среда, 19 октября 2016 г.

Комп'ютери в космосі

А чи думали ви колись над тим, які комп’ютери використовують космонавти та астронавти при роботі у космосі? Спробуємо розібратися у даному питанні.

Інформації про це майже немає в ЗМІ. А тим часом космічні
станції вимагають найкращого і надійнішого "заліза", обладнаного за
останнім словом техніки. Тому вимоги до комп'ютерів, які “космічні працівники”
використовують наприклад на МКС, максимально високі. Цікаво, а який виробник “заліза” виявився найбільш достойним серед усього різноманіття і зарекомендував себе з кращого боку?
Перед тим як перейти до конкретних прикладів використання ПК у космосі, непогано б було познайомитися безпосередньо з “космічним офісом". На сьогодні він один - орбітальна міжнародна космічна станція або скорочено МКС. Це величезна споруда, що зависла в невагомості, для якої потрібна така ж величезна (в кількісному еквіваленті) обчислювальна техніка. Тому й не дивно, що NASA витрачає величезні статки на так званий парк комп'ютерної техніки.
За останні двадцять років ринок запропонував космічним агентствам і супутнім організаціям величезний вибір так званих готових COTS-систем (Commercial Off-The-Shelf). По суті їх "начинка" ні в чому не поступається тій, що використовується в звичайних комп'ютерах. Тільки ось на перший план виходить не максимальний
параметр обчислювальної потужності, а надійність, надійність і ще раз надійність.
На сьогодні, МКС налічує більше сотні керуючих електронних систем. Причому частина комп'ютерів знаходиться зовні станції (в спеціальних герметичних відсіках), тобто у відкритому космосі. Наприклад, до таких належать ЕОМ основною функцією яких є керування модулями сонячних батарей або роботизованою технікою. Дані комп’ютери зовсім не схожі на їх земних побратимів. Це й не дивно, адже там немає HID-ів і графічних компонентів. Усі комп'ютери збираються в стандартизованих корпусах, які за допомогою знову ж таки спеціальних інтерфейсів підключаються до магістральної-модульної системи. Дана технологія вибрана не випадково. У місцях підвищеної радіації (особливо зовні), відбуваються часті відмови комп'ютерів. В середньому за рік на МКС доводиться міняти близько двадцяти одиниць обчислювальної техніки. А тому кваліфікований астронавт ще є і справжнім техноманом.
Основою всіх модульних комп'ютерів МКС і донині є процесор Intel386. Цей процесор до моменту створення орбітальної станції, якраз відповідав рівню продуктивності. Сьогодні назвати його надпотужним рішенням язик не повернеться, але в 1985 році 32-бітний чіп спричинив справжній фурор. Частота Intel386 становила колосальні 40 МГц. При цьому техпроцес дозволяв не використовувати охолодження для даного пристрою. Крім процесора Intel більшість спеціальних комп'ютерів додатково забезпечені чіпами, які виконують певну роботу. Наприклад, в центральному посту управління космічні комп’ютери оснащені математичним співпроцесором, збільшеним об'ємом пам'яті, а також додатковим блоком живлення, що необхідний при роботі в аварійному режимі.
Та головне "озброєння" МКС завжди має перебувати в руках екіпажу станції. Саме тому всі члени космічного "офісу" мають переносні лептопи (ноутбуки). Якщо раніше космічні кораблі були нашпиговані електронними приладами, рукоятками перемикачів і аварійними кнопками та рубильниками, то сьогодні приміщення МКС нагадує гладенькі напівпорожні тунелі, з великою кількістю цифрових панелей, до яких підключається ноутбук. Управління основними модулями станції, проводиться тільки коштом мобільних девайсів. Причому можливість перенесення лептопу в різні частини
МКС, дозволяє віддавати команди станції не тільки з центрального посту управління, а з й будь-якого місця, обладнаного належними інтерфейсами. Причиною використання лептопів в космосі, стала не тільки їх природна мобільність. Річ у тім, що подібні пристрої легко модернізувати або ж зовсім замінити. Якщо апаратна начинка МКС залишається незмінною, то "залізо" космолептопу, в залежності від складності програмного забезпечення, змінюється при необхідності. Такий підхід дозволяє не змінювати "начинку" станції десятиліттями, лише періодично виконувати оновлення парку мобільних гаджетів.
Першими лептопами були комп’ютери компанії IBM в 1993 році, саме IBM і уклали угоду з NASA на поставку своїх потужних гаджетів серії ThinkPad. За своїми апаратними
характеристикам, ноутбуки були дуже і дуже продвинуті. Забезпечення такими пристроями космічних Шатлів полегшило б роботу астронавтів на орбіті. В надрах корпусу перших "космічних ноутбуків" лежав мобільний процесор Intel i386, 8Мбайт оперативної пам'яті та жорсткий диск на кілька десятків мегабайт. Комп'ютери зарекомендували себе з кращого боку і прослужили астронавтам аж до кінця 90-х років, коли на зміну прийшло перше оновлення. Ви напевно запитаєте, як астронавти примудрялися працювати на ноутбуках з Intel i386 процесором упродовж семи років? Все дуже просто - не дивлячись на деяке відставання, дані ноутбуки були призначені насамперед, для збору даних і управління окремими елементами космічного обладнання й устаткування, а з цим завданням вони справлялися на 100%. Не було веселеньких ресурсомістких утиліт та вимогливих графічних оболонок. І оскільки потужності для повсякденних завдань в космосі вистачало сповна, а самі пристрої здавалися еталоном надійності, астронавтам просто не було потрібно нічого більшого - ноутбуки працювали прекрасно, та й обладнання було заточене під програмне забезпечення IBM ThinkPad.
Однак час ішов, і банальний знос ноутбуків ThinkPad першого покоління міг вплинути на успіх роботи в космосі. У 2000 році було прийнято рішення повністю модернізувати мобільний парк лінійки ThinkPad на більш сучасні аналоги. Новинками, що були встановлені на МКС, яка на той час вже отримала систему життєзабезпечення, і в ній могли тривалий час залишатися астронавти, були наворочені як для тих часів ThinkPad, з процесором Pentium MobileIII, 128MB оперативної пам'яті, HDD на 20GB і відкритий ATI Rage, вирушили на підкорення космосу, де вони використовуються і до цього дня. У 2004 році одноманітність старого модельного ряду, розбавили лептопи ThinkPad на платформі Centrino першого покоління, з процесорами PentiumM, 512MB оперативної пам'яті та спеціальної збірки WindowsXP.
На сьогодні, готується чергове оновлення ноутбуків на МКС і космічних кораблях. Попри те, що підрозділ ThinkPad було в 2005 році викуплено в IBM компанією Lenovo, добра традиція з виробництва якісних і надійних ноутбуків лінійки ThinkPad триває вже новим власником. При цьому розвиток апаратної та програмної частини ПК трохи сповільнилося. За десять років, в принципі, не змінилося майже нічого: Windows XP продовжує активно функціонувати та поставляється з левовою часткою нетбуків; процесори Intel PentiumIII 800MHz до сих пір стоять у багатьох “машинах” і показують схожу з процесорами Atom 1660MHz продуктивність, якої, в
принципі, вистачає для більшості сучасних завдань. Саме тому працюючі на орбіті ноутбуки ThinkPad, ще не один рік будуть служити на благо розвитку космосу. Їх поступово будуть витісняти новіші й досконаліші моделі, і можна з певною упевненістю заявити, що співпраця Lenovo і NASA продовжиться і далі - аж надто добре лептопи ThinkPad себе зарекомендували.
Звідси випливає ряд цікавих особливостей. Якщо спочатку інноваційні
комп'ютерні технології широко застосовувалися в космосі, то сьогодні темпи
значно сповільнилося. За непотрібністю. Додаткам для управління МКС
достатньо ресурсів для утримання ситуації під контролем. Нам же, поціновувачам ПК, техно манам або просто гікам, подавай десяти ядерні процесори, гігабайти оперативної пам'яті та кілька відеокарт. Тільки ось надійність космічних пристроїв не йде ні в яке порівняння з наземними аналогами.
Використовувані в космосі ноутбуки зовсім не ті, що продаються в магазинах.
Купивши сучасний Lenovo ThinkPad з процесором Core i7, ми не отримаємо того ж
рівня надійності, який отримують космонавти та астронавти. В основу будь-якого
"космічного" лептопа входить жорсткий захисний каркас з композитних матеріалів
Roll-cage. Він досить легкий і при цьому неймовірний міцний. Завдяки
використанню цього каркаса з суміші вуглецевого і скляного волокна
ноутбуки ThinkPad можуть витримати падіння з висоти під два метри або тиск
вагою в сто кілограмів. Крім того, в таких космогаджетах використовується
спеціальна система захисту жорсткого диска, що складається з чотирьох елементів.
Крім обумовленого каркаса Roll-cage, що знижує ймовірність пошкодження
ноутбучної  "начинки" на 40%, використовується система Active Protection System,
пом’якшені пластикові направляючі, і кожух з металевої сітки. Технологія Active Protection System являє собою спеціальний чіп, розпаяний на материнській платі. Він відстежує всі вібрації та коливання на лептопі, і якщо відбувається сильний поштовх або вібрація, протягом 500 мс, чіп подасть сигнал на зупинку запису і читання на HDD, тим самим запобігши втраті даних. Пом’якшуючі пластини потрібні для того, щоб HDD був щільніше затиснутий в корпусі ноутбука, компенсуючи зайві вібрації. Вони служать амортизаторами при невеликих поштовхах і забезпечують до 40% більш ефективний захист, ніж аналогічні пластини в звичайних ноутбуках. Нарешті, останнім рівнем захисту HDD, є щільна металева сітка, яка огортає накопичувач. Вона оберігає
жорсткий диск від запилення і запобігає накопиченню статичної електрики. За охолодження компонентів ThinkPad відповідає потужна система термоконтроля, що містить кілька теплових трубок, по яких тече спеціальна рідина. Додатково, система охолоджується чотири швидкісним вентилятором з датчиком температури, який ретельно стежить за термальним режимом і в разі чого збільшує обороти кулерів.
Очевидно, що велика кількість комп'ютерної техніки на станції МКС має бути якось пов'язана. А тому кораблю життєво необхідна цілісна мережева структура з певною багаторівневою архітектурою. Перший рівень відповідає за управління в масштабах МКС. При цьому і тут передбачено поділ на кілька каналів. Є основний, резервний і запасний. Як бачимо, надійність - знову-таки головний критерій космічних технологій. В будь-який момент часу космонавт може підключити робочий ноутбук до першого мережевого рівня. Другий ступінь архітектури - управляє модулями корабля, а також певними
підсистемами (електроживлення, термоконтроль). Нарешті, останній, третій рівень
відповідає за показники датчиків з бортових механізмів станції. Вся архітектура заснована на наборі стандартних шин обміну інформації. На сьогоднішній момент використовується двоканальний інтерфейс MIL1553B. Один канал працює, інший підстраховує в разі відмови першого.
Ось і виходить, що якщо на поверхні Землі женуться за обчислювальною
потужністю, то на її орбіті - за надійністю. Якщо у жителів блакитної планети практично в кожному будинку є десктоп в рази продуктивніший того ж IBM ThinkPad, то на МКС це не головне.

Комментариев нет:

Отправить комментарий