Почему на борту МКС необходимо большое количество компьютеров и вычислительной техники

Обновлено: 01.07.2024

Помимо предоставления мощной платформы для исследований и разработок, которые могут улучшить качество нашей жизни здесь, на Земле, МКС также является единственной долгосрочной космической платформой, доступной для демонстрации инноваций, которые могут расширить возможности для исследования космоса с экипажем и без него. . МКС предлагает возможности для развития технологий, охватывающие широкий спектр инициатив, от тестирования спутниковых компонентов и датчиков до производства на орбите и ввода в эксплуатацию новых объектов для передовых исследований и разработок. Роль Национальной лаборатории МКС в качестве испытательного полигона также дает ей уникальную возможность поддерживать оптимизацию новых технологических достижений и эксплуатационных усовершенствований для коммерциализации низкой околоземной орбиты и успеха будущих орбитальных платформ.

Примеры инициатив космических полетов по разработке и демонстрации технологий, которые обещают улучшить жизнь на Земле, включают:

Визуализация и датчики. Как более подробно описано на странице дистанционного зондирования, Национальная лаборатория МКС является мощной платформой для получения изображений Земли и космоса. Он одинаково хорошо подходит для поддержки демонстрации и оптимизации новых технологий дистанционного зондирования, таких как передовые датчики (например, технологии гиперспектральных и тепловых датчиков) с краткосрочным потенциалом для использования в коммерческих приложениях или в качестве инструментов поддержки принятия решений в гуманитарной сфере.
Энергоэффективность. Возможность оптимизировать энергетические системы с помощью космических испытаний обеспечивает прогресс в области устойчивого развития. Например, тестирование топливных элементов и других систем на основе жидкостей улучшает фундаментальное понимание производства, захвата и хранения энергии; а экстремальная радиационная среда за пределами МКС позволяет проводить тщательные испытания солнечных элементов, которые невозможны на Земле. (Дополнительную информацию см. на странице "Физические науки".)
Спутники и космические аппараты. В качестве стартовой платформы и корабля с постоянным экипажем на низкой околоземной орбите МКС поддерживает различные инициативы по тестированию и демонстрации спутников для исследований, связи и наблюдения за Землей. Тестирование отдельных компонентов, таких как передовые вычислительные технологии, также возможно на борту Национальной лаборатории МКС. Кроме того, испытания более крупных космических аппаратов для повышения надежности навигации и возвращения транспортных средств будут способствовать будущей коммерциализации низкой околоземной орбиты за счет расширения возможностей доставки и возврата, доступных коммерческим пользователям космических платформ.
Связь. Передовые коммуникационные технологии имеют решающее значение не только для исследования и освоения космоса, но и для развития наземных рынков. Достижения в области глобальных систем позиционирования для навигации и хронометража, интеллектуальных устройств для Интернета вещей (IoT) и наземных устройств связи для глобального доступа в Интернет требуют технологий, разработанных для космоса, для улучшения пропускной способности и возможностей обработки сигналов. Например, космические исследования и разработки в области лазерной связи открывают большие перспективы для обеспечения связи в дальнем космосе и расширения широкополосной связи на Земле.
Материалы, нанотехнологии и робототехника. Оптимизация различных материалов и робототехники для работы в суровых космических условиях позволит создать новый набор строительных блоков для спутников и космических станций нового поколения. Более того, уменьшение движения жидкости в условиях микрогравитации позволяет изучать материалы, полупроводники и наносистемы с непревзойденной точностью и детализацией, что позволяет улучшать коммерческие продукты на Земле. (Дополнительную информацию см. на странице "Физические науки".)
Производство на орбите. Помимо изучения материалов в космосе, производство определенных материалов с помощью космического производства может быть жизнеспособным коммерческим вариантом для некоторых секторов. Например, качество и производительность оптических волокон, изготовленных в условиях микрогравитации, значительно улучшаются. Это обеспечивает конкурентное преимущество, которое может сбалансировать долгосрочную стоимость космического производства, особенно если коммерциализация низкой околоземной орбиты продолжит повышать доступность и доступность НИОКР на борту космических платформ. Кроме того, космическое аддитивное производство может быть ценным инструментом для производства и обработки в космосе.
Содействующие технологии. Использование Национальной лаборатории МКС для демонстрации полезности и успеха новых технологий космических полетов для инновационных исследований и разработок не только максимально увеличивает использование МКС, но и прокладывает путь для космических платформ следующего поколения, позволяющих проводить более продвинутые исследования и разработки. Это поможет исследованиям на орбите идти в ногу с прогрессом наземных технологий в лабораторном оборудовании и возможностях.

