Для чего на борту мкс нужно большое количество компьютеров и вычислительной техники
Обновлено: 05.07.2024
Управление основными модулями МКС происходит с ноутбуков, позволяющих передать команду из любого отсека МКС, оборудованного должным интерфейсом. Аппаратная начинка МКС является неизменной, а вот сам космобук, в зависимости от сложности программного обеспечения, меняется при необходимости.
Космический корабль, космическая сеть, модули МКС, открытый космос, программисты.
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. На МКС, конечно, используются не совсем обычные стационарные компьютеры.
Компьютер, который используется на МКС, выглядит очень “консервативно”. Приоритетным является надежность системы. Магистрально-модульная конструкция позволяет не работающие элементы заменить быстро и без лишних хлопот. Космические лучи значительно влияют на электронику, провоцируя отказы. Компьютеров на МКС много, часть из них закреплены вне корпуса, и для их ремонта приходиться выходить в открытый космос. “Топовой рабочей лошадкой” на орбите считается Intel 386. Не смотря на устаревший, на первый взгляд процессор, этот “камень” к моменту создания соответствовал требуемому уровню производительности. Представлен процессор был в 1985 году, 32-битный чип произвел настоящий фурор. Частота этого монстра составляет 40 МГц. Преимущества в отказе от охлаждения и низкое энергопотребление способствовали заключению в 1993 году договор компании IBM с NASA на поставку своих девайсов серии ThinkPad. Обеспечение такими устройствами космических шаттлов облегчило работу астронавтов на орбите. В недрах таких лэптопов лежал Intel 386, 8 Мбайт оперативной памяти и жесткий диск на несколько десятков мегабайт.
Помимо звездного “камешка” Intel, большинство кораблей снабжены чипами, выполняющими определенную работу. Например, в центральном посте управления космические десктопы оснащены математическим сопроцессором, увеличенным объемом памяти, а также аварийным блоком питания.
Но главное “оружие” МКС всегда находиться в руках экипажа станции. Поэтому каждый космонавт имеет ноутбук. Эпоха электронных приборов, рукояток, аварийных клавишей остается в дне вчерашнем. Сегодня помещение МКС напоминает гладкие полупустые туннели с большим количеством панелей, к которым подключаются лэптопы. Управление основными модулями МКС происходит с мобильных гаджетов. Плюс подобного решения в возможности отдачи команды из любой части, оборудованной должным интерфейсом, а не только из центрального поста. Достоинствами стали мобильность и возможность легкой модернизации или даже замены. Если аппаратная начинка МКС является неизменной, то “железо” космобука, в зависимости от сложности программного обеспечения, меняется при необходимости.
В 2000 году на успех работы в космосе повлияла смена линейки ThinkPad на более современные аналоги. Благодаря процессорам Pentium Mobile III, который мог похвастаться 128 мегабайтами оперативной памяти, HDD на 20 Гбайт и видеокартой ATI Rage на МКС появилась система жизнеобеспечения, и астронавты могли увеличить срок своего пребывания. А в 2004 году конкуренцию на космическом рынке стал составлять ноутбук ThinkPad на платформе Centrino первого поколения, с процессором Pentium M, 512 Мбайт оперативной памяти и специальной сборкой Windows XP.
Космические ноутбуки включают жесткие легкие защитные каркасы из прочных композитных материалов Roll-cage. Чип на материнской плате 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.
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.
Программные коды не исключают ошибок, но колоссальная по земным масштабам удаленность компьютера, улетевшего на космическом корабле, не позволяет исправлять эти ошибки на ходу. Ограниченность такой стимулирует развитие метода моделирования поиска ошибок на точной копии компьютера, оставшейся на Земле. Космический зонд «Вояджер-2», блуждающий теперь за пределы Солнечной системы в возрасте 40 лет перестал передавать информацию, а присылает хаотичные сигналы. Программистам удалось смоделировать неисправность на аналогичном компьютер. Они переписали часть программы по обновлению памяти и отправили обновление программного обеспечения, ликвидируя аппаратную проблему. Восстановленная программа позволит принимать сигналы из глубин космоса еще столько же времени. Препятствием может стать лишь достижение предела мощности радиосигнала, что послужит обрыву передач. Любой компьютер на борту космолета нуждается в профилактике и постоянном совершенствовании.
Главным критерием космической сети является надежность. Целостная сетевая структура с определенной уровневой архитектурой содержит основной, резервный и запасной каналы. 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.[2]
Linux — успешная космическая операционная система. Она работает продвинутыми алгоритмами, упреждающими планирование, и содержит более критический подход к выделению памяти.
В Америке NASA, похоже, является средоточием всего связанного с космосом, но это лишь маленькая капля в космической индустрии, поскольку уже появилось множество передовых инженерных компании и организации, которые занимаются космическими системами и компьютерным оборудованием, работающим под Linux.
