Notebooky na oběžné dráze

Jak se počítače přizpůsobují prostředí kosmu V minulém vydání Computerworldu jsme se v rámci Cover Story vypravili ...


Jak se počítače přizpůsobují prostředí kosmu
V minulém vydání Computerworldu jsme se v rámci Cover Story vypravili spolu s
NASA na expedici k Rudé planetě. Nyní budeme ve spojení IT s kosmonautikou
pokračovat; tentokrát se zaměříme na osobní počítače používané při vesmírných
letech.
Podobně jako obchodní cestující, manažeři, vědci, programátoři či pracovníci
mnoha dalších profesí, i astronauté využívají na svých cestách především
přenosných počítačů. Současným kosmickým notebookem pro NASA je IBM ThinkPad
model 760 XD s procesorem Pentium MMX 166 MHz. Do vesmíru letěl poprvé v roce
1997 a od té doby postupně nahrazuje dříve používaný a dobře vyzkoušený model
755C s čipem Intel 486. Vůbec první ThinkPady se do vesmíru dostaly v roce
1993, kdy dobře posloužily při první servisní výpravě k tehdy ještě
"šilhajícímu" Hubbleovu kosmickému teleskopu.
V současné době jsou notebooky používány na palubách raketoplánů jako tzv.
Payload and General Support Computer (PGSC), což je pojem, který v sobě
zahrnuje řadu využití např. řízení vědeckých experimentů a následný záznam
získaných dat, e-mailovou komunikaci se Zemí, zobrazení aktuální polohy
raketoplánu na oběžné dráze, časování zážehů raketových motorů, inventuru
uložení materiálu na palubě či vypouštění použité vody.
Od běžně dostupných komerčních modelů se kosmické notebooky přece jen v
několika aspektech liší. Přizpůsobení notebooků pro kosmické lety proces, který
je v NASA označován slovem flybridization je ve skutečnosti poměrně zdlouhavé a
drahé. Cena původního hardwaru je přitom v podstatě zanedbatelná. Řada
odborníků postupně navrhuje nutné modifikace, uvádějí je do praxe a u
výsledných produktů testují, zda splňují přísná kritéria pro provoz při
pilotovaných kosmických letech. Výsledkem tohoto procesu je (musí být) počítač,
který v podmínkách stavu beztíže nejen pracuje, ale zároveň pracuje spolehlivě
a bezpečně.

Úprava hardwaru
Přizpůsobení hardwaru pro prostředí kosmického prostoru znamená modifikace,
které umožňují vyrovnat se s některými základními fyzikálními odlišnostmi mezi
stavem beztíže na oběžné dráze a standardními podmínkami panujícími na Zemi.
Jednoduchou, ale velmi důležitou a zároveň praktickou pomůckou je obyčejný
suchý zip. Každý notebook na sobě má pásku suchého zipu a řada pásek se nachází
na stěnách kosmické stanice i raketoplánu. Důvod je prostý poletující notebook
se může ve stavu beztíže stát rychle z užitečného pomocníka nebezpečným
projektilem. Takto mají astronauti možnost notebook uchytit kdekoliv jej právě
potřebují používat. Suchý zip byl ostatně vynalezen právě pro tyto účely, a
stal se tak jen jedním z mnoha přínosů kosmického programu pro běžný život.
Na oběžné dráze je rovněž k dispozici omezené množství energie. Standardním
zdrojem napájení na ISS i raketoplánu jsou zásuvky na 28 V stejnosměrného
proudu, počítače je tudíž nutné vybavit adaptéry umožňujícími připojení k těmto
zásuvkám. S přívodem energie souvisí i další hardwarová úprava: Konektory od
napájecích šňůr jsou "zamykatelné", aby v případě náhlého uvedení notebooku do
pohybu nedošlo k přerušení dodávky elektrického proudu.
Ve stavu beztíže nefungují jevy založené na rozdílné hustotě, jako je např.
stoupání teplého (lehčího) vzduchu a klesání chladného (hustšího). To znamená,
že chladící systém, který je založen na tomto způsobu výměny vzduchu, nemůže
efektivně fungovat. Teplo musí být vedeno po povrchu nějakého materiálu. K
počítačům se rovněž přidávají dodatečné ventilátory. Přebytečné teplo se ale
chlazením dostává do atmosféry kabiny, kde se s ním musí vyrovnat systém
zabezpečující základní životní funkce.

Vesmírné sítě
Pro připojení do lokální počítačové sítě používají kosmické notebooky
ethernetové karty. Na palubě raketoplánu bývá taková síť založena na OCA
routeru, kterým je jeden z laptopů provozující operační systém Windows NT.
Skutečně masového rozšíření se laptopy dočkaly na Mezinárodní kosmické stanici
(ISS). V konečné fázi bude na ISS provozováno více než 100 nejrůznějších
počítačů a desítky z nich budou právě počítače přenosné. Místní počítače jsou
pospojovány do sítě označované jako Operations Local Area Network (OPSLAN).
Tato síť používá standardní TCP/IP protokoly, ale k internetu připojena není.
Jako server OPSLAN slouží ThinkPad 760XD vybavený speciálním serverovým
softwarem, který je zčásti postaven na Windows NT. Zpočátku byl umístěný v
ruské části stanice, po připojení laboratoře Destiny došlo k jeho přestěhování.
V první fázi byla síť spojena pouze na rádiových frekvencích, po přestěhování
serveru se přešlo na propojení kabely. V současnosti je rádiového spojení
využito pouze v ruské části ISS.
Samostatnou otázkou zůstává připojení lokální sítě k internetu. Vzhledem k
častému napadání pozemských počítačů NASA hackery je kosmická agentura v tomto
ohledu velmi konzervativní. Otázka se stane aktuální zřejmě až v případě
zavedení meziplanetárního internetu, v jehož rámci bude rovněž řešena
bezpečnost takovéto sítě.

Nezničitelné počítače
Notebooky prokázaly v kosmu již několikrát své přednosti. Když v roce 1997
narazila ruská dopravní loď Progress do tehdejší kosmické stanice Mir, zůstalo
v poškozeném modulu Spektr několik notebooků ThinkPad, které zde používali
američtí astronauti (na Miru dlouhodoběji pobývající).
Tyto počítače byly následně po dobu mnoha měsíců vystaveny opakovanému střídání
mrazu a tepla. Když byl poté jeden z nich navrácen zpět na Zemi, ukázalo se, že
jediným problémem jsou zničené baterie a vypálená obrazovka. Samotný počítač
ale po celou dobu zůstal provozuschopný.

První notebook ve vesmíru
Vystopovat vůbec první použití přenosných počítačů na oběžné dráze není
rozhodně jednoduché. Už od samotného počátku letů raketoplánů využívali
astronauti k řešení nejrůznějších úkolů programovatelné vědecké kalkulačky
Texas Instruments. Budeme-li hledat opravdu ale první přenosný počítač,
dostaneme se nejspíše k letu STS-43 raketoplánu Atlantis v roce 1991. Tehdy se
na palubě nacházel a užíval počítač Mac Portable, který se tak zřejmě může
chlubit titulem "první přenosný počítač ve vesmíru".
Stále ale zůstávají nejasnosti. Na internetu lze totiž vystopovat anonymní
zprávu od "kohosi" zevnitř NASA, která uvádí, že prvním přenosným počítačem na
oběžné dráze byl DEC GRID používaný v letech 1984-85 během testů souvisejících
s údržbou Hubbleova teleskopu. Několik těchto počítačů vypomáhalo hlavním
počítačům raketoplánu. NASA údajně tuto skutečnost nezveřejnila, protože
nechtěla připustit omezené schopnosti letových počítačů raketoplánu. Tuto
informaci nelze ovšem potvrdit z jiného zdroje.

Řídící počítače raketoplánů
V našem článku jsme se zaměřili především na pomocné přenosné počítače. Jak
vypadá výpočetní technika zajišťující řídící funkce?
Pětice řídících letových počítačů amerických raketoplánů je skutečnými
dinosaury. Každý z nich i přes rozměry velkého cestovního kufru obsahuje
maximálně 1 MB operační paměti. Je však nutno mít na paměti dobu, ze které tyto
počítače pocházejí. Vyvinuty byly na konci 70. let 20. století a v roce 1981,
kdy vzlétl první raketoplán, se jednalo o špičková zařízení. Ač jsou z dnešního
hlediska vysloveně archaické, počítače raketoplánu mají řadu unikátních
vlastností. Jejich síla spočívá ve specializaci. Používaný software je velmi
kompaktní, umožňující zpracovat obrovské množství dat v reálném čase a provádět
řadu různých činností současně. Kromě toho jsou řídící počítače zesíleny tak,
aby dobře odolávaly vlivům kosmického záření (při zasažení paměti počítače
částicí kosmického záření může přitom dojít ke změně obsahu příslušné paměťové
buňky).
Právě odolnost bývá problémem u počítačů novějších. Zařízení s vyšší hustotou
integrovaných obvodů jsou totiž vůči kosmickému záření zranitelnější, a proto
na nich ani dnes při letech raketoplánů neleží tíha životně důležitých úkolů.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.