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].