В 2004 году компания HP по договору с NASA оснастила астронавтов компактными персональными электронными устройствами - компьютерами HP iPAQ h5500. Эти устройства применялись для ведения дневников, отслеживания календаря, проверки электронной почты, прослушивания MP3-музыки, просмотра семейных фотографий и чтения электронных книг.
31 января 2019 года экипаж Международной космической станции при помощи японского манипулятора JEM RMS и пусковой системы NanoRacks успешно запустил пять малых спутников: CAT-1, CAT-2, Delphini-1, UNITE и TechEdSat-8. В рамках эксперимента «Интер-МАИ-75» передача изображений происходит по радиолюбительскому каналу связи (SSTV).
В рамках этого эксперимента отрабатываются различные способы передачи информации, получаемой в результате научно-образовательных исследований.
На рубеже стартовала массовая гонка на Земле за вычислительной
мощностью, то на ее орбите – за надежностью. Это напоминает неторопливую и размеренную жизнь в пригороде. Если на Земном мегаполисе практически в каждом уголке мира есть десктоп существенно интенсивнее работающий IBM ThinkPad, то на МКС это не главное. Далекие путешествия ограничены медлительностью компьютерных систем в космических масштабах, но прогрессивное развитие информационных технологий постепенно ускоряют компьютерные компоненты орбитальной станции. Минувший 59 летний юбилей с момента полета первого человека в космос наделяет оптимизмом взгляды на перспективность межпланетных и межгалактических полетов.
Список использованной литературы:
Соловьев В.А. и др. Научно-прикладные исследования на Международной космической станции и новые технологии управления полётом/ /Вестник Российской академии наук. – 2017. - №6
Количество проводимых на борту Международной космической станции российских экспериментов будет значительно увеличено за счет автоматизации. Все компьютеры отечественного сегмента МКС объединят в единую информационно-вычислительную сеть. Устройства в одном отсеке смогут брать на себя решение задач при проведении экспериментов в другом.
На МКС испытают российский надувной отсек-трансформер Оборудование и материалы для тестирования начнут отправлять в космос уже в следующем годуКак сообщили «Известиям» в Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия», завершен первый этап создания информационно-управляющей системы для научных экспериментов в российском сегменте МКС. В модуле «Звезда» заменили четыре промышленных бортовых компьютера, ведется обновление используемых космонавтами ноутбуков (всего их 11). Вся техника получит одинаковые характеристики и единое программное обеспечение. Использовавшиеся раньше компьютеры имели различную аппаратную архитектуру и разнородный софт, что создавало немалые трудности с их заменой в случае выхода из строя.
В РКК «Энергия» уверены, что использование однотипных компьютеров повысит надежность вычислительной системы на МКС и обеспечит ее унификацию, а рост производительности позволит в несколько раз увеличить количество одновременно проводимых экспериментов.
— Информационно-управляющая система является открытой: предполагается ее наращивание по мере строительства российского сегмента, — рассказали «Известиям» в корпорации. — С добавлением в состав МКС Многофункционального лабораторного модуля (МЛМ) и Научно-энергетического модуля (НЭМ) — на них будут размещены дополнительные компьютеры, повышающие количество одновременно проводимых экспериментов.
Вычислительная мощность российского сегмента вырастет практически вдвое с запуском МЛМ в конце 2018 года. На его борту будут работать три промышленных компьютера, образуя подобие многоядерной вычислительной системы. Ресурсы любого модуля можно будет использовать для вычислений в ходе экспериментов в других отсеках.
Сейчас в составе МКС — пять российских модулей. Все компьютеры в них интегрированы в локальную сеть, но стойки с научным оборудованием будут подключены к единой системе только на «Звезде», МЛМ и НЭМ.
Компьютеры обеспечат автоматическое управление научной аппаратурой, будут контролировать ее работу. Через единую сеть полученные научные данные будут передаваться на Землю. Компьютеры смогут обмениваться информацией от различных систем и датчиков МКС, синхронизируя по времени проведение нескольких экспериментов. Появится возможность включать и отключать научную аппаратуру при соблюдении определенных условий — например, в момент пролета над конкретной территорией Земли или при стыковке-расстыковке космических кораблей.
Академик Российской академии космонавтики имени Циолковского Александр Железняков считает, что нововведение позволит значительно увеличить объем исследований, выполняемых по заказу российских ученых.
— Космонавты освободятся от необходимости контролировать многие эксперименты, эти функции удастся перепоручить автоматике, — рассказал «Известиям» Александр Железняков. — Это заметно оптимизирует работу космонавтов на борту МКС. Научные исследования станут более эффективны, их количество удастся заметно увеличить.
