Ноутбук особого назначения: какие компьютеры использует экипаж МКС
Невесомость, космическая радиация, строжайшие требования к безопасности — в таких условиях работают десятки обычных с виду ноутбуков. Pro Космос разобрался, сколько на станции компьютеров, зачем они нужны, как часто ломаются и чем их заменят в будущем.
Обращаясь по орбите высотой четыре сотни километров, Международная космическая станция (МКС) полагается на комплекс систем, обеспечивающих жизнь и работу экипажа. Нервный узел этой технологической экосистемы — специализированные вычислители и уникальные устройства, периферия — обычные ноутбуки. Но обойтись без них нельзя!
Почему их так много?
Как считаете, сколько ноутбуков нужно специалисту для работы? Два? Три? А вот на МКС для экипажа из шести-восьми человек приходится почти восемь десятков… Однако это не прихоть, а продуманное решение, обусловленное двумя ключевыми факторами: кибербезопасностью и доступностью.
МКС — это не только научная лаборатория, но и критически важная инфраструктура, где малейшая ошибка может стоить жизни людей и потери колоссальных (в денежном исчислении) средств. В 1990-х годах, на этапе проектирования международного комплекса, инженеры учли уроки кибербезопасности. Они понимали, что нельзя допустить, чтобы личные действия экипажа — например, установка развлекательного программного обеспечения вроде проигрывателя WinAmp или загрузка файлов из «всемирной паутины» — могли повлиять на системы управления процессами на станции.
Поэтому комплекс оснащали физически разделенными сетями, интерфейсами к которым служили персональные компьютеры (ноутбуки). Американский сегмент, например, использует три уровня сетей: для критически важных операций, научных экспериментов и личного использования. Российские, европейские и японские модули имеют свои собственные сети, изолированные друг от друга из соображений безопасности. Гаджеты космонавтов подключены к отдельной сети, не включенной в контур управления, чтобы случайный троян или вирус не смог навредить жизненно важным системам.
Для работы каждой сети нужны свои устройства доступа и отображения информации. Это существенно увеличивает количество ноутбуков на борту. Одни управляют критически важными системами МКС, такими как ориентация станции или жизнеобеспечение. Другие нужны для научных экспериментов, ведения журналов, инвентаризации или видеосвязи. Третьи используются для личных целей. Разделение сетей повышает безопасность, но требует большого числа устройств.
Второй аспект также имеет большое значение — доступность. Время, которое экипаж проводит на МКС, стоит невероятно дорого, и никто не хочет, чтобы космонавт терял его, ожидая, пока коллега закончит работу на единственном ноутбуке.
По сравнению с другими системами станции лэптопы относительно недороги, поэтому на их количестве не экономят. Если члену экипажа нужен компьютер для выполнения задачи — будь то анализ данных эксперимента или запись наблюдений — он должен находиться в пределах мгновенной досягаемости. Это особенно важно в условиях, когда на комплексе одновременно проводятся десятки научных экспериментов, а экипаж работает по строгому расписанию.
Итак: более десятка ноутбуков на человека — не роскошь, а важная необходимость для стабильной работы и безопасности космического комплекса.
Зачем они нужны?
Функции, которые выполняют эти устройства, можно разделить на несколько основных категорий:
Контроль работы систем станции. Лэптопы служат основным интерфейсом для взаимодействия с бортовыми компьютерами МКС. С их помощью экипаж контролирует системы жизнеобеспечения, ориентацию станции, энергоснабжение и другие критически важные функции. Без них управление станцией было бы невозможно.
Научные эксперименты. МКС — крупнейшая орбитальная лаборатория, где проводятся сотни исследований в области биологии, физики, материаловедения и медицины. Ноутбуки используются для сбора, обработки, архивирования и передачи на Землю данных, а также для управления экспериментальным оборудованием.
Инвентаризация и логистика. На станции хранятся тысячи единиц оборудования и расходных материалов, необходимых для выполнения ремонта, пополнения запасов и проведения «уборки». Лэптопы помогают вести учет, отслеживать остатки и планировать доставку грузов.
Коммуникация и документация. Космонавты используют ноутбуки для видеосвязи с Землей, ведения бортовых журналов, отправки отчетов и даже общения с родными через защищенные каналы.
Личное использование. Отдельные компьютеры предназначены для частных нужд экипажа: просмотра фильмов, ведения дневников, прослушивания музыки, чтения или общения в интернете через буферизованные соединения. Все это помогает справляться с изоляцией. Кроме того, космонавты работают над личными проектами: кто-то ведет блоги, пишет заметки или занимается фотографией, используя ноутбуки для обработки фото и видео — это важно для поддержания морального духа в космосе.
Для отдыха используются только те ноутбуки, которые подключены к изолированной сети. Это исключает риск заражения вирусами, как это случилось в 2007 году, когда на одном из устройств обнаружили компьютерный червь Gammina.AG. После этого NASA усилила меры кибербезопасности и установила антивирусы.
Что чаще ломается?
На первый взгляд, компьютеры на МКС похожи на те, что мы используем на Земле. Это так и не так. Уже на ранних этапах эксплуатации станции стало ясно, что обычная техника не всегда надежно работает в космосе. Поэтому пришлось сертифицировать и модифицировать ноутбуки, чтобы они выдерживали невесомость, космическую радиацию, перегрузки и вибрации при старте ракеты. Эти устройства должны быть прочными, производительными и совместимыми с программным обеспечением станции.
Функционирование в космосе предъявляет к технике экстремальные требования. Несмотря на надежность большинства ноутбуков «среднего ценового сегмента», некоторые компоненты оказываются уязвимыми в условиях МКС. Вот самые проблемные компоненты:
1. Накопители. Космическая радиация, особенно протонные пробои, может вызвать сбои в элементах памяти, приводя к ошибкам записи или повреждению микросхем. В старых моделях с жесткими дисками винчестеры страдали от вибраций при запуске и перегрева при работе в невесомости. Современные лэптопы используют твердотельные накопители, которые менее восприимчивы к механическим повреждениям. Однако перегрев и проникающая радиация по-прежнему остаются серьезной угрозой.
2. Системы питания. Электромагнитные помехи и перепады напряжения на МКС представляют серьезную угрозу для аккумуляторных батарей и цепей питания. Короткие замыкания и поломки мосфетов (полевых транзисторов с изолированным затвором) — частые проблемы, которые усугубляются конденсатом, оседающим на холодных контактах.
3. Клавиатура. Частое использование в условиях микрогравитации, где пыль и частицы плавают в воздухе, приводит к «залипанию», износу и поломке клавиш и кнопки включения.
4. Системы охлаждения. В невесомости воздух не циркулирует естественным образом как на Земле, что усложняет отвод тепла. Поэтому системы с пассивным охлаждением работают плохо. В ноутбуках с активным охлаждением вентиляторы крутятся быстрее и сильнее изнашиваются. Пыль забивает вентиляционные отверстия, что приводит к перегреву процессоров и чипов.
5. Материнские платы и микросхемы. Радиация способна повредить BIOS и электронные компоненты, созданные по готовым технологиям или стандартам COTS (Commercial Off-The-Shelf), которые ранее успешно использовались на Земле и были стандартизированы для общепромышленных гражданских приложений. Однако космическое излучение вызывает помехи в вычислениях, ошибки в работе ноутбука или даже делает компьютер полностью нерабочим.
При выборе оборудования для космоса важны надежность и устойчивость к радиации. Самые современные компоненты, построенные по нанометровым технологиям, хоть и перспективны, могут не выдержать высоких радиационных нагрузок.
Кроме того, ноутбуки «для космоса» должны быть легко модернизируемыми или заменяемыми. Это позволяет обновлять парк мобильных девайсов, десятилетиями не меняя критически важные компьютеры, встроенные в контур управления станции.
Поэтому использование «защищенных ноутбуков», созданных по жестким промышленным или военным стандартам, может быть нецелесообразным. Их особенности не соответствуют специфическим требованиям, но существенно удорожают устройство.
На МКС резервирование помогает минимизировать риски. Множество ноутбуков, находящихся «в холодном резерве», готовы заменить вышедший из строя. Программные сбои устраняют переустановкой «софта», а поломки «железа» — заменой устройства, так как ремонт и «сервисное обслуживание» в космосе невозможны.
Каковы перспективы?
Ноутбуки остаются основным рабочим инструментом экипажа МКС, однако для выполнения некоторых задач в обиход постепенно входят планшеты.
Планшеты на станции начали использовать с 2015 года. Эти устройства хорошо подходят для задач, не требующих высокой вычислительной мощности:
инвентаризация и составление чек-листов;
чтение инструкций и технической документации;
ведение записей и журналов;
обучение и тренировка экипажа;
развлечения.
Планшеты мобильнее ноутбуков — они компактнее и легче, что особенно удобно в условиях микрогравитации, где устройства могут свободно перемещаться. Из-за наличия сенсорного интерфейса работать с планшетом пальцами проще, чем с тачпадом или мышью. Особенно это важно при работе в аварийно-спасательных скафандрах или перчатках. Кроме того, планшеты потребляют меньше энергии, что важно на МКС, где ресурсы ограничены.
Вместе с тем планшеты не могут заменить ноутбуки для управления системами станции или для сложных научных вычислений. Программное обеспечение МКС чаще всего разрабатывается под Linux, и адаптация под операционные системы планшетов, такие как iOS или Android, требует дополнительных усилий.
Кроме того, из-за того, что электронная компонентная база планшетов сделана по более современным нанометровым технологиям, они менее устойчивы к радиации и механическим повреждениям, чем сертифицированные ноутбуки.
Точных данных о полном переходе на планшеты нет, но их использование, вероятно, будет расширяться для вспомогательных задач. Например, NASA и РКК «Энергия» могут интегрировать планшеты для интерактивных инструкций или дополненной реальности, как это уже тестировалось. Однако ноутбуки еще долго останутся основным инструментом для критически важных операций из-за их надежности и универсальности.
Можно ли использовать компьютер в скафандре?
Вопрос не из легких: могут ли космонавты, надев скафандры, работать с ноутбуками в экстренной ситуации? Ответ — да, но с некоторыми нюансами. Особенно сложно это делать во время выхода в открытый космос. «Выходные» скафандры на станции, такие как EMU или «Орлан-МКС», имеют перчатки с ограниченной подвижностью, что затрудняет точные движения.
Космонавты могут использовать тачпад, но это требует осторожности; возможно, трекпойнт (маленький красный джойстик среди клавиш в некоторых ноутбуках) удобнее. Клавиатуру тоже можно использовать, но это требует навыка и усилий из-за снижения чувствительности перчаток.
Альтернативой может стать голосовой помощник, такой как Siri или «Алиса»: искусственный интеллект или набор заранее заданных команд. Чтобы облегчить работу в аварийных скафандрах, уже сейчас используются планшеты с сенсорным экраном, которые лучше управляются в перчатках. Однако для критически важных операций ноутбуки остаются незаменимыми.