Примеры недавних инициатив по развитию технологий в Национальной лаборатории МКС включают:

Программа аддитивных производственных операций позволяет сообществам пользователей МКС выполнять 3D-печать в космосе.
Коммерческая компания продемонстрировала технологию сборки и развертывания наноспутниковой системы на орбите, которая может существенно снизить стоимость спутниковых систем для космических НИОКР.
Проект продемонстрировал коммерческую жизнеспособность использования Национальной лаборатории МКС в качестве надежной и удобной в обслуживании платформы для получения и ретрансляции сигналов автоматической идентификационной системы (АИС) расширенного действия, связанных с морским слежением.
Компания космической отрасли использовала космические испытания для улучшения легкого, недорогого, маломощного и высокопроизводительного надежного многопроцессорного процессора полезной нагрузки для спутников следующего поколения.
Авиакосмическая компания продемонстрировала возможности системы сетевого захвата астероидов и другого орбитального мусора диаметром 7–10 метров, повысив уровень технологической готовности.
Разнообразие новых объектов позволяет проводить в Национальной лаборатории МКС передовые исследования и разработки в области клеточных культур, исследований на грызунах, выращивания белковых кристаллов, тестирования материалов и в других областях — все благодаря инновационным новым технологиям коммерческих, академических и государственные организации.

Связанные ресурсы

Каталог проектов национальной лаборатории МКС

В этой базе данных представлены недавние, текущие и предстоящие исследовательские проекты Национальной лаборатории МКС, направленные на улучшение качества жизни тех из нас, кто находится на нашей родной планете.

База данных оборудования национальной лаборатории ISS

Система ISS оснащена обширными передовыми аппаратными возможностями и современными технологиями, которые идеально подходят даже для самых передовых исследований в области наук о жизни. Просмотрите онлайн-базу данных оборудования ISS National Lab.

Руководство исследователя НАСА по демонстрации технологий на борту МКС

Этот буклет был разработан, чтобы предоставить потенциальным разработчикам технологий и передовых систем информацию, которая поможет в формулировании демонстрационных концепций, а также для ознакомления с возможностями, характеристиками и процессами станции.

Области исследований ISS

Физические науки
Науки о жизни
Развитие технологий
Дистанционное зондирование
Образование

Влияние микрогравитации широко распространено. Узнайте, как исследования на борту Национальной лаборатории МКС используют уникальную космическую среду для достижения прогресса в целом ряде дисциплин, включая науки о жизни, физические науки, разработку технологий, дистанционное зондирование и образование.

Предыдущие возможности

Международная космическая станция Национальная лаборатория США – это низкоорбитальная платформа с экипажем для исследований, разработок и обучения, которая вдохновляет на инновации и предоставляет возможности для открытий на благо человечества.

Техническая поддержка, но в космосе: взгляд на технологии, которые астронавты используют на МКС.

Стив Рейнджер — главный редактор ZDNet. Отмеченный наградами журналист, Стив пишет о пересечении технологий, бизнеса и культуры и регулярно появляется на телевидении и радио, обсуждая технические проблемы.

Прочитать

В исследовательской лаборатории будет установлен квантовый компьютер с 512 кубитами, созданный канадской компанией D-Wave Systems.

Он вращается вокруг Земли со скоростью 28 000 километров в час и является самым дорогим сооружением из когда-либо построенных, но в некотором смысле Международная космическая станция (МКС) ничем не отличается от любого другого офиса: здесь есть ноутбуки, принтеры и технологические обновления, о которых нужно беспокоиться. .

"Технологии – это часть всего, что мы делаем, и без них мы не смогли бы выполнить свою миссию. Это очень важно для нас, поэтому мы находимся в состоянии постоянных изменений с точки зрения того, как мы внедряем эти технологии для расширения наших возможностей. », — сказал ZDNet Стивен Хантер, менеджер по компьютерным ресурсам МКС в НАСА.

Hunter несет ответственность за все на борту МКС, от основной авионики до устройств, используемых экипажем каждый день.

"У нас есть уникальная рабочая среда на высоте 240 миль над Землей, но на самом деле все сводится к логистике и планированию", – сказал он.

Во многом это планирование во многом похоже на то, что любой средний бизнес сделал бы в связи с обновлением технологий, но с некоторыми дополнительными проблемами, такими как необходимость доставки любого нового оборудования ракетой.

"Каждый может относиться к необходимости выполнить какое-либо обновление системы, его легко указать и купить, нам просто нужно подумать о еще нескольких вещах, а логистика немного сложнее и дороже. , — сказал он.

Из-за огромных затрат на доставку объекта на МКС команда пытается добиться максимальной производительности от каждого компонента оборудования. На станции имеется около 100 ноутбуков, а также планшеты и другие устройства, и предполагается, что каждое устройство будет использоваться примерно шесть лет.

"Мы планируем использовать устройство до тех пор, пока оно практически не выйдет из строя", – говорит Хантер.

