Журнал «Компьютерра» № 33 от 11 сентября 2007 года
Шрифт:
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].
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.
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.