Проект модернизации информационно-управляющей системы МКС будет завершен в 2020 году после запуска НЭМ.
При просмотре фотографий и видеороликов, снятых на Международной космической станции, часто можно заметить, что интерьер станции кишит ноутбуками в специальных подставках. Как они используются в космосе?
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.
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.
Смартфон в твоем кармане давно перестал быть простой звонилкой. Гаджет научился выходить в сеть, производить сложные вычисления и контактировать с другими девайсами по различным протоколам и каналам связи.
По вычислительной мощности современные мобильные гаджеты давно обогнали суперкомпьютеры из прошлого.
Какие гаджеты летают в космос
Родным «домом» для многих астронавтов является международная космическая станция (МКС). За долгие годы существования на ней побывали десятки различных миссий и одиночных «туристов» со всех уголков планеты.
Идея создания подобной станции возникла в середине 80-х, а реализовали международный проект лишь к концу 90-х годов. Официально МКС эксплуатируется с 20 ноября 1998 года.
Основой всех модульных компьютеров на станции является процессор Intel 386. Трудно поверить, что для работы на орбитальной станции по сей день используют 32-разрядный процессор 30-летней давности.
На МКС находится более сотни управляющих электронных систем, некоторые из них расположены снаружи, то есть в открытом космосе. Радиация сильно снижает срок эксплуатации компьютерных модулей, ежегодно на станции меняют около 20 единиц вычислительной техники.
Космическая монополия IBM
C 1993 года основным поставщиков компьютерной техники для астронавтов NASA стала компания IBM. Они предложили достаточно выносливые гаджеты, наработки для которых обкатывались в линейке ThinkPad.
Первая модель космического ноутбука работала на процессоре Intel i386, имела 8 Мбайт оперативной и несколько десятков мегабайт постоянной памяти. Таким «железом» пользовались в космосе до конца 90-х.
В 2000 году специалисты NASA совместно с IBM провели глобальный апгрейд, на станцию поставили новые модели ThinkPad на процессоре Pentium Mobile III с 128 Мб оперативной и 20 Гб постоянной памяти. Компьютеры оснащались видеокартами ATI Rage.
Большинство этих моделей до сих пор работают на МКС, вместе с ними эксплуатируются обновленные ThinkPad на платформе Centrino с лучшими техническими характеристиками под управлением специальной версии Windows XP.
Компания Lenovo, которая обладает правами на линейку ThinkPad, периодически поставляет технику для NASA и готовится к очередному «космическому апгрейду».
Кто покоряет Марс
Марсоход Curiosity, который успешно осуществил посадку на красную планету 6 августа 2012 года, управляется при помощи 32-разрядного RISC-процессора RAD750. Это защищённый аналог IBM PowerPC 750. Подобные процессоры, только без специальной защиты от радиации, устанавливались в некоторые модели Mac, в том числе и в iMac 1998 года выпуска.
На борту Curiosity находится два одинаковых компьютера: основной и резервный. В каждом было по 256 Мб оперативной памяти и флеш накопители на 2 Гб.
Чем пользуются астронавты
Прогресс не стоит на месте, астронавты на орбите могут получать доступ к всемирной паутине, проверять почту и общаться с родными. При этом используется промежуточный защитный буфер на земле, который фильтрует информацию, а терминалы на космических станциях для выхода в интернет при этом не связаны с системами управления и жизнеобеспечения.
Для таких целей с 2004 года используют HP iPAQ h5500. На них астронавты могут вести дневники, проверять почту, слушать музыку, просматривать фото и читать книги.
В космосе нет Apple :(
Однако, «железо» в космосе и на Земле живет по разным правилам. Производители потребительской электроники гонятся за мощностью и каждый год покоряют новые горизонты, а гаджеты для полетов за пределы планеты должны быть в первую очередь надежными.
На МКС и космических шаттлах практически не используется графический интерфейс, большинство команд вводится при помощи командной строки, для таких задач не нужны айфоны и макбуки.
В Купертино в свое время не стали вкладываться в разработку «космической» техники, а сейчас для этого нужны просто колоссальные ресурсы и опыт, которого у Apple просто нет. Чтобы добавить хоть какую-то внеземную изюминку гаджетам Куку и компании остается лишь называть цвет корпуса Space Grey.
Мы с вами пользуемся «попсовыми» девайсами, которые слишком далеки от того, что действительно нужно для новых открытий и свершений. В суровом космосе важны не мегапиксели или мегагерцы, главное, чтобы устройством управляли правильные люди.
В День космонавтики мы решили рассказать вам о том, что делают компьютеры в космосе, какие они, и, конечно, от чего и как их защищают.
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
Производительность
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!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.
Читайте также: