Малоизвестные страницы из жизни промышленных компьютеров

Многочисленные публикации, посвященные промыш­ленным компьютерам, уже познакомили читателя с этими замечательными устройствами и их удивительными каче­ствами, позволяющими работать там, где обычные системы оказываются просто бессильны. И хотя даже сегодня на многих предприятиях отечественной промышленности и транспорта вместо “индустриальных крепышей” частень­ко можно встретить многострадальные “офисные машин­ки”, завернутые в тонкую целлофановую пленку, якобы за­щищающую их от пыли и влаги (в это трудно поверить, но автор имел несчастье увидеть это собственными глазами), хочется верить, что уже в ближайшем будущем хотя бы в наиболее ответственных промышленных приложениях будут использоваться современные специализированные вычислительные системы. Однако не будем о грустном.

Настала пора раскрыть еще несколько малоизвестных страниц из “личной” жизни промышленных компьюте­ров, которые, возможно, помогут им занять должное место и в нашей “околопромышленной” жизни.

Уникальные функциональные возможности промышлен­ных компьютеров успешно находят применение в областях, весьма далеких от производства и не характеризующихся сложными условиями эксплуатации. Поскольку любой про­мышленный компьютер обладает более высокой надежно­стью по сравнению со своим офисным собратом, многие го­сударственные и частные организации предпочитают ис­пользовать именно их для решения наиболее ответственных задач. требующих круглосуточной ра­боты. Например, национальные банки Швейцарии и Франции, а также некоторые биржи в США на протяжении ряда лет эксплуати­руют промышленные компьюте­ры TexasMicrosystems (модели 5014 и 8514). Высокая надеж­ность наряду с ремонтопригод­ностью и неприхотливостью по­зволяют снижать простои, смер­тельно опасные для банковской и финансовой деятельности,

При этом достаточно продол­жительные сроки средней наработки на отказ, заложенные в на протяжении многих лет, в промышленные компьютеры и технические средства с восстановлением их работоспособ­ности. Сроки восстановления промышленных компьюте­ров, определяемые их архитектурой, существенно ниже по сравнению с обычными и составляют менее 30 минут, что также сокращает время простоя информационной систе­мы в случае поломок техники. Поскольку подавляющая

Неказистый на вид сервер 5014 , используемый в банках и биржах для обработки информации, а также в качестве телефонных систем, позволяет существенно уменьшить финансовые затраты.

Таблица 1

Характеристика5014S 013 P
1.Тип корпусаБашняБашня
2.Количество и тип слотов расширения (модель 5014 позволяет монтировать два компьютера в одном корпусе)14 / ISA13 ISA/PC!
3.Рабочая температура, С”0-550-55
4.Влажность, %5-955-95
5.Удар, Q (продолжительность 10 мс)1,01,0
6.Вибрация, G (в диапазоне 5-100 Гц)0,250.25

Модель 8514 – один из наиболее защищенных компьютеров фирмы TexasMicrosystems. Используется на биржах США благодаря своей высокой надежности.

Поскольку подавляющая часть компьютеров на процессорах ____ и существенная часть компьютеров на RISC-процессорах использует архи­тектуру пассивной объединительной платы, кстати, разра­ботанную уже упоминавшейся выше фирмой TexasMicrosystems, при выходе из строя, например, платы ЦПУ для ее замены достаточно открыть крышку и. открутив всего один винт. извлечь плату (для замены материнской платы в обычном офисном компьютере его иногда приходится почти полностью разбирать). То же касается и модерниза­ции современных промышленных компьютеров – хотя остается общая для всех систем проблема совместимости с вновь выпускаемыми процессорами, процесс модерни­зации промышленных компьютеров обычно проходит менее болезненно.

Высоконадежные компьютеры незаменимы в космосе. но не менее важную роль они играют и на Земле в процессе обеспечения космических полетов. Высокая стоимость, плотный, расписанный на многие годы вперед, график про­ведения научных экспериментов в космосе предъявляют исключительно высокие требования ко всем техническим средствам, применяемым в ходе этих экспериментов. В свя­зи с этим дополнительные затраты на приобретение и ис­пользование компьютеров, удовлетворяющих промышлен­ным стандартам, выглядят не только обоснованными, но и необходимыми. Так, в ходе серии экспериментов по выра­щиванию растений в условиях невесомости, проводив­шихся в лаборатории “Спейслэб”, установленной на бор­ту американского космического корабля “Шаттл”. для сбора и обработки на Земле данных применялись компьютеры SP5500 фирмы TexasMicrosystems. Компьютер этой моде­ли представляет собой промышленный сервер для ответственных приложений, предназначенный для работы под управлением основных операционных систем. Сервер имеет до 4 процессоров IntelPentium, ОЗУ с коррекцией ошибки емкостью до 768 Мбайт и 20 слотов расширения. В связи с таким назначе­нием компьютера при его разработке был реализован целый ряд технических решений, повышающих телеотказоустойчивость.

Компьютер МСН_202 имеет 14 слотов расширения. Разработчики постарались оптимизировать систему охлаждения основ­ных блоков компьютера за счет управления внутренними потоками воздуха. Корпус компьютера разделен на два от­сека горизонтальной перегородкой. В нижнем отсеке раз­мещаются блоки питания (до двух, избыточной мощнос­ти с автоматическим распределением нагрузки), два съем­ных блока вентиляторов (по три вентилятора производи­тельностью 18 куб. футов воздуха в минуту в блоке), а так­же накопители: три размером 5,25″ (НЖМД, оптический на­копитель CD-ROM, магнитооптический накопитель, стри­мер и т. д.), один размером 3,5″ (НГМД), размещаемые гори­зонтально, и шесть вертикально расположенных съемных НЖМД. Блоки питания, вентиляторы и НЖМД могут заме­няться в горячем режиме без выключения компьютера. В верхнем отсеке устанавливается пассивная объе­динительная плата, платы ЦПУ и расширения, плата конт­роля, индикатор состояния основных подсистем и два мощ­ных вентилятора производительностью 105 куб. футов воздуха в минуту. Поток внешнего воздуха осуществляется че­рез защищенные фильтрами отверстия всасывающих вен­тиляторов. что наряду с эффективным обдувом основных компонентов обеспечивает поддержание избыточного да­вления внутри корпуса и исключает возможность попада­ния внутрь пыли и влаги. Температура внутри корпуса, па­раметры работы вентиляторов и блоков питания компью­тера контролируются встроенными средствами диагнос­тики. которые и управляют работой вентиляторов, повы­шая или понижая скорость их вращения в зависимости от реальной температуры.

Блоки питания имеют мощность 400 Вт каждый, а рас­пределение нагрузки на каждый блок производится ав­томатически. В случае выхода из строя одного из блоков второй берет на себя всю нагрузку.

Дисковая подсистема представляет собой встроенный отсек с разъемами, в который могут устанавливаться до 6 НЖМД стандарта L’SCSI или LAVSCSI емкостью до 4 Гбайт каждый, позволяющих создавать матричную дисковую подсистему типа RAID с возможной заменой отдельных дисков в “горячем” режиме.

Данные о состоянии компьютера и отдельных его под­систем выводятся на ЖКД или флуоресцентный экран на передней панели.

Компьютер предназначен для монтажа в стандартный 19-дюймовый шкаф и первоначально создавался для ис­пользования в составе цифровых АТС и систем компью­терной телефонии. Данная область применения уже дав­но освоена и надежно удерживается промышленными компьютерами. Связано это в первую очередь с необходимостью установки в та­кой компьютер большого количества специализиро­ванных телефонных плат, расширяющих функциональные возможности цифровых АТС.

Американские фирмы AT&;T и Dialogic, на протяжении ряда лет используют компьютеры Texas Microsystems модели 3220 с 20 слотами расширения в составе своих систем.

Такое качество промышленных компьютеров, как наличие большого количества слотов расширения, делает их незаме­нимыми в приложениях, требующих установки в компьютер большого количества функциональных плат либо монтажа в одном корпусе нескольких (обычно до 4) компьютеров. Вы­пуск полупроводников и оптических дисков для накопителей CD-ROM может быть смело отнесен к высокоточному про­изводству, не допускающему сильных вибраций или колеба­ний температур, характерных для “привычных” условии эк­сплуатации промышленных компьютеров. Тем не менее имен­но это производство является крупным потребителем про­мышленных компьютеров. На их базе строятся системы уп­равления технологическим процессом и контроля качества. Примером такого использования могут быть подсистемы управления установками по производству полупроводников, созданные на базе оборудования, выпускаемого фирмой Keithley Metrabyte (США).

В последнее время все более широкое распространение получают так называемые smart-карты, которые служат средством электронных платежей, обеспечивают доступ в помещения или к компьютер­ным системам, используются в качестве носителей информа­ции и помогают решать многие другие задачи. Например, в ходе выполнения программы модер­низации телефонной сети Тай­ваня было принято решение о выпуске smart-карт для оплаты населением страны всех теле­фонных переговоров. При этом на каждой карточке запи­сывается ее уникальный номер и пароль доступа. Процесс выпуска таких карт связан с необходимостью организации ввода и вывода многочисленных потоков данных. Задача была решена за счет использования промышленного ком­пьютера МСН-202 производства фирмы Mitac (Тайвань). Ус­тановленные в компьютер, имеющий 14 слотов расшире­ния, платы сбора и обработки данных обеспечили выпуск smart-карт с темпом 3000 единиц в час.

И уж совершенной неожиданностью стало применение промышленных компьютеров в индустрии развлечений. Те, кто бывал в кегельбанах Японии, наверняка обратили внимание на установленные там компьютерные мониторы, на которых можно “понаблюдать со стороны” за собственным броском или поточнее узнать о ходе игры, а на широкофо­рматном мониторе получить видеопоздравление после удачного броска (ни одного одинакового в течение дня!) или “слова утешения” в случае неудачи. Управление все­ми мониторами (по одному малому и одному широко­форматному на каждые две дорожки) производится с помощью компьютеров MSC-242 производства фирмы Mitac (по одному компьютеру на каждые четыре мони­тора). При этом компьютеру приходится ежедневно вы­держивать вибрацию, возникающую при каждом броске, что является не таким уж простым испытанием даже для промышленного компьютера (хотя японские игроки бу­дут, пожалуй, “помельче” наших). В общей сложности в японских кегельбанах таким образом оборудованы 450 дорожек, на которых ежедневно пробуют свои силы не одна тысяча игроков.

Знакомство с представленной выше информацией по­зволяет смело утверждать, что промышленный компью­тер является средством применения в разных областях науки, техники и повседневной жизни землян.

Индустриальные компьютеры Advantech

Фирма Advantech является одним из крупнейших производителей индустриальных компьютеров. В данной статье рассмотрены производимые ею шас­си (корпус системного блока с кросс-платой и источ­ником питания), а также системные платы и видеомо­ниторы.

Пользователь обладает широким выбором базовых вариантов изделий и их модификаций. В табл. 2 указаны ос­новные технические характеристики шасси индустриальных компьютеров IPC-622, IPC-620, IPC-615, IPC-614, IPC-610, IPC-6806, MBPC-641, IPC-6006, про­изводимых фирмой Advantech. Рас­смотрим особенности конкретных тех­нических средств подробнее.

Шасси IPC-620 (Industrial PC Chassis) специально разработано для приложе­ний, требующих большего количества слотов расширения и накопителей на магнитных дисках или для интеграции множества вычислительных систем в одном корпусе, На его передней пане­ли расположена запирающаяся на ключ пыленепро­ницаемая дверца. Она предотвращает несанкциони­рованный доступ к расположенным за ней выключа­телю питания, блоку накопителей на магнитных дис­ках и четырем наборам органов управления (кнопкам сброса, индикаторам питания). Кроме того, на перед­ней панели корпуса размещаются четыре 5-пиновых разъема типа DIN для подключения нескольких (до четырех) клавиатур и легко убирающиеся ручки. Шас­си также включает кросс-плату РСА-6120М (размеры 418х 200 мм) с индикаторами питания (2 набора светодиодов для +5В, -5В, +12В, -12В), содержащую 20 слотов шины ISA для размещения полноразмерных плат (338 мм х 122 мм). Кросс-плата имеет 4 слоя с отдельными слоями для питания и земли. Данная кросс-плата допускает гибкую модернизацию с воз­можностью конфигурации одной вы­числительной системы (имеющей 20 слотов), двух систем (по 10 слотов е каждой), трех (5, 5 и 10 слотов) или че­тырех независимых вычислительны? систем (по 5 слотов в каждой). Размещаемый внутри корпуса блок НМД может включать до восьми накопителе! на гибких или жестких дисках размером 3х” (НЖМД или НПМД), доступ которым осуществляется после открытия дверцы на передней панели. В состав IPC-620 также входят:

– источник питания мощностью 350 В

– 4 высокоскоростных охлаждающих вентилятора 86 CFM;

– два заменяемых воздушных фильтра, размещаемые за передней панель! Возможно комплектование шасси IPC-620 двумя кросс платами с 8 слотами ISA/PCI и двумя источниками питания, каждый из которых имеет мощное’ 250Вт.

Другой тип шасси – IPC-622 – одна из последних разработок фирмы Advantech. Так же как IPC-620, данное шасси предназначено для приложений, требующих большего количества слотов расширения с возможностью размещения полноразмерных плат. Основными особенностями шасси данного типа являются повышенная надежность, средства обнаружения неисправностей и аварийной сигнализации. Для ис­пользования совместно с IPC-622 разработаны четыре варианта кросс-плат. Кросс-плата РСА-6120 предназ­начена для создания вычислительной системы с 20 слотами расширения с шиной ISA. Другой вариант кросс-платы – РСА-6120D – позволяет образовать две независимые вычислительные системы в одном корпусе (по 10 слотов ISA в каждой). Кросс-плата РСА-6120Q образует 4 системы по 5 слотов, а РСА-6120Р4 – одну с пятнадцатью слотами ISA. четырьмя PCI и одним слотом для системной платы. В корпусе может размещаться до шести НМД, в том числе четыре доступных с передней панели накопителя размером до 5.25″ половинной высоты, а также два НЖМД 3,5″.

Таблица 2

Технические

Хара1яврй<!1М*и

1РС-в22TPC-620(PC-615IPC-614IPC-S10IPC-6806MBPC-641“РОв006
Число слотов ISA2020151414646
Мощность источника питания, Вт30035030025025015065
Число НМД (3S”)283112
Число НМД (5)”)433
Размеры (ширина, высота, длина), мм482х267х457482х177х610482х177х478482х177х448482х177х452166х170х393114х197х245368х186х1
Вес, кг30252020195,62,82,2
Монтажстойка 19″стойка 19″стойка 19″стойка 19″стойка 19″поверхностьповерхностьповерхность

Шасси IPC-622 имеет большую высоту по сравне­нию с IPC-620, но значительно меньшую длину, что достигнуто за счет размещения конструктивных элементов на двух уровнях: на ниж­нем – НМД и источники питания, на верхнем – отсек для размеще­ния плат. Корпус оборудован че­тырьмя высокоскоростными ох­лаждающими вентиляторами 49CFM с воздушными фильтрами. Разъемы для подключения клавиа­тур располагаются на передней и задней панелях (по 4 на каждой). За дверцей находится выключатель питания, кнопка сброса аварийной сигнализации, четыре НМД, четы­ре кнопки броса системных плат и разъемы подключения клавиату­ры. На самой крышке размещают­ся светодиодные индикаторы на­пряжений питания +5В,+12В, -5В, -12В, индикаторы работы НМД и аварийного состояния источника питания, вентилятора, повышенной температуры. Система обнаруже­ния неисправностей постоянно контролирует работоспособность шасси. Если выйдет из строя источник питания или один из вентиляторов, либо температура воздуха внут­ри шасси превысит 65°С, то соответствующий свето­диодный индикатор поменяет цвет с зеленого на крас­ный и включится звуковой сигнал. После нажатия на кнопку сброса аварийной сигнализации звуковой сигнал прекратится, но соответствующий светодиод останется красным до устранения неисправности.

Источник питания шасси IPC-622 мощностью 300 Вт обладает избыточностью, повышающей надеж­ность системы и продлевающей ее жизнь. Он состо­ит из двух одинаковых 300-ваттных независимых мо­дулей, которые во время нормальной работы систе­мы совместно несут всю нагрузку. Если один из мо­дулей выйдет из строя, другой автоматически начнет работать с полной нагрузкой без остановки системы. Звуковой сигнал и индикатор аварийного состояния источника питания известят пользователя об аварии. После этого неисправный модуль может быть вынут со стороны задней панели корпуса и заменен исправ­ным без выключения системы.

Для приложений, требующих меньшие габаритные размеры и вес системного блока и допускающих мень­шее число свободных слотов кросс-платы и НМД, раз­работано шасси IPC-614. На передней панели его стального корпуса расположены разъем для подклю­чения клавиатуры и защитная дверца, закрывающая выключатель питания и НМД. а также 2 высокоскоро­стных охлаждающих вентилятора 86 CFM со сменны­ми воздушными фильтрами. Воздушный поток созда­ет дополнительное давление внутри корпуса, не допускающее проникно­вения в него пыли и грязи. IPC-614 имеет кросс-плату РСА-6114 или РСА-6114D с 14 слотами шины ISA с возможностью размещения в кор­пусе 10 полноразмерных и 4 плат половинного размера. Кросс-плата имеет размеры 315х 1″‘5 мм, содер­жит светодиодные индикаторы пи­тания (+5В,-5В.+12В.-12В). Кросс-плата РСА-6114D отличается от РСА-6114 тем, что она предназначе­на для поддержки двух независи­мых вычислительных систем в од­ном корпусе с 8 и 6 слотами. Для размещения НМД в корпусе имеет­ся металлическая коробка с ударо-поглощающей резиновой подклад­кой, вмещающая до 3 доступных с передней панели 5-дюймовых нако­пителей на сменных магнитных дисках и один постоянный НЖМД размером ЗУ,”. Шасси включает так­же источник питания мощностью 250 Вт и динамик.

Технические характеристики шасси IPC-610 близки соответствующим параметрам IPC-614, но в их конструкциях имеются небольшие различия. На передней панели шасси IPC-610 разме­щается запирающаяся на ключ дверца, которая защи­щает НМД и переключатели от несанкционированно­го доступа и попадания инородных частиц. Под ней находится выключатель питания, кнопка сброса и кнопка, позволяющая блокировать клавиатуру, а также светодиодные индикаторы питания, работы НЖМД и блокировки клавиатуры. Разъемы типа DIN для под­ключения клавиатуры расположены на передней и задней панелях корпуса. Кросс-плата РСА-6114, уста­навливаемая в данное шасси, содержит 14 слотов ISA. это позволяет разместить в корпусе IPC-610 10 пол­норазмерных плат и 4 платы половинного размера.

Шасси следующего типа IPC-615. также как и IPC-622, является одной из последних разработок фирмы Advantech и отличается повышен­ной надежностью и наличием средств контроля неисправностей и аварийной сигнализации. Шасси позволяет размещать до 15 полно­размерных плат. Его габаритные размеры близки соответствующим размерам шасси IPC-614 иIPC-610. Шасси IPC-615 оборудуется кросс-платой РСА-6115, имеющей 15 сло­тов с шиной ISA. или кросс-платой РСА-6114Р4, содер­жащей 9 слотов ISA, 4 слота PCI и один слот для раз­мещения системной платы (PICMG). В корпусе могут быть установлены два НМД половинной высоты и один размером 3.5″. Ко всем НМД обеспечивается до­ступ с передней панели.

Корпус оборудован запирающейся на ключ двер­цей, которая закрывает доступ к НМД, выключателю питания, кнопкам сброса процессора, сброса аварий­ной сигнализации, блокировки клавиатуры и контро­ля динамика. На самой дверце размещаются светоди­одные индикаторы питания (+5В, +12В.-5В,-12В).

Системные платы Advantech

Возможности индустриальных компьютеров, постро­енных на базе рассмотренных выше шасси, во мно­гом определяются используемыми системными пла­тами. Существует множество разновидностей основ­ных вариантов системных плат, производимых фир­мой Advantech, и в табл. 2 и 3 приведены их основ­ные характеристики. Рассмотрим характерные черты индустриальных системных плат на примере платы РСА-615″.

В основных чертах системная плата РСА-6157 иден­тична системным платам обычных бытовых персо­нальных компьютеров, за исключением того. что она не содержит слотов для размещения в них дополни­тельных плат, а сама вставляется в слот кросс-платы индустриального компьютера (что позволяет ее быст­ро заменить в случае выхода из строя), имеет мень­шие размеры, вес, более устойчива к неблагоприят­ным факторам внешней среды (температура, влаж­ность. механические воздействия и т. д.).

Системная плата РСА-6157 является полноразмер­ной и содержит процессор Intel Pentium с тактовой частотой 75, 90, 100, 120, 133, 150 или 166 МГц. РСА-6157 вставляется в свободный слот кросс-платы ин­дустриального компьютера со стандартной шиной ISA или ISA/PCI. Кроме внутренней кэш-памяти процес­сора Pentium (16 Кбайт) плата РСА-6157 может допол­нительно содержать 256 или 512 Кбайт кэш-памяти второго уровня. На ней размещается от 8 до 128 Мбайт ОЗУ на нескольких (до четырех) 72-пиновых модулях типа SIMM (Single In-line Memory Module), каждый из которых может содержать 4. 8, 16 или 32 ‘ Мбайт памяти.

Таблица 3

Технические характеристикиРСА-6153РСА-6151РСА-6145PCA-6144VРСА-6143Р
ШинаISAISAISAISAISA
Тип процессораPentiumPentium80486 DX/DX2/DX480486 SX/ DX/DX2/DX480486 SX/ DX/DX2/DX4
Тактовая частота процессора, МГц75..20075..20033/50/66/10025/33/50/66/ 75/100/12025/33/50/66/100
Кэш-память256/512 Кбайт256/512 Кбайт128Кбайт(доп)128 КбайтНет
ОЗУ1..64Мбайт1..64 Мбайт1..32 Мбайт1..64 Мбайт1..32 Мбайт
BIOSAwardAwardAwardAwardAMI
Таймер WatchdogЕстьЕстьЕстьЕстьЕсть
СопроцессорВстроенныйВстроенныйВстроенныйВстроенныйВстроенный
Последовательный порт СОМ1RS-232RS-232RS-232RS-232RS-232
Последовательный порт COM2RS-232 или RS-422/485RS-232 или RS-422/485RS-232 или RS-422/485RS-232 или RS-422/485RS-232 или RS-422/485
Параллельный портSPP/EPP/ECPSpp/EPP/ECPЕСР/ЕРРSPP/EPP/ECPЕСР/ЕРР
Контроллер НЖМД2xEIDE2xBDE2xEIDE2xEIDE2xlDE
Контроллер НГМД22222
Контроллер SCSIНетНетНетНетНет
Диагностические светодиодыНетНетНетНетНет
Напряжение питания+5 В+5В.±12В+5 В+5 В+5 В
Интерфейс РС/104ЕстьЕстьЕстьЕстьЕсть
Контроллер VGAЕсть (с возможностью работы с панельными дисплеями)ЕстьЕсть (с возможностью работы с панельными дисплеями)ЕстьНет
Flash-дискНетНет512КбайтНетДо 1,44 Мбайт
Контроллер EthernetНетНетЕстьНетНет

Промышленные мониторы

Для работы в составе индустриальных компьютере разрабатываются специальные видеомониторы. Они, как правило, отличаются от традиционны офисных мониторов высокой надежностью, малыми размерами, легким весом и низким энергопотреблением. Для использования с индустриальным ПК фирма Advantech предлагает серию плоских панельных мониторов FPM-30 (FlatPanelMonitors), обладающих всеми вышеперечисленными свойствами. Данные технические средства выполняются в прочных корпусах, сделанных из алюминия и стали.

FPM-30 имеют толщину всего 58 мм что оправдывает слово “плоский” в их названии. Весит такой мо-1тор 3,5 кг. Комплект FMP включает стандартную видеокарту и плоский панельный жидкокристаллический четной или монохромный дисплей, соединяемые помощью достаточно длинного кабеля (1,8 м). Малые размеры FPM-30, его конструктивные особенности и длинный кабель позволяют легко монтировать его в стенд, панель или на стену. Дополнительно может быть реализована функция сенсорного экрана (touchscreen), предоставляющая широ­кие возможности по созданию дружественных ин­терфейсов.

Компьютеры в Космосе

Словосочетание “космические технологии” впол­не заслуженно является синонимом самых передовых и высококачественных решений. Не случайно многие компьютерные компании используют в своей рекламе образы расправившей солнечные батареи станции или рвущегося ввысь “Спейс Шаттла”. К сожалению. в последнее время российские СМИ уделяют внима­ние космической тематике в основном в связи с пе­чальными происшествиями на борту, связанными с техническими неполадками. Само словосочетание “бортовой компьютер” стало восприниматься как название источника необъяснимой угрозы. Действи­тельно, за последнее время он отказывал не менее восьми раз. Порой кажется, что начинают оправды­ваться невеселые прогнозы, сделанные великим фу­турологом Артуром Кларком. Но нельзя забывать, что, нагнетая обстановку вокруг отечественных космичес­ких программ, мы рубим сук, на котором сидим: сни­жаем конкурентоспособность и инвестиционную привлекательность отрасли, которая имеет реальные шансы стать локомотивом нашей экономики.

Именно поэтому моей задачей стало описание точ­ки зрения специалистов, непосредственно работаю­щих над “компьютерными вопросами” в российской космической индустрии: О. Волкова, специалиста Центра управления полетами, который занимается кругом вопросов, связанных с персональными компьютерами для космических станций, и В. Бранеца, руководителя отделения систем управления, ориентации и навигации ракетно-космической корпорации “Энергия”. Вот что они рассказали.

Компьютеры, используемые в космосе, подразделяются на два типа: служебные и персональные. К первым относятся специализированные ЭВМ, ответственные за системы ориентации и управления движением. На борту есть два таких компьютера. “Салют-ЗБ непосредственно управляет гиродинами. Эти устройства, которые по сути являются наборами гироскопа обеспечивают оптимальное позиционирование станции. например по отношению к Солнцу. Это важно для эффективного функционирования солнечны;

Батарей. Гиродины, в свою очередь, приводятся в движение электричеством, что позволяет не расходовав дефицитное топливо. Второй компьютер, “Аргон” используется как резервный и управляет ориентацией на двигателях, если выходит из строя первая машина. Собственно, “Аргон” и управлял базовым блоком станции “Мир”, когда она была запущена в 1986 году, после того как к ней пристыковался модуль дооснащения, появились гиродины, и был интегрирован новый компьютер системы управления движением. Естественно, что бортовой компьютер “Салют-5Б” не имеет никакого сходства с современными компьютерами: это тяжелая троированная машина со своим языком и кодами. Он был изготовлен в 70-х годах специально для станции “Мир”. “Салют” производился по бескорпусной технологии (то есть полупроводники в буквальном смысле не оснащались корпусами, ножками, что позволяло добиться более “плотного их расположения). По словам В. Бранеца, он производит операцию сложения за две микросекунды (что конечно, очень много), но у него очень быстрые операции обмена. Второй, более приземленной группой машин, используемых на орбите, являются пять блокнотных ПК: два Hewlett-Packan, OmniBook, два Toshiba, Tecra и один IBMThinkPac. Они, по словам О. Волкова, выполняют функции информационной и сервисной поддержки экипажа: на два поста управления, интегрированные с “космическими” IBM ThinkPad.

Троированные отказоустойчивые контрольный и терминальный компьютеры.

Например, задействуют баллистико-навигационные программы, используя которые экипаж может опре­делить, в какой точке он находится, может делать грансфокацию, смотреть укрупненный масштаб кар­ты той точки, над которой он пролетает в настоящий момент, или определить точку, над которой он будет находиться через час. Три из пяти компьютеров, рас­положенных в разных модулях станции, объединены в одно-ранговую локальную сеть под управлением операционной системы Windows 95. Космонавты пишут отчеты, используя милые сердцу приложения Word и Excel. Из “экзотики” на борту присутствует мультимедийный ноутбук ToshibaTecra (Pentium 133 МГц, 32 RAM, HDD 2 Гбайт), который позволяет наслаждаться музыкой и фильмами. Кстати, пока это самый мощный ПК на борту. На персональных ком­пьютерах установлены также и тренажерные про­граммы. Интеграция ноутбуков с научной аппарату­рой дает новый подход к проведению экспериментов и исследований (на дисплее, к примеру, можно наблю­дать процесс роста кристаллов). С помощью ноутбу­ков космонавты получают радиограммы, работают с электронной почтой. Полученные с Земли инструк­ции и другие материалы распечатываются на струй­ном принтере Hewlett-PackardDeskJet 340. Примеча­тельно, что через инфракрасный порт этого принтера работать нельзя (срабатывают различные чувстви­тельные датчики), поэтому он остается заклеенным. Стоит отметить, что все блокнотные ПК – это обыч­ные коммерческие машины, которые не адаптирова­лись специально для работы в космосе. Другими сло­вами, на борту есть компьютеры для работы, образо­вания и развлечений – этакий небольшой уютный до­машний офис.

Есть ли на борту Internet? По полученным мною сведениям, о полноценном Internet’e на борту “Мира” говорить еще рано, но такой проект имеется. “По элек­тронной почте мы и сейчас общаемся. – рассказывает О. Волков. – Hewlett-Packard OmniBook подсоединен через пакетный контроллер к любительской радио­станции, и через него осуществляется почтовый об­мен. Ноутбук также подсоединен к штатному каналу связи”. Электронная связь с “Миром” есть не посто­янно: лишь когда станция пролетает над Россией (се­анс связи происходит каждые полтора часа в течение 15-20 минут) или при работе через спутник-ретран­слятор, то есть тогда, когда есть канал, Кстати, амери­канцы на “Шаттле” работают через сеть спутников. связь есть постоянно, и такого понятия, как сеанс свя­зи, у них нет. В будущем на Международной косми­ческой станции (МКС) связь будет, видимо, осуществ­ляться через американский спутник. У России тоже есть спутник-ретранслятор. “Но у нас другая логика:

Не нужно постоянно быть на связи с экипажем, это отвлекает его от работы, – поясняет О. Волков.

– До­статочно того, что мы каждые полтора часа общаем­ся с ними 10-15 минут, оговариваем все вопросы, и космонавты продолжают работать”. В случае экстрен­ной ситуации можно воспользоваться УКВ-связью с сетью наземных станций. Но это, по словам специа­листов. не очень хороший канал.

Качество канала пока является серьезным сдержи­вающим фактором. Но грядут перемены. Для обеспе­чения нормальной двухмегабитной связи (сейчас реализован цифровой канал лишь на 1200 bps) пла­нируется задействовать бортовую телевизионную систему. В настоящее время на станции “Мир” уста­новлена узконаправленная антенна; геостационарный спутник-ретранслятор “Луч” принимает сигнал и пе­редает его на Землю. Скоро на борт будет доставле­на специальная видеокарта, устанавливаемая в ком­пьютер, которая позволит интегрировать компьютер­ный сигнал в полосу телевизионного сигнала и далее осуществлять связь через обычный TCP/IP-протокол.

Тогда вновь возникнет вопрос об Internet, который “нужен хотя бы