowerPC. Именно поэтому ничего менять так и не решились, и вновь отдали предпочтение именно ThinkPad, а не продукции старины Стива. Огромные программные базы, оставшиеся с первого поколения ThinkPad, без проблем были запущены (впоследствии и дополнены) и расширены на современных моделях с Intel Pentium III и Intel Pentium M. Вот поэтому Apple MacBook - это устройства скорее стильные и гламурные, нежели максимально защищенные и приспособленные к экстремальным условиям. А в космосе, как и в хоккее, нет места "слабым звеньям". Космическая паутинаОчевидно, что большое количество компьютерной техники на станции МКС должно быть как-то связано. А потому кораблю жизненно необходима целостная сетевая структура с определенной уровневой архитектурой.Первый уровень отвечает за управление в масштабах МКС. При этом и здесь предусмотрено разделение на несколько каналов. Имеется основной, резервный и запасной. Как видишь, надежность - опять-таки главный критерий космических технологий. В любой момент времени космонавт может подключить рабочий ноутбук к первому сетевому уровню. Вторая ступень архитектуры управляет модулями корабля, а также определенными подсистемами (электропитание, термоконтроль). Наконец, последний, третий уровень отвечает за показания датчиков с бортовых механизмов станции.Вся архитектура основана на наборе стандартных шин обмена информации. На сегодняшний момент используется двухканальный интерфейс MIL1553B. Один канал работает, другой подстраховывает в случае отказа первого. Заходим на посадкуВот и получается, что если на поверхности Земли гонятся за вычислительной мощностью, то на ее орбите - за надежностью. Будто бы "железо" в космосе живет своей неспешной жизнью. Если у жителей голубой планеты практически в каждом доме есть десктоп в разы производительнее того же IBM ThinkPad, то на МКС это не главное. Быть может, именно из-за "слабости" компьютерных компонентов мы пока еще не начали столь масштабные межпланетные путешествия. Но если сравнить историю космонавтики с развитием компьютерных технологий, то от первого полета Юрия Алексеевича Гагарина до наших дней прошло всего 59 лет. Так что есть определенная доля оптимизма в надежде на то, что в будущем человеческая раса обязательно увидит новые, загадочные и безумно интересные миры. В кармане космонавтаПомимо привычных всем ноутбуков в космосе также использовались и более компактные персональные электронные устройства. В 2004 году компания HP по договору с NASA оснастила астронавтов своими карманными компьютерами HP iPAQ h5500. Данные устройства поступили на борт МКС в количестве двух штук и использовались по их прямому назначению - на них астронавты и космонавты вели дневники, следили за календарем, использовали КПК для проверки электронной почты. Конечно же, все человеческое ребятам с МКС не чуждо, поэтому карманные компьютеры они также использовали для прослушивания MP3- музыки, просмотра семейных фотографий и чтения электронных книг.
Источник: Хакер Online
in-space.info
Компьютеры космической станции
Международная космическая станция — сложнейший орбитальный комплекс, собираемый из космических объектов-модулей, которые создаются в различных странах, выводятся на орбиту в различное время различными носителями, но образуют на орбите единый сложный динамический объект с едиными параметрами движения, единой внутренней средой, множеством единых внутренних ресурсов (электропитание, топливо, газы и т.д.) и единым экипажем.
Такой сложный динамический объект требует постоянного управления, контроля и поддержания заданных параметров по множеству контуров управления. Естественно, учитывая ограниченность численности экипажа, необходимость максимального использования экипажа для выполнения научных экспериментов в космосе, были предприняты все усилия для максимальной автоматизации процессов функционирования бортовых систем станции, поддержания параметров внутренней среды и заданной динамики полета. Все эти задачи максимально возложены на бортовые компьютерные системы.
При завершении строительства станции на борту будет более ста управляющих компьютеров, которые будут контролировать более 30000 параметров бортовых систем и внутренней и внешней окружающей среды. Часть этих компьютеров располагается внутри станции, в герметизированных отсеках, а часть снаружи, в условиях открытого космоса, — например, компьютеры управления ориентацией панелей солнечных батарей (которые в свою очередь имеют площадь, соизмеримую с футбольным полем!) или компьютеры роботизированных транспортных систем и манипуляторов.
Так как большинство процессов, происходящих на станции, взаимосвязано, станционным компьютерам приходится постоянно обмениваться информацией друг с другом по специальным бортовым информационным сетям, проложенным через все модули МКС.
Ответственность задач, возлагаемых на бортовые компьютерные системы МКС, сложность орбитального комплекса, растянутая во времени этапность строительства МКС, необходимость интеграции на борту в реальном времени сложнейших программных систем, разработанных многочисленными коллективами специалистов в различных странах, потребовали создания достаточно сложной отказоустойчивой иерархической архитектуры бортовой вычислительной системы МКС.
На вершине этой архитектуры находится целая система компьютеров интерфейса с экипажем. Международная космическая станция по своему внутреннему интерьеру значительно отличается от космических кораблей предыдущих поколений. Если ранее внутренний интерьер космического корабля характеризовался огромным числом различных приборов, табло, индикаторов, ручек переключателей, то теперь, например, основной модуль американского сегмента МКС выглядит как широкий коридор с гладкими стеновыми панелями, в которых тут и там расположены гнезда для подключения переносных портативных компьютеров — лаптопов.
Все управление станцией, ее бортовыми системами со стороны экипажа осуществляется только через переносные компьютеры интерфейса экипажа (в принципе, по аппаратной части это обычные ноутбуки, но со специальным программным обеспечением), которые могут быть подключены к бортовой вычислительной сети станции в любом модуле любым членом экипажа. Станция управляется с помощью так называемых "программных переключателей", расположенных на графических дисплеях компьютеров интерфейса экипажа (рис. 3). Член экипажа с основной страницы, где изображены все модули станции в текущей конфигурации, переходит на страницу определенного модуля, затем на страницу определенной подсистемы модуля (например, управления атмосферой, термоконтроля, движением или электропитанием), оттуда получает доступ к информации и телеметрии по выбранной подсистеме и программным переключателям для управления данной подсистемой МКС. На эти же компьютеры выводится аварийно-предупредительная сигнализация (например, о пожаре или разгерметизации), что позволяет быстро установить источник тревоги и предпринять необходимые действия по ликвидации или локализации аварии. Компьютеры интерфейса экипажа легко переносятся по МКС, поэтому управление станцией может осуществляться не только с центрального поста управления, но и с любой точки подключения из любого модуля станции.
Другим важным преимуществом использования лаптопов является возможность их модификации. Станция рассчитана на эксплуатацию в течение десятков лет, и при необходимости на станцию могут быть доставлены новые, более мощные переносные компьютеры.
Переносные компьютеры на станции используются не только для управления бортовыми системами станции. На борту также разворачивается Ethernet-сеть вспомогательных компьютеров информационной системы, где находится необходимая экипажу техническая документация, планы работ, система инвентарного учета оборудования станции, бортовые тренажеры — симуляторы различных операций для поддержания навыков экипажа в течение длительного полета (например, операций сближения и стыковки или аварийного спуска на транспортном корабле), а также привычные для нас средства Microsoft Office для личной работы каждого члена экипажа, включая электронную почту для связи с Землей.
На борту МКС находятся также специальные лаптопы для медицинского контроля членов экипажа, для проведения научных экспериментов, для управления роботизированными комплексами, находящимися вне герметизированных отсеков. Так что каждый член экипажа даже на орбите значительную долю своего рабочего времени проводит в общении с компьютером.
Но космонавты взаимодействуют лишь с интерфейсными компьютерами экипажа, предназначенными только для установления связи экипажа с основной управляющей вычислительной системой МКС. Основные компьютеры, управляющие станцией, не видны экипажу, они находятся в запанельном пространстве, в различных стойках, около исполнительных механизмов — клапанов, двигателей, датчиков, и, как уже упоминалось, часть управляющих компьютеров находится снаружи станции — на фермах солнечных батарей, панелях терморегулирования, около антенн связи, на руке-манипуляторе, на транспортной тележке-роботе, двигающейся вдоль основной фермы станции (длиной более 100 метров).
Эти компьютеры мало похожи на привычные офисные РС — у них нет монитора, клавиатуры, мыши — только один системный блок, да и тот в специальном металлическом корпусе. Но специалисты по промышленной автоматизации сразу бы узнали привычный для них объект. Да, это магистрально-модульная система (рис. 5), т.е. крейт с объединительной шиной на задней стенке, в которую вставляются различные платы определенного формата — платы с процессорами, платы с накопителем информации на жестком диске, платы с устройствами подключения к сети, платы ввода-вывода дискретных сигналов и преобразования дискретных сигналов в аналоговые и т. д.
Все управляющие компьютеры Международной космической станции максимально стандартизованы, например, в рамках Американского сегмента МКС они собраны по единому стандарту в однотипных крейтах, отличающихся только размером и максимальным количеством плат, которые в них могут быть вставлены. Процессорная плата космического компьютера стандартна, она выполнена на процессоре Intel 386, который, в настоящее время, конечно, не является чемпионом по производительности, но этот выбор объясняется тем, что быстродействия данного процессора достаточно для выполнения требуемых задач, он потребляет меньше электроэнергии и выделяет меньше тепла, чем самые современные процессоры, и умещается на заданной площади процессорной платы. Некоторые из космических компьютеров выполняются в расширенной модификации: имеют математический сопроцессор, дополнительную оперативную память, более мощный источник питания и, возможно, дополнительный накопитель на жестком диске.
Список литературы
http://cosmos.ucoz.ru/publ/kompjutery_v_kosmose/121
http://works.tarefer.ru/69/100940/index.html
http://www.ekostat.ru/stati/200/
studfiles.net
Компьютеры в космосе | CyberSolution
Степень компьютеризации космических кораблей, как и всего остального в нашем мире, непрерывно растет. На смену сотням управляющих панелей с кнопками приходят ноутбуки, которые космонавты могут подключить в любом месте МКС и получить нужные данные, или отдать команду. Конечно, это не совсем обычные ноутбуки и бортовые компьютеры, и, хотя все чаще на борту используется серийная техника, у нее есть целый ряд интересных особенностей.
Конструкция
Если непосвященному человеку показать современный (да и старый, кстати, тоже) компьютер для управления космическим кораблем, то он будет разочарован. Невзрачный увесистый металлический ящик, из которого выходят пара-тройка разноцветных разъемов. И всё. Ни тебе USB, ни монитора, даже кнопок управления зачастую нет. И выглядит всё как-то «консервативно». На первом месте стояла и всегда стоит надежность системы. Благодаря магистрально-модульной конструкции, каждый блок – будь то процессор, память или система ввода-вывода, может быть легко извлечен из компьютера и заменен на аналогичный. Поэтому ремонт проходит быстро и без трудоемких операций. Это важно, поскольку космическая радиация значительно влияет на электронику, провоцируя отказы. Компьютеров на МКС много, часть из них закреплена вне корпуса, и для их ремонта приходится выходить в открытый космос. Всего за год приходится ремонтировать около 20 компьютеров.
Производительность
Типовой «рабочей лошадкой» на орбите сегодня является процессор Intel 386, хорошо знакомый людям постарше по домашним компьютерам двадцатилетней давности. Его производительность сегодня кажется скромной, но это дело спорное. Чаще всего гигантская вычислительная мощь современных процессоров используется для плавной и красивой отрисовки интерфейса, потрясающей графики в играх. Но практические задачи космоса обычно можно решать скромными ресурсами. Ведь на куда более слабых машинах проектировались лунные экспедиции! Основной причиной «отсталости» космических компьютеров является довольно долгое время создания таких систем. Порой на них уходит не один десяток лет. Ещё на начальных этапах закладываются технические требования к компьютеру. Тогда же описывается и список задач перед будущей экспедицией. Конечно, всё это делается с учетом уже имеющихся на момент разработки и проверенных временем технологий. Дополнительным «бонусом» старого процессора является низкое энергопотребление, поскольку на орбите каждый ватт-час энергии на счету.
Простота – залог надежности
Несмотря на крайне сложную конструкцию космических аппаратов, в основе их бортовых компьютеров лежат модули, отвечающие за небольшой набор простых операций с предсказуемыми последствиями. Чем меньше задач выполняет конкретный модуль, тем меньше неприятных последствий может принести выход его из строя, тем проще понять, что с ним случилось. Что касается программного обеспечения, то оно должно быть предсказуемым. Специальные операционные системы реального времени устроены так, чтобы не проявлять лишнюю инициативу, логика их работы предельно проста. Это увеличивает надежность и гарантирует молниеносную реакцию на внешние события. В отличие от Windows, которая иногда любит подумать полминутки, поработать с диском, космические ОС не тратят времени на самообслуживание. Специально написанные для космических кораблей программы тоже готовятся по строгим правилам, исключающим расточительное поведение приложения – память нужно выделять сразу и больше потом не просить, вхолостую процессор не нагружать, и так далее.
Патчи, обновления и охота на ошибки
Благодаря значительному запасу надежности, некоторые компьютеры работают в космосе уже более 40 лет! В мире нет ничего идеального, и написанный программистом код может содержать ошибку, несмотря на все проверки. Проблема в том, что возможность отладить программу и как-то экспериментировать с компьютером, улетевшим на тысячи (а в случае с космическими зондами – многие миллионы) километров от Земли, очень ограничена. Поэтому основной метод поиска ошибок, если в космическом компьютере что-то пошло не так, – моделирование ситуации на точной копии компьютера, оставшейся на Земле. В качестве примера можно привести «перезагрузку» 40-летнего космического зонда «Вояджер-2», который по некоторым сведениям уже вышел за пределы Солнечной системы. В 2010 году в результате аппаратной неисправности он перестал передавать информацию, посылая вместо неё беспорядочные сигналы. Хорошо, что аналогичный компьютер имеется в лаборатории НАСА, отвечающей за полет этого зонда. Специалистам удалось смоделировать неисправность и понять, что дело в поврежденном участке памяти. После этого зонду по радио отправили самый натуральный патч – обновление программного обеспечения, учитывающее появившуюся аппаратную проблему. И работа продолжилась в штатном режиме. Видимо, ещё лет 40 этот зонд будет радовать нас своими новостями из глубокого космоса, пока его передатчик не достигнет предела мощности радиосигнала, после чего передачи и прервутся. Ну, или его поймают для своих исследований какие-нибудь зеленые человечки. 🙂 Подобной процедуре подвергался и марсоход «Спирит». Так что даже самая надежная система, как и обычный домашний компьютер, нуждается в профилактике и постоянном совершенствовании.
Информация не должна теряться
Космические полеты – это очень дорогостоящее мероприятие, вне зависимости от того, пилотируемые они или нет. Это исследования, к которым готовятся много лет, на которые работают тысячи людей и тратятся громадные бюджеты. И вполне естественно, что сбой в работе, приведший к потере всей накопленной информации – это крах всей многолетней работы! Чтобы его избежать, космические компьютеры должны иметь системы резервирования данных. И тоже многократные. Нередко при этом используются совершенно разные системы хранения. Например, одновременно применяются флэш-память и магнитный способ записи на пленку или проволоку. Хоть что-то, но должно остаться в целости и сохранности. Принцип аналогичен резервному копированию личной информации и домашних цифровых архивов, которые всегда очень жалко терять вследствие сбоя системы. А в космосе это ещё и непростительно. Слишком высока цена таких потерь.
Кусочек современности
Каждый член экипажа МКС пользуется обычным компьютером Lenovo ThinkPad, который можно подключать к специальной шине, чтобы управлять системами станции. Благодаря техническому прогрессу, сегодня космонавты могут пользоваться Интернетом и общаться с родными, но канал доступа к сети не прямой, а с промежуточным защитным буфером на Земле. К тому же для этого используется отдельный компьютер, никак не связанный с системами жизнеобеспечения станции. Как показала практика, последняя предосторожность совсем не лишняя – в 2007 году, уже в космосе, на лэптопе одного из космонавтов был обнаружен вирус Gammima, ворующий пароли от онлайн-игр. На тот момент, ноутбуки не были защищены антивирусом, но после инцидента в NASA задумались о том, что ситуацию пора менять.
Источник
РекламаИсточник
cybersolution.ru
Ноутбуки на МКС / Хабр
Инженер НАСА Роберт Фрост поделился ответом на этот вопрос. Когда станцию ещё только проектировали, было принято мудрое решение не использовать физические интерфейсы — их слишком сложно апгрейдить и чинить. Куда легче поставить ноутбуки, а если с ними что-нибудь случится, то ситуацию легко поправить переустановкой программ, перезаписью файлов или заменой ноутбука. Ноутбуки куда доступнее специализированных систем, поэтому не будет необходимости специально переучиваться базовому взаимодействию. За исключением критически важных систем, к примеру, вентиляционных клапанов, панелей связи и некоторых других устройств, всё управление станцией осуществляется с помощью ноутбуков. Всего на МКС их примерно 80, большая часть — это Lenovo Thinkpad T61P. Компьютеры не самые мощные: на них стоят процессоры Intel Core Duo, в эту модель можно поставить до 4 гигабайт ОЗУ. Но есть несколько совсем старых Lenovo A31p. Чтобы понять возраст этих машин: их сердцем является Pentium 4-M, процессор 2002 года.
Следующее легко счесть за рекламу, но это лишь факты. ThinkPad — единственный сертифицированный ноутбук для использования на МКС, в Lenovo это повторять просто обожают. Также в компании гордятся тем, что их ноутбуки являются основными у всех мировых космических агентств. Лэптопами ThinkPad на МКС пользуются с самого начала жизни станции, с 1998 года. С 1995 года ThinkPad слетали в космос на шаттлах более 50 раз.
Lenovo — китайская компания. При всей синофобии американской власти странного в этом ничего нет: брэнд ThinkPad на момент заключения контракта принадлежал IBM (корпорации из США), но был продан в 2005 году. Вполне вероятно, что в будущем будет больше проблем с регулирующими органами из-за страны происхождения ноутбуков.
Компьютеры для отправки в космос проходят разнообразные тесты: на радиацию, температуру, атмосферу, возгораемость. На них нанесена липучка для крепления. Кроме того, в системы их охлаждения внесён ряд изменений: горячий воздух в условиях микрогравитации вверх не поднимается, отличается и плотность воздуха. К ноутбуку прилагается адаптер для питания от бортовой сети в 28 вольт постоянного тока.
Установленное программное обеспечение зависит от решаемой задачи. На американском сегменте управление происходит с машинок под названием PCS (Portable Computer System, портативная компьютерная система). Обычно их 7. На ноутбуках запущен Linux, работа идёт через шину стандарта 1553 в качестве удалённого терминала.
В российском сегменте есть примерно столько же ноутбуков, которые в НАСА называют просто «российские ноутбуки». На них тоже крутится операционка на основе ядра Linux. С этих ноутбуков идёт управление российскими элементами станции.
У PCS и российских аналогов есть собственные графические интерфейсы, которые изображают МКС. Для управления достаточно просто кликнуть на модуль станции, а затем выбрать необходимый элемент. Интерфейсы отличаются, но они не настолько сложны для освоения, да и делать что-либо в чужой системе приходится редко.
Единого пользовательского интерфейса нет: своя система есть у 8 ноутбуков от Японского агентства аэрокосмических исследований, которые стоят в японских модулях, и у двух европейских лэптопов. Ещё есть примерно с десяток разных ноутбуков для различных операций.
Оставшиеся ноутбуки объединены в вычислительную сеть. Эти машинки называются Station Support Computers (SSC, компьютеры для поддержки станции), и они работают под Microsoft Windows. Как утверждает Фрост, более половины ноутов на борту работает под Windows, но к системе 1553 их не допускают. Предназначение этих компьютеров — ведение заметок, отсылка электронных писем, ведение видеоконференций, записи в блогах и микроблогах, просмотр данных, инвентаризация.
Если посмотреть на картинку до ката (она кликабельна и имеет размер ≈3.5 МиБ), то можно увидеть сразу три ноутбука. Самый близкий к голове Шеннон используется для мониторинга процедуры, которую она производит.
Тот, который выше и справа, и есть один из компьютеров SSC (компьютеры для личных целей), наверное, с него она читает график работ. Судя по заставке рабочего стола, на нём установлена Windows XP SP2. Это была экспедиция МКС-24, 2010 год, а Service Pack 3 вышел ещё в мае 2008. К слову о безопасности: в 2008 году из-за флэшки на компьютеры станции попал червь W32.Gammima.AG. В 2013 году была проведена миграция с Windows XP на Debian 6.
В правом нижнем углу фотографии расположен один из компьютеров PCS для управления станцией. Похоже, астронавтка переключилась на страницу шлюза. Экстренных предупреждений нет, есть только сообщение о небольших проблемах связи системы управления электропитанием.
Фотография также интересна несколькими интерфейсами самой МКС: над люком расположена панель системы предупреждения, справа от лица Шеннон — система радио- и внутренней связи. Несколько мониторов перед её лицом с помощью камер за бортом станции показывают процесс работы с манипулятором.
Статусный экран с обзором основных показателей объединённой системы американской MCS и российской СУДН (системы управления движением и навигации). Отсюда экипаж может контролировать любое устройство систем навигации и положения станции и задавать режимы работы программных и аппаратных средств двигателей. Конечно же, командование российским сегментом осуществляется с российских ноутбуков.
Некоторые документы об организации работ ноутбуков доступны на SpaceRef.
habr.com
Компьютеры особого назначения. Журнал «Компьютерра» № 33 от 11 сентября 2007 года
КОСМОС: Компьютеры особого назначения
Автор: Александр Бумагин
Минувшим летом на Международной космической станции случилось сразу несколько неприятностей, связанных с компьютерами. В июне компьютерный сбой нарушил работу российского сегмента МКС. В июле американцы обнаружили, что в одном из компьютеров, который должен был отправиться на станцию, перерезаны провода. В августе – вышел из строя один из управляющих компьютеров американского сегмента. Александр Бумагин попытался выяснить, что там все время ломается, и что это такое вообще – компьютеры для космоса.
Cловосочетание "компьютеры МКС" многие воспринимают абстрактно, для специалистов же это выражение вообще мало, что значит, так как на станции одновременно находятся десятки компьютеров, произведенных в разных странах по совершенно разным технологиям. Однако прежде чем переходить к частностям, стоит, наверное, пару слов сказать о том, как управляется МКС.
Станция – в большой степени, российско-американский проект – не имеет единого центра управления. С одной стороны, это увеличивает надежность и дает возможность каждой стране работать со своей, хорошо знакомой техникой, а с другой – трудно представить, что названные партнеры уступили бы друг другу в этом вопросе первенство [Политическая важность роли лидера в проекте привел и к тому, что из-за разногласий так и не ввели никакого названия для МКС: вариант «Альфа» отклонили мы, «Атлант» – американцы. Даже в системе координат, привязанной к станции, у нас по-разному направлены оси. Векторы у нас разные]. Есть два ЦУПа [И третий заработает, когда ЕКА запустит свой первый грузовой корабль ATV], в Москве (ЦУП-М) и в Хьюстоне (ЦУП-Х), которые, обмениваются телеметрическими и статусными данными друг с другом. ЦУП-М поддерживает связь с бортовым комплексом управления (БКУ) российского сегмента, получая с орбиты данные телеметрии и посылая в обратную сторону необходимые команды. То же самое происходит между ЦУП-Х и американским сегментом [В каждом из ЦУПов предусмотрены аварийные сектора управления не своим сегментом, на случай ЧП по другу сторону океана. В Хьюстоне дежурят наши специалисты, в Москве – американские]. Бортовые комплексы управления обоих сегментов обмениваются необходимыми данными между собой, при этом российский и американский комплексы устроены по-разному.
В российский БКУ входят Бортовая цифровая вычислительная система (БЦВС), Система управления движением и навигации (СУДН), Система управления бортовой аппаратурой (СУБА), Радиосистема управления и связи (РСУС), Система бортовых измерений (СБИ). Через РСУС идет обмен данными с Наземным комплексом управления (НКУ), с помощью СУБА осуществляется контроль над системами электроснабжения (СЭС), обеспечения жизнедеятельности (СОЖ), обеспечения теплового режима (СОТР), двигательной установкой (ДУ) и целевой аппаратурой. Транспортной магистралью между системами служит Бортовая кабельная сеть (БКС) [Да простится нам нагромождение аббревиатур в этом абзаце, но угловатость текста лишь подчеркивает сложность исследуемого предмета, ну а для упрощения к статье прилагается более наглядная схема. Кроме того, конечно же, перечислены вовсе не все системы и подсистемы, но расписывать их полное древо на полстатьи вряд ли разумно].
БЦВС стоит во главе всего БКУ. Ее ядром является та самая европейская система обработки данных (СОД) [Data Management System for Russian segment, DMS-R], с которой и произошли памятные проблемы. СМ «Звезда» является базовым модулем МКС именно потому, что СОД отвечает не только за функционирование российского сегмента, но и за многие аспекты работы станции в целом. СОД в значительной мере централизована. Главной на станции считается Центральная вычислительная машина (ЦВМ), которой должны помогать следить за отдельными системами в российском сегменте Терминальные вычислительные машины (ТВМ) в каждом модуле. Пока на станции одна ТВМ на СМ «Звезда» [Кроме того, для взаимодействия СОД с экипажем предусмотрено два пульта управления]. Таким образом, у ЦВМ и ТВМ задачи не одинаковы. ЦВМ отвечает за станцию и российский сегмент в целом, не отвлекаясь на задачи, выполняемые системами узкого назначения: для этого существует ТВМ. ЦВМ и ТВМ не имеют видеотерминалов, это управляющие вычислительные комплексы реального времени, которые функционируют во многом автономно.
МОДЕЛЬ ДЛЯ СБОРКИ
Даже планируя сборку домашнего ПК, мы часто выписываем желаемые комплектующие на листок бумаги (иногда виртуальный), прикидываем производительность, совместимость деталей, их стоимость и доступность замены в случае поломки или появления более совершенной замены. Аналогичная работа для компьютеров, установленных на СМ «Звезда», длилась не один год. Начало консультаций по этому вопросу между Россией и Европой пришлось на далекий 1992 год, когда планировалось запускать «МИР-2». Трудностей хватало. Европа не единое государство, и странам-участникам нужно было определиться со своим вкладом, а кроме того, европейцы рассчитывали использовать и в других своих аппаратах схожие компьютерные системы, что на их проектирование накладывало особый отпечаток. В России в 1990-х годах произошли памятные перемены, и в числе многих научных проектов закрылся и «МИР-2», а точнее, объединился с американской программой Freedom. Это также не могло не повлиять на итоговые спецификации. Только 1 марта 1996 года между ЕКА и Роскосмосом был подписан документ о взаимных обязательствах при создании СОД, основные работы по проектировке и производству которой велись немецкой компанией Daimler-Benz Aerospace Airbus (DASA).
На «Звезде» и «Заре» также работают более двух десятков так называемых устройств сопряжения (УС) – компьютеров, являющихся посредниками между ЦВМ/ТВМ и отдельными системами. УС могут самостоятельно поддерживать работу подконтрольных приборов в рамках, заданных центральными машинами (центральные машины, в свою очередь, имеют возможность в любой момент перехватить управление – при смене режимов, например, или при выводе сообщений об ошибках).
Структура американского сегмента иная. Единого компьютера, замыкающего все управление на себе, там нет и с большой натяжкой «главным» можно считать компьютер MDM C&C (Command and Control), отвечающий за связь между сегментами станции и Землей, а также за трансляцию управляющих команд. В узловом модуле Unity и лабораторном модуле Destiny так же, как и в российской части станции, обеспечивается работа множества приборов и систем, вот только управление это децентрализовано. В качестве управляющих компьютеров здесь используются так называемые мультиплексоры демультиплексоры (MDM). Можно сказать, что каждый компьютер американского сегмента занимается только своим делом, отсылая по сети необходимые для других систем данные и получая тем же путем нужную информацию из других частей станции и с Земли. Многие аналогичные системы в обоих сегментах станции работают или могут работать вместе (например, системы навигации и движения), и, как и было сказано ранее, обмен необходимой информацией идет чрез ЦВМ [ТВМ и GNC MDM (MDM, отвечающий за навигацию и управление движением в американском сегменте) связаны напрямую через отдельную шину].
Сеть на станции построена на базе мультиплексного канала ГОСТ В 26765-84 (аналог Mil-1553В – ну хоть здесь наши подходы совпали). К счастью или сожалению, но в работу многочисленных систем МКС должны вмешиваться члены экипажа, которые вооружены несколькими десятками портативных компьютеров. Некоторые из них имеют постоянное место и переносными считаются лишь номинально, а вот другие можно перемещать по станции и подключать к нужному оборудованию.
С 1998 года в российском сегменте исТЕОРИЯ космос Компьютеры особого назначения
пользовались четыре ноутбука Wiener PowerNote [Wiener – это российская торговая марка, принадлежащая компании R&K. Ноутбуков компания уже несколько лет не выпускает. Что же до «космических» ноутбуков, то никаких сомнений в том, что Wiener Power Note отправились в космос нет. Вопрос только в том, куда? Если верить новостям на сайте компании, то на станцию «Мир» в 1998 году. Если же верить немногочисленным публикациям на эту тему, то в 2003 году русские ноутбуки были уже на МКС. Отдельный вопрос: почему в космос полетели именно эти ноутбуки, а не какие-то другие? Никакой достоверной информации у нас на этот счет нет, однако логика подсказывает, что решение об отправке ноутбуков определенной компании может иметь, скорее, коммерческие причины – по крайней мере, если говорить об отправке ноутбуков с российской стороны (на МКС, кстати, могли оказаться и ноутбуки другого известного производителя, но в последний момент стороны не договорились). – Прим. ред.], но в основном, в обоих сегментах нашли применение модели IBM ThinkPad [Эти Thinkpad’ы по сравнению со своими земными аналогами кажутся выхолощенными – из них удалены средства беспроводной связи и такой бесполезный на орбите элемент как встроенный модем. Не в последнюю очередь сделано это, чтобы сократить энергопотребление портативных компьютеров до минимума] – 760XD в американском сегменте и 760ED – в российском. Учитывая конфигурацию (Pentium-166 с 64 Мбайт оперативной памяти), нет смысла удивляться тому, что производительности не хватало, и, порою, даже запуска нужного приложения приходилось ждать по несколько минут. Что касается операционной системы, то на лэптопах, входящих в группу Portable Computer System (PCS) и служащих для взаимодействия с бортовыми компьютерами, установлена ОС Solaris. Прочие лэптопы работали под Windows 98(SE). В 2003 году машины американского сегмента и три Wiener PowerNote у нас были заменены на IBM ThinkPad A31P [Pentium IV и Windows 2000; сохранен выбор в пользу Solaris для группы PCS].
КОМПЬЮТЕРЫ-ДУБЛЕРЫ
Так как ошибки компьютеров на орбите могут стоить очень дорого, то при работе вычислительных систем в обоих сегментах предусмотрено резервирование. Во всех (не только главных) компьютерах российского сегмента предусмотрена трехканальная система резервирования. Каждая ВМ состоит из трех изолированных друг от друга компьютеров, производящих все вычисления параллельно, а за единственный верный результат принимается тот, который получился как минимум у двух компьютеров из трех. В случае сбоя одного из компьютеров (или, как говорят, каналов) система переходит на режим работы с двумя компьютерами (двухканальная конфигурация), в случае сбоя двух – работает лишь один, и, наконец, при сбое всех трех каналов, вся система автоматически перезагружается и изначально устанавливается трехканальный режим работы. Подобные перезагрузки, свидетельствующие о сбое всех шести главных компьютеров ЦВМ и ТВМ, стали напастью во время памятной аварии. На американском сегменте (АС) свои порядки. Только для самых важных компьютеров АС предусмотрено тройное резервирование. Принцип его другой. Один из трех компьютеров управляет системой, другой включен и готов перехватить контроль, в случае сбоя с первой машиной (горячий резерв), а третий компьютер находится в холодном резерве, иначе говоря, выключен.
Раз уж мы коснулись начинки ноутбуков [А ведь у экипажа есть еще и наладонники HP iPAQ H5550, которые иногда более удобны в использовании, чем ноутбуки], самое время сделать круг и перейти к внутренним подробностям бортовых компьютеров. Здесь балом правят раритеты. ЦВМ и ТВМ весят около шести килограмм, но потребляют всего 49 Вт мощности. Они сконструированы на базе процессоров ER32, изготовленных по технологии SPARC V7 (32 разряда, 10 MIPS при 14 MГц, ОЗУ 8 Мбайт, ПЗУ 4 Мбайт).
Ошибочно, впрочем, полагать, что лучше и надежнее использовать новейшие решения. Старые процессоры изучены настолько, что все их особенности известны досконально. Кроме того, современные процессоры гораздо более уязвимы перед внешними излучениями, чем их предшественники [Во многих источниках упоминается, что старые процессоры более устойчивы к разного рода излучениям (что, конечно, правда), однако вряд ли именно эти соображения принимались в расчет при выборе конфигурации ноутбуков – в конце концов, ноутбуки работают внутри космической станции, в относительно безопасном окружении. Свой отпечаток на работу компьютеров на орбите накладывает и особый температурный режим: в условиях невесомости нет конвекции, а потому переработка системы охлаждения также является необходимым условием для типовых моделей, претендующих на отправку в космос. Наконец, техническое отставание портативных решений – результат обыкновенной инерции. Прежде чем решение об отправке на борт новой техники будет принято, нужно провести всестороннее тестирование, подготовить машины должным образом, убрав из них все лишнее. Если учесть, что для отправки в космос сознательно выбираются решения, "проверенные временем", то понятно, что к моменту доставки они успевают окончательно морально устареть].
К тому же, производительности используемых в СОД процессоров вполне достаточно: это только нас с вами можно «раскрутить» на очередной апгрейд ради неимоверно быстрой работы с текстовыми документами. ЦВМ и ТВМ спокойно работают под не слишком известной операционной системой VxWorks [Операционная система реального времени компании Wind River Systems. Аналогичные системы управляют, например, марсоходами Spirit и Oportunity, а также зондом Mars Reconnaissance Orbiter], не испытывая никаких эмоций при появлении на Земле Windows Vista.
Контроллеры отдельных систем российского сегмента представляют собой российские разработки УС-21 и УС-22 (микропроцессор М 8 °C186ЕВ; ОЗУ, ПЗУ и ЭППЗУ – 256 Кбайт, 256 Кбайт и 512 Кбайт соответственно; масса – 6,45 кг; потребляемая мощность – 24 Вт).
В NASA тоже исходят из принципов надежности и предсказуемости поведения электроники. И на Марс, и на орбиту посылаются приборы, основанные вовсе не на процессорах последних лет. Их MDM на МКС построены на базе процессора Intel 80386SX (12 MГц или 16 MГц с математическим сопроцессором [Неверно полагать, что 386-е процессоры больше не выпускаются. На израильской Fab 8 компании Intel производят эти и другие старые процессоры, которые пользуются достаточным спросом, и не только в космонавтике. В то же время недостаток комплектующих побудил NASA скупать старое железо через интернет-аукционы. Напомним, что шаттлы, компьютеры на которых тоже не отличаются новизной процессоров, летают очень давно, и с каждым годом все труднее найти замену выходящим из строя деталям]). Программирование для этих машин осуществляется на языках C, C++, ADA и ADA 95.
ХРОНИКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ СБОЕВ
Нынешнее лето богато на материалы в прессе, так или иначе связанные с компьютерной начинкой МКС.
Самое нашумевшее событие – выход из строя всех шести основных компьютеров российского сегмента (ЦВМ и ТВМ). Официально о причинах неполадок так и не было сообщено, но произошло все после того, как американские астронавты подключили к системе энергообеспечения новые панели солнечных батарей. Восстановить работу компьютеров удалось через несколько дней нештатным образом, подключив их к питанию, минуя некоторые второстепенные узлы. Всерьез задумывались о возможной эвакуации, но к счастью, до этого не дошло. В настоящий момент первоначальная конфигурация питания ЦВМ и ТВМ восстановлена.
Затем служащий одного из подрядчиков NASA перерезал провода внутри компьютеров, предназначенных для шаттла, который вот-вот должен был отправиться к МКС. Неполадку обнаружили во время предполетных проверок, а о причинах такого поведения диверсанта официальные лица тоже пока молчат.
Наконец, самая недавняя проблема, которая в прессе прошла почти незамеченной, а именно: в середине августа в ходе визита того же шаттла «Индевор» и во время выхода американцев в открытый космос произошел сбой компьютера MDM C&C в американском сегменте. Сработала система резервирования, и управление взял на себя компьютер-дублер. По заявлениям и NASA, и Роскосмоса, никакой угрозы космонавтам не было, а причины происшествия как-то странно оставили в стороне. Это скучное с виду событие обернулось неожиданным скандалом.
Дело в том, что по информации, которая появилась в Интернете, российскими радиолюбителями были перехвачены разговоры наших космонавтов с ЦУПом по поводу описанного инцидента. Если верить не слишком четкой аудиозаписи (www.radioscanner.ru/files/download/file3542/msk_11_08_07.
wav), то некий астронавт Колл (который в списках астронавтов вовсе не значится – правда, там значится Клэйтон Андерсон, а в записи при некоторой усидчивости можно расслышать не «Колл», а "Клэй"), желая сфотографировать Землю, выключил, все, что только можно, дабы обеспечить темноту на станции. Это, дескать, повлекло за собой отключение нескольких систем, в том числе, систему управления температурой и названный компьютер. На самом же деле, по данным наших источников, инцидент свелся лишь к безобидному обесточиванию одного из научных российских приборов, при этом электропитание было вовремя восстановлено без ущерба для проводимого эксперимента (аутентичность записи нам при этом подтвердили). Компьютерный же сбой на американском сегменте никак не связан с действиями астронавта-фотолюбителя. С другой стороны, Колл или не Колл, но «мальчик» все-таки был.
Собственно программы для находящихся в космосе компьютеров различаются так же, как и компьютеры, для которых они написаны. Космонавты переписываются по электронной почте, и вряд ли нужно что-то особенное для этого придумывать. В то же время, трудно найти «наземное» применение программам, управляющим процессом стыковки или выходом в открытый космос. Там, где это было возможно, использовался обычный или слегка видоизмененный софт. Прикладные программы, призванные решать специфичные задачи, которых в космосе предостаточно, писались с нуля. По этой причине, на лэптопе космонавта ярлык для запуска Word вполне может соседствовать с ярлыком специальной программы, отслеживающей местонахождение каждого прибора и любого винтика на станции. Само собою, и здесь предпочтение отдается проверенным в своем поведении решениям, поэтому новейшие обновления, выпускаемые софтостроителями на Земле, в космос переносить не торопятся. В то же время набор программ не является жестким. При надобности, в программное обеспечение ТЕОРИЯ космос изменения вносятся. Например, не так давно БВС перепрограммировалась в связи c относительно скорым прибытием к станции европейского корабля ATV.
И в России, и в США есть необходимое для тестов оборудование, имитирующее работу систем, функционирующих на орбите. Уникальные программы, прежде чем заменить собою предыдущую версию, проходят отладку на моделях.
Особо отметим, что постоянного доступа в Интернет на МКС нет, так как существующие каналы связи и без того не пустуют, передавая техническую и научную информацию. Конечно, возможно организовать и чат, и видеоконференцию, когда есть необходимость, но нормой это назвать трудно.
Космонавты имеют доступ к электронной почте, которая, правда, не отличается оперативностью. Три раза в сутки сохраненные письма с орбиты пересылаются на особый сервер в NASA, откуда попадают уже к своим получателям. То же самое происходит с принимаемой почтой: перед сеансом обмена корреспонденцией космонавты сообщают о тех своих адресах, с которых желают принять сообщения.
Таким образом, устроить DоS-атаку на компьютеры МКС вряд ли получится, а что касается нежелательной почты, то для нескольких человек ее и вручную можно отсечь. К сожалению, и без этого те или иные проблемы в орбитальной "компьютерной группировке" случаются: слишком велика и сложна станция для того, чтобы все на ней работало без сучка и задоринки.
Программные сбои и переустановки там тоже не в диковинку, а ошибки случаются, как и везде, в самый неподходящий момент. Вот только безобидные в домашних условиях зависания или самопроизвольные перезагрузки становятся зловещими, если речь идет о компьютерах, от которых действительно могут зависеть жизни людей.
Увы, независимо от того, где распложен такой компьютер – в больнице, на АЭС или на орбите – он остается электронным прибором, сделанным по людским технологиям, которым идеальность пока не присуща.
Поделитесь на страничкеСледующая глава >
it.wikireading.ru