Что касается ноутбуков, МКС старается придерживаться стандартной модели, которая ограничивает количество запасных частей, которые необходимо перевозить на борту станции, и упрощает для экипажа базовый ремонт, например замену жестких дисков или аккумуляторов. Если ноутбук нуждается в более серьезном ремонте, обычно не стоит тратить время бригады на попытки его починить, хотя инженеры на местах могут помочь им в устранении некоторых неполадок.

В ISS также есть планшеты Apple iPad и Microsoft Surface Pro. "В исследовательском сообществе обычно есть люди, твердо работающие на iOS или Windows. Они оба лучше в чем-то, чем в чем-то, поэтому мы стараемся убедиться, что у нас есть инструменты", – говорит он.

Бортинженер МКС Рики Арнольд из НАСА готовит спутник к развертыванию, на котором отчетливо видны два ноутбука станции.

Однако, в отличие от большинства офисов, МКС должна вырабатывать собственное электричество, используя массив солнечных батарей, а это означает, что энергопотребление является ключевым фактором при выборе любого нового оборудования.

«На борту МКС все нуждается в энергии, а мы вырабатываем ограниченное количество энергии в день. В батареях можно хранить ограниченное количество энергии, и вам приходится управлять ею на всех устройствах, так что электроэнергия становится проблемой. Не то чтобы я мог просто вытащите его из коробки, подключите к стене, и он всегда будет под напряжением, что бы это ни было.

"Это живая, дышащая экосистема, эта удивительная вещь, которая находится на орбите, но чтобы использовать ее в полной мере, вы всегда должны мыслить так: "Как я повлияю на нее, если я что-то разверну?" , — сказал Хантер.

Например, в этом году МКС впервые с 2000 года модернизировала свои принтеры. Хотя принтеры используются для распечатки действий в чрезвычайных ситуациях в случае выхода из строя сетей, они также являются удивительно важной связью астронавтов с домом. на борту.

"Само тактильное ощущение бумаги может дать кому-то ощущение дома", – сказал Хантер. "Письма из дома, фотографии, которые вы можете распечатать, есть много всего, что дает вам ощущение дома, когда вы разлучены".

Помимо стандартных устройств, которые вы найдете в большинстве офисов, ISS также экспериментирует с новыми технологиями. Хантер сказал, что станция была одним из первых корпоративных пользователей Microsoft HoloLens, и он видит потенциал в инструментах дополненной реальности, которые могли бы помочь наземным экспертам проводить съемочную группу через сложные задачи.

"Возможно, они никогда не видели этот эксперимент, но если вы найдете эксперта по наземным системам, который знает об этом эксперименте или даже разработал его, они смогут провести команду через него, и команда сможет провести его. наука", — сказал он.

Еще один вариант — использовать дополненную реальность в рамках регулярных медицинских осмотров или во время неотложной медицинской помощи, чтобы медики на Земле лучше видели пациента или помогали экипажу проводить техническое обслуживание МКС.

"Это просто способ использовать технологии, чтобы сделать экипаж более эффективным и действенным во время сложных операций", – сказал Хантер.

Но, по словам Хантера, одной из потенциально самых интересных технологий, которые появятся на горизонте, является искусственный интеллект. НАСА уже использует элементы искусственного интеллекта в своих проектах и хочет использовать их в исследованиях космоса, где автоматические космические аппараты часто не будут поддерживать связь со своими операторами-людьми.

Хантер также сказал, что искусственный интеллект может сыграть роль в обеспечении эффективной работы космических кораблей, когда они находятся так далеко в космосе, что наземный Центр управления полетами не сможет обеспечить управление в режиме реального времени.

"Мы хотим провести проверку концепции на МКС для этого, но если мы собираемся добиться успеха при переходе к нашему проекту лунных ворот и при переходе на Марс, просто вся концепция того, как мы работаем и как мы вычислений в управляемых системах должно быть совсем по-другому", — сказал Хантер.

"Если вы думаете о Марсе, когда вы находитесь в переходном состоянии и когда вы действительно добираетесь до поверхности Марса, время связи туда и обратно составляет 24 минуты, поэтому нам придется проектировать системы в таких условиях. то, как они могут управлять собой, и использование технологий — это то, что будет способствовать этому."

Хантер сказал, что для этих проектов в дальнем космосе "каждая концепция управления полетом, известная нам сегодня, должна будет измениться" просто из-за расстояния. «У вас должны быть системы, которые спроектированы так, чтобы быть в состоянии управлять собой. Это вызов, который меня волнует, с точки зрения того, как мы интегрируем ИИ, чтобы помочь управлять системами по мере нашего продвижения вперед», — сказал он.

"Поскольку мы продолжаем совершенствовать МКС и использовать ее в качестве испытательного стенда для будущих исследований, речь идет [о] попытке проверить эти технологии, поскольку мы переходим к вещам, которые имеют еще большее расстояние и опасность, чем вы переходите к более глубокий космос", — сказал он.

Международная космическая станция: орбитальная лаборатория и рабочее место, требующее технической поддержки, как и любое другое.

Подробнее о НАСА

Сотрудник НАСА, который следит за компьютерами на Международной космической станции, рассказывает о роли систем на базе Linux и Windows на протяжении всей истории станции.

Настроение испуга и неуверенности, поскольку уходящий руководитель космического агентства объявляет о планах отказаться от миссии роботов по добыче полезных ископаемых

Это история использования ноутбуков на борту МКС с момента начала строительства в 1998 году, а также обзор некоторых новейших технологий, которые нашли свое применение на борту.

Космический корабль НАСА Orion имеет около 100 деталей, напечатанных на 3D-принтере в лаборатории аддитивного производства Lockheed Martin, и использует материалы нового поколения от Stratasys.

О полезной нагрузке космического корабля для ракеты SpaceX Falcon 9 с космическим кораблем Dragon, отправленным на Международную космическую станцию (МКС), был первый коммерческий готовый (COTS) высокопроизводительный компьютер на орбите Земли. Так получилось, что это один из первых суперкомпьютеров в космосе.

Вы думаете, что суперкомпьютеры уже были в космосе? Но, несмотря на вымышленные презентации, такие как HAL 2001 года и компьютеры Starship Enterprise, компьютерное оборудование на борту компьютеров космического корабля далеко не самое новое и лучшее.

Например, ISS запускается с использованием двух наборов из трех компьютеров командного и управляющего мультиплексора-демультиплексора (C&C MDM). Один русский, другой американец. Их процессоры — Intel 80386SX с тактовой частотой 20 МГц, прямо из 1988 года.

Другие космические аппараты, такие как космический корабль New Horizons, который недавно приблизился к Плутону, оснащены процессором Mongoose-V с частотой 12 МГц, основанным на процессоре MIPS R3000. Возможно, вы помните его гораздо более быстрого предка: чип, который привел вас в приключения в оригинальной Sony PlayStation примерно в 1994 году.

Требуется радиационная защита

Почему космические корабли используют такие устаревшие процессоры? По правилам НАСА не всякий компьютер может отправиться в космос. Компоненты компьютера должны быть защищены от радиации, особенно процессоры. В противном случае они имеют тенденцию выходить из строя из-за воздействия ионизирующего излучения. Индивидуальные процессоры проходят многолетнюю разработку, а затем еще несколько лет испытаний, прежде чем они будут сертифицированы для космических полетов. Например, НАСА ожидает, что его процессор общего назначения следующего поколения, вариант ARM A53, который вы, возможно, знаете по Raspberry Pi 3, будет готов к работе в 2020 году.

В космосе можно найти более современное оборудование; На МКС есть ноутбуки: ThinkPad T61p 2007 года выпуска, работающий под управлением Debian, Scientific Linux и Windows 7. Их заменяют HP ZBook 15, которые будут работать с тем же набором дистрибутивов Linux и Windows 10. Системы Linux действуют как удаленные терминалы к C&C MDM, в то время как системы Windows используются для электронной почты, Интернета и отдыха.

Но эти ноутбуки не являются высокопроизводительными компьютерами с высокой доступностью. Это обычные ноутбуки, которые, как ожидается, выйдут из строя. Действительно, на МКС более сотни ноутбуков, и большинство из них уже не работают.

Но для серьезной обработки данных — по научным причинам мы проводим эксперименты на космической станции — нам нужны высокопроизводительные вычисления.

Компания Hewlett Packard Enterprise задумалась: "Почему бы нам просто не использовать обычное оборудование?" В конце концов, большая часть коммерческой электроники может выдержать уровни радиации в кремнии от 500 до 1000 рад, что намного больше, чем выдерживает МКС. И это «Взрыв!» это результат.

Традиционный способ защитить компьютер космического корабля от радиации — добавить в его цепи резервирование или использовать изолирующие подложки вместо обычных полупроводниковых пластин на микросхемах. Это дорого и долго. Ученые HPE считают, что простое замедление работы системы в неблагоприятных условиях поможет избежать сбоев и сохранить работоспособность компьютера.

Цель годичного эксперимента – создать функциональный суперкомпьютер для работы в космосе, не тратя годы на его укрепление, используя готовые серверы и специально разработанное программное обеспечение. Основываясь на эксперименте на МКС, HPE и NASA пытаются укрепить компьютер с помощью программного обеспечения, ограничивая его скорость во время солнечной вспышки или другой радиационной опасности. Если это удастся сделать, говорит д-р Энг Лим Гох, главный исследователь миссии, вице-президент и главный технический директор SGI, Hewlett Packard Enterprise, «астронавты получат новейшие компьютеры, расширяющие их бортовые возможности — фактор, который становится важным. по мере того, как они удаляются от Земли».

Чтобы выяснить, работает ли этот метод, суперкомпьютер ISS находится в тени наземной двойной системы SGI/HPE в Чиппева-Фолс, штат Висконсин.

Какое будущее у высокопроизводительных вычислений? Какие проблемы стоят на пути к экзафлопсному масштабированию?

Компьютеры работают быстро: 5 миль в секунду

Космическая станция совершает оборот вокруг Земли (и видит восход солнца) каждые 92 минуты. Теперь у него есть компьютер, который может идти в ногу со временем.

Суперкомпьютер HPE на МКС использует двухпроцессорные серверы типа «коробка для пиццы» из семейства HPE Apollo 40 с процессорами класса Broadwell и высокоскоростным интерконнектом 56 гигабит в секунду. Он не составит серьезной конкуренции самому быстрому в мире суперкомпьютеру — китайскому Sunway TaihuLight, — но со скоростью более 1 терафлоп это действительно суперкомпьютер.

В 1997 году первым суперкомпьютером, побившим рекорд производительности в 1 терафлоп, был ASCI Red в Sandia National Laboratories. Это было сделано с 7 264 узлами, занимающими 104 шкафа, и потребляло 850 киловатт электроэнергии. Суперкомпьютер ISS достигнет своей впечатляющей производительности, используя два узла на четверти стойки с мощностью менее киловатта.

Вы не можете просто подключить его к 48-вольтовому блоку питания МКС, заряжаемому от солнечных батарей. В компьютере используются инверторы питания, поставляемые НАСА, для питания 110 В переменного тока, необходимого компьютеру для работы.

Еще одним препятствием было охлаждение суперкомпьютера. «Обычно компьютер HPE, подобный этому, имеет воздушное охлаждение. Но для МКС компания HPE создала (и астронавты будут устанавливать) «шкафчик» с водяным охлаждением, а не стандартную стойку для центра обработки данных», — говорит Дэйв Петерсен, один из главных исследователей миссии по оборудованию и инженер SGI по дизайну продукции и соответствию требованиям. . Однако остальную часть системы можно купить у HPE и доставить в офис уже сегодня. В конце концов, дело в том, чтобы протестировать обычное COTS-оборудование.

Как и наземные суперкомпьютеры, космический суперкомпьютер будет работать под управлением Linux, в частности, стандартной Red Hat Enterprise Linux 6.8.

Так что же произойдет на самом деле? Мы узнаем.

"Мы можем определить набор параметров, при которых суперкомпьютер может успешно работать в течение как минимум года без ошибок", – говорит доктор Марк Р. Фернандес, один из руководителей миссии по программному обеспечению и специалист по технологиям высокопроизводительных вычислений SGI. "С другой стороны, один или несколько компонентов системы выйдут из строя, и в этом случае мы проведем типичный анализ отказа на Земле. Это позволит нам узнать, что нужно изменить, чтобы сделать системы более надежными в будущем".

По словам Фернандеса, если этот программный метод повышения безопасности системы сработает, от этого выиграют все. Сегодня, когда космическому кораблю нужны высокоскоростные вычислительные мощности, он должен полагаться на наземные компьютеры. Для всего, что близко к взаимодействию в реальном времени, это означает, что только низкоорбитальные космические аппараты, такие как МКС, могут получить доступ к быстрым компьютерам. Компании тратят годы и миллионы долларов на запуск своих компьютерных проектов в космос. Использование оборудования COTS может революционизировать космические полеты и научные эксперименты, проводимые в космосе, позволяя космическим кораблям летать с оборудованием, близким к современному, вместо вычислительного оборудования, которое отстает от современного уровня техники.

Помимо ноу-хау, необходимого для вывода коммерческих компьютеров в космос, HPE рассчитывает получить и другие преимущества. Исследование программного обеспечения поможет HPE создать системы, способные работать в суровых условиях. Например, помимо космических кораблей, компьютеры вблизи ядерных реакторов также должны заниматься вопросами радиации. Какие бы уроки ни извлекли HPE, они будут применены ко всем линейкам ее компьютеров.

Этот шаг является частью более чем 30-летнего сотрудничества между HPE/SGI и NASA.Например, Pleiades , самый быстрый суперкомпьютер НАСА и 15-й по скорости в мире, был построен SGI.

Конечный результат? Если все пойдет хорошо, то в первом пилотируемом полете на Марс будут использоваться мощные компьютеры HPE COTS. Возможно, мы еще доживем до космических кораблей с научно-фантастическими компьютерами внутри их корпусов. Надеюсь на это.

Это самый дорогой объект из когда-либо созданных (92 млрд фунтов стерлингов и больше), самый быстрый из существующих пилотируемых транспортных средств (17 300 миль в час) и отправная точка для будущих миссий на Луну и Марс. Но когда компьютеры на борту Международной космической станции выходят из строя, астронавты, живущие там, делают то же самое, что и любой офисный дрон в Слау, — они вызывают ЭТО. Нам посчастливилось познакомиться с Тайсоном Такером и Джои Кроуфордом, авиадиспетчерами НАСА, ответственными за обеспечение бесперебойной работы первой постоянной космической колонии человечества.

Такер и Кроуфорд работают в Космическом центре имени Джонсона в Хьюстоне, штат Техас, в составе трехсменной команды, которая обеспечивает ИТ-поддержку — 24 часа в сутки, 365 дней в году — для космической станции, находящейся на высоте 250 миль над землей. их головы. Их команда OCA (адаптер орбитальной связи) имеет собственную MPSR (многоцелевую комнату поддержки), где они поддерживают передачу данных, видео и голосовую связь с постоянно растущей Международной космической станцией (МКС), а также контролируют LAN (локальную сеть). и, возможно, изобретете AFMA (еще несколько сокращений).

Какие ИТ у вас там есть?

«У нас на борту Station имеется очень большая сеть, включающая 68 ноутбуков IBM ThinkPad A31 и 32 устройства Lenovo ThinkPad T61p. Один из T61ps является сервером, что делает его сетью клиент/сервер с парой маршрутизаторов и Магистраль Ethernet. Там есть как кабельные маршрутизаторы, так и пара точек доступа Wi-Fi. Также есть выделенный IP-телефон для телефонных звонков и некоторые ограниченные возможности для видеоконференций, если астронавтам нужно увидеть свои семьи".

Как вы выбираете, какую технологию использовать?

"Каждый раз, когда мы выбираем ноутбук для полета, у нас есть процесс сертификации, чтобы определить лучшие из них. Мы проверим, насколько хорошо он выдерживает радиацию. [МКС подвергается компьютеры на Земле через год.] Мы также проверяем выделение газов на случай, если компьютер выделяет химические вещества, которые могут вызвать испарения на Станции.

"Вы будете удивлены, сколько компьютеров выживет на МКС. Я не могу придумать случая, когда у нас выходит из строя компьютер из-за самого излучения. Это может сократить срок службы, на который мы можем держать оборудование на орбите, но в большинстве случаев сбои такие же, как и здесь, на земле — у нас может выйти из строя жесткий диск или у нас возникнут проблемы с приложением, и в итоге машина перезагрузится». /p>

Могут ли астронавты брать с собой в космос нетбуки, iPod или игровые приставки?

"Мы должны контролировать то, что они могут принести, но они могут делать запросы, и мы оценим их, чтобы увидеть, что можно удовлетворить. На самом деле это очень редко - большинство запросов касается личных вещей. Если съемочной группе нужны определенные фильмы, музыка или телепередачи, мы можем подключить их к серверу, и тогда они смогут получить к ним доступ с любого компьютера."

Как вы перемещаете данные на МКС и обратно?

"У нас есть часть спутника KU-диапазона, которую мы контролируем для восходящей и нисходящей линии связи. Мы говорим о 3 Мбит/с входящего и 10 Мбит/с входящего трафика или, может быть, немного меньше для некоторых накладных расходов. Это наша часть для перемещения файлов. Все управляется через сервер и НАСА, поэтому у экипажа нет прямого подключения к Интернету.

«На самом деле, по электронной почте команда получает очень ограниченные обновления, всего три раза в день. Каждые восемь часов сотрудник OCA в Хьюстоне отключает их автономную учетную запись электронной почты и синхронизирует ее с сервером на земле. отправить, затем выйти в мир, приходят новые, и мы связываем их с командой."

Чем ИТ МКС отличается от предыдущих миссий НАСА?

"Это работающие ученые, проводящие исследования, поэтому сеть используется практически для всего. В повседневной работе команда использует свои ноутбуки для проверки процедур, просмотра своего графика и проверки своей электронной почты. Все. на бортовых компьютерах.Одно большое различие между космической станцией и программой "Шаттл" заключается в том, что "Шаттл" по-прежнему использует все бумажные, распечатанные процедуры.На МКС все процедуры находятся на сервере.Везде, где можно подключить ваш ноутбук на сервер, вы можете работать оттуда."

А что происходит, когда что-то идет не так?

"Экипаж обучен управлять компьютерными системами и ноутбуками на орбите. Они проходят процедуры и устраняют неполадки, поэтому, когда они прибывают туда, они очень хорошо понимают, с чем они могут справиться.Команда в Хьюстоне здесь, когда экипаж видит что-то, к чему они не привыкли, или не видели раньше, или не могут исправить сами. Они свяжутся с нами, и мы изучим проблему и предоставим им исправление.

"У нас есть возможность удаленного доступа, куда мы можем пойти и помочь им на борту, и у нас также есть точная копия сети МКС здесь, на Земле. Таким образом, мы можем смоделировать, что происходит на борту станции, и посмотреть на наши продукты здесь, чтобы узнать, сталкиваемся ли мы с той же проблемой на земле."

Вы когда-нибудь говорили астронавтам просто выключить все и снова включить?

«Одна вещь, которая действительно влияет на повседневную работу команды, — это отказ самого файлового сервера. Это вынуждает их перезагружать жесткий диск и переустанавливать все сетевые диски и все приложения. достаньте носитель и загрузите изображение на жесткий диск. Это серьезный удар для съемочной группы, потому что мы не можем делать все за них с земли.

"Но время безотказной работы у нас довольно хорошее. За последние девять лет такое случалось только дважды, и так уж случилось, что мы оба были на консоли. Обычно мы можем восстановить его в течение 24 часов. Таким образом, мы не влияет на несколько дней."

Было несколько случаев, когда вирусы попадали на МКС. Как вы пытаетесь предотвратить это?

"Каждую неделю мы подключаем новые описания вирусов. Мы подключаем и сразу же развертываем их, поэтому мы работаем настолько актуально, насколько это возможно. Если когда-либо был вирус, мы можем взломать этот компьютер. отключите от сети, изолируйте его и разберитесь, в чем проблема. Даже если требуется полная перепрошивка, поместить в карантин довольно просто. Но то, как у нас настроено ИТ, есть сеть на борту, есть сеть на земле, и они очень изолированы от вирусов в Интернете."

Сталкивались ли вы когда-нибудь с хакерами, проникающими в системы ISS?

«Программное обеспечение, которое мы используем для взаимодействия с землей, представляет собой всего лишь передачу файлов туда и обратно, и это было бы очень сложно сделать. Вероятность того, что кто-то взломает станцию, практически отсутствует, и это никогда не случалось. Даже если бы они могли, сами ноутбуки не имеют критически важной функции, такой как жизнеобеспечение. Существует набор ноутбуков, которые обеспечивают экипаж предостережениями и предупреждениями, но с повседневной точки зрения космонавты действительно не используют их - земля следит за ними."

В отчете Счетной палаты правительства США за 2007 год говорится, что неисправные ноутбуки «выбрасываются за борт, чтобы сгореть в атмосфере». Это правда?

"Мы не просто выбрасываем их в шлюз! У нас уже были неисправные ноутбуки в прошлом, когда мы помещали их на корабль "Прогресс" [одноразовый российский грузовой космический корабль, используемый для утилизации мусора], и он сгорает в атмосфере. . Но мы не всегда делаем это, это зависит от неисправности. Если мы хотим что-то исследовать или попросить инженеров взглянуть на это, мы постараемся вернуть этот ноутбук на борт шаттла."

МКС все еще строится. Что ждет ее ИТ-сеть в будущем?

«По мере того, как мы добавляем модули и расширяем возможности на орбите, наша сеть будет расширяться за счет этих модулей, будь то добавление дополнительных маршрутизаторов или добавление дополнительных точек беспроводного доступа. И каждые пару лет мы будем рассматривать достижения. в технологии как для приложений, так и для оборудования, чтобы увидеть, как мы можем применить это к сети. По большей части с ноутбуками нам не нужно их менять. Они уже делают все, что нам нужно, поэтому вы можете только увидеть новый ноутбук каждые четыре года."

Чтобы узнать больше о технологиях на борту МКС, см. другую часть нашего специального выпуска: Информационные технологии космической станции: высокие технологии.

Хотя маловероятно, что в ближайшее время мы увидим большие суперкомпьютеры на Международной космической станции (МКС), HPE получает преимущество в предоставлении более продвинутых бортовых вычислительных возможностей с помощью пары своих компьютеров с метким названием «Аполлон». серверы с водяным охлаждением на орбите.

Компьютеры с двумя сокетами, подключенные к Infiniband, предоставят вычислительные возможности Broadwell на ISS, в основном выполняя тесты, в том числе High Performance Linpack (HPL) — показатель, определяющий рейтинг 500 лучших суперкомпьютеров. Эти тесты, в дополнение к более ориентированному на перемещение данных тесту HPCG и собственному параллельному тесту NASA NAS, определят, какие изменения производительности, если таковые имеются, следует ожидать при переносе большего объема вычислений в космос.

Как рассказал The Next Platform Марк Фернандес из HPE, два компьютера HPE Apollo 50 поставляются прямо с завода — другими словами, аппаратное обеспечение не защищено от радиации и магнитных помех.Большая часть работы его команды была сосредоточена на множестве настраиваемых параметров ЦП, памяти и твердотельных дисков, находящихся на борту МКС. Отличие заключается в «шкафчиках», которые компания HPE изготовила и испытала в полете на соответствие более чем 140 сертификатам безопасности, необходимым для бортового оборудования МКС.

Ниже представлена фотография шкафчика, разработанного и изготовленного HPE для размещения серверов, сети и устройств хранения данных. После установки в стойку NASA ISS Express Rack это лицо будет видно и к которому будут иметь доступ астронавты. Астронавты подключат электроэнергию, Ethernet для работы в сети и охлажденную воду для охлаждения.

Шкафчик имеет размеры 36,6 Д x 21,5 Ш x 10,0 В и весит 124 фунта. на земле. В крайнем правом столбце соединений с подключенными кабелями. Это шесть (6) шнуров питания на 110 В переменного тока. Три основных и три резервных. В правом верхнем углу рядом с верхним кабелем питания находится стандартный порт Ethernet для работы в сети. Резервный порт Ethernet находится в аналогичном месте рядом с нижним шнуром питания. Его вид несколько затемнен. Красный элемент на изображении — это точка подключения выхода охлажденной воды. Впускное отверстие для охлажденной воды – это блестящий прямоугольный металлический элемент, показанный прямо над ним.

Ситуация с электропитанием и охлаждением предоставляет некоторые интересные «бесплатные возможности» для работы с более мощной системой. МКС имеет обширные солнечные батареи для обеспечения питания, но они потребляют 48 вольт постоянного тока, для которых НАСА предоставило инверторы на 110 вольт. Внутри шкафчика, изображенного выше, находится теплообменник, который подключается к стандартному контуру охлажденной воды в ISS, что позволяет системам отдавать 75% тепла воде. Теплый воздух, обдуваемый теплообменником, выталкивается в космос.

(Нажмите, чтобы увеличить) Другой взгляд на стойку. Структура сервера и его блоков питания и охлаждения.

Сама система работает под управлением стандартного RHEL 6.8 для тестового набора и имеет функции, общие для гораздо более крупных суперкомпьютеров, включая соединения Infiniband. «Мы выбрали оптическое межсоединение 56 Гбит/с, потому что предполагали, что с медью мы получим большую реакцию от радиации и магнитных полей. Мы также устранили вращающуюся ржавчину — здесь нет традиционного жесткого диска, потому что на него будут воздействовать те же условия. На каждом узле есть восемь твердотельных дисков; четыре из них маленькие, но быстрые, остальные большие, но медленные, поэтому мы можем увидеть, какое влияние они могут оказать на одно по сравнению с другим», — объясняет Фернандес.

В целом миниатюрный космический суперкомпьютер способен развивать производительность в терафлопс, что на порядок превышает все, что есть на борту МКС в настоящее время. Хотя это далеко не система класса Top 500 (в конце концов, это всего лишь два узла), Фернадес говорит, что видит будущее, в котором они масштабируют ее до большого количества узлов для увеличения вычислительных возможностей ISS. Однако на данный момент цель состоит в том, чтобы определить, какие последствия (если таковые имеются) будут страдать для реальных приложений, в частности, с точки зрения ошибок.

«Мы смотрим в макрос на укрепление системы для космических условий. Традиционное упрочнение рассматривает определенный тип излучения или магнитного поля, а затем анализирует физику, чтобы увидеть, какие компоненты могут быть затронуты, чтобы определить стратегию защиты или построения», — говорит Фернандес. «Есть много ручек, которые мы обычно не трогаем в BIOS, скорости процессора, памяти и турбо-режимах». Он добавляет, что в лабораториях компании в Чиппева-Фолс, штат Висконсин, есть параллельные системы, которые служат контрольной группой для сравнения HPL и других результатов. В системах постоянно проводятся тесты с шагом в 2,5 часа, и они будут продолжаться в следующем году.

Что касается производительности, для этих систем нет возможности разгона. «Иногда в HPC мы хотим, чтобы эти машины работали как можно быстрее, и мы можем не дать аппаратному обеспечению время для обнаружения и исправления ошибок, которые мы ищем здесь. Учитывая системы на борту МКС сейчас, мы думаем, что даже если мы замедлим эти машины Аполлона, они все равно смогут превзойти любые другие бортовые системы».

"Это первый шаг к суперкомпьютерам общего назначения на борту", – заключает Фернандес. «Мы хотим, чтобы эти системы работали, не давали сбоев и постоянно давали правильные ответы. Мы заинтересованы в производительности, поэтому мы будем запускать эти машины на МКС 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, 365 дней, чтобы увидеть, как далеко они пройдут».

Подпишитесь на нашу рассылку

Основные моменты, анализ и истории за неделю прямо от нас в вашу почту, и ничего между ними.
Подпишитесь сейчас

Читайте также: