Пилотируемые
космические комплексы и орбитальные станции принадлежат, пожалуй, к
самым сложным техническим объектам, когда-либо созданным человечеством. И
наиболее ярким концентратором высочайших технологических достижений
интеллекта всего человечества является создаваемая в настоящее время на
околоземной орбите Международная космическая станция (МКС).
Сложно
управление космическим кораблем: приходится параллельно решать в
реальном времени множество сложнейших задач управления — динамикой
полета, поддержания заданной ориентации, обеспечения необходимого
температурного режима в отсеках корабля при разнице в температурах на
свету и в тени в полтысячи градусов, обеспечения газового состава
атмосферы, обеспечения выработки электроэнергии и управления ее
расходом, постоянного контроля и диагностики состояния бортовых систем —
и многих, многих других. И все это должно быть максимально
автоматизировано, чтобы разгрузить экипаж для выполнения полезных
научных экспериментов. Кто же помогает космонавтам и астронавтам в
выполнении этой сложной, важной, но все-таки рутинной работы? Конечно
же, компьютеры!
Поддержание заданной температуры, обеспечение
заданного давления, регулирование газового состава, диагностика
оборудования, управление процессом — не правда ли, это все знакомые для
мира АСУТП и промышленной автоматизации понятия и проблемы?
Да,
действительно, эти два мира — автоматизации промышленной и автоматизации
космической — очень близки по применяемым подходам, технологиям,
решениям. Более того, они тесно взаимосвязаны: основой космической
автоматизации служат базовые аппаратно-программные средства и технологии
промышленной автоматизации, а лучшие достижения космонавтики достаточно
быстро и эффективно внедряются для управления производственными
процессами.
Космонавтика, ввиду ее экстремальных требований к
системам управления, является отличным полигоном, где апробируются и
отлаживаются самые передовые технологические решения в области систем
автоматизированного управления, которые потом могут применяться и
успешно применяются для управления сложными технологическими объектами и
процессами в производственной области.
Что же лежит в основе взаимодействия этих двух миров — космонавтики и промышленной автоматизации? В первую очередь, компьютеры!
Только
это не привычные всем в доме и офисе PC, а специального исполнения, с
повышенными характеристиками надежности, расширенным температурным
диапазоном, устойчивые к вибро- и ударонагрузкам, с широким набором
специальных устройств ввода-вывода информации и как правило со
специальным программным обеспечением реального времени.
Второе,
что объединяет эти две отрасли, космическую и промышленную
автоматизацию, во всяком случае, в настоящее время, — это модульные
принципы построения систем и широкое применение открытых стандартов и
технологий.
Эволюция космических компьютеров
На
заре космонавтики (совпадающей по времени с началом эпохи
компьютеризации в целом) выбор готовых компьютерных средств, т.е.
технологической основы для создания космических систем был достаточно
ограничен. Но зато практически неограниченное финансирование
космонавтики позволяло привлекать целые специализированные институты для
разработки под каждый космический объект своей специализированной
бортовой электронно-вычислительной машины.
В последние
десятилетия ситуация кардинально изменилась. С одной стороны, рынок
предлагает широкий выбор COTS (Commercial Off-The-Shelf) — "готовых к
использованию" базовых компьютерных аппаратно-программных компонентов:
магистрально-модульных систем, процессоров, устройств ввода-вывода, шин,
операционных систем — стандартизованных, апробированных и проверенных в
области промышленной автоматизации и в тоже время по своим
потребительским качествам удовлетворяющих высоким техническим
требованиям космонавтики. С другой стороны, возрастающие потребности в
компьютеризации на борту космических аппаратов (на борту космического
объекта могут требоваться сотни управляющих компьютерных систем) и все
более ограниченные возможности финансирования космической отрасли уже не
позволяют разрабатывать "с нуля" под каждый контур управления
"заказную" специализированную бортовую ЭВМ.
Путь один —
максимальное использование в космической отрасли COTS-аппаратуры для
создания на базе открытых стандартов и апробированных промышленностью
технологий специализированных бортовых компьютерных систем. Именно этим
путем пошла не только отечественная космонавтика, но и космические
отрасли зарубежных стран — США, Европы, Японии, Канады и др.
Полезным
следствием подобного единодушия явился тот факт, что когда человечество
пришло к идее и возможности построения Международной космической
станции (МКС) из орбитальных модулей различных стран, задача интеграции
бортовых и наземных компьютерных систем могла быть решена на основе
некой общей технологической базы. Компьютерные специалисты космических
отраслей различных стран имели схожий опыт работы с одной и той же
стандартизированной базовой аппаратурой: одинаковыми наборами
процессорных систем, шин обмена данными, стандартами
магистрально-модульных систем, стандартными устройствами сетевого
взаимодействия, стандартными типами устройств ввода-вывода. Был и опыт
работы с одинаковыми или похожими базовыми программными средствами:
операционными системами, сетевыми протоколами, языками программирования,
средствами разработки прикладного программного обеспечения и пр.
Это
не означает, что интеграция компьютерных систем интернациональных
партнеров по Международной космической станции была простой задачей.
Просто без той единой основы, которая априорно была создана широким
применением открытых технологий и стандартов в космических отраслях
стран-участников строительства МКС, интеграция столь сложных комплексов
была бы практически невозможна.
Пилотируемые
космические комплексы и орбитальные станции принадлежат, пожалуй, к
самым сложным техническим объектам, когда-либо созданным человечеством. И
наиболее ярким концентратором высочайших технологических достижений
интеллекта всего человечества является создаваемая в настоящее время на
околоземной орбите Международная космическая станция (МКС).