Содержание статьи
Ты 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 иллюминаторе
Но перед тем как перейти к конкретным примерам, неплохо бы познакомиться
непосредственно с космическим "домом". На сегодня он один – орбитальная
международная космическая станция (МКС). 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 орбите
Появление 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 космосе
Однако 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 яйца
Используемые 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 паутина
Очевидно, 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 посадку
Вот 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 космонавта
Помимо 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.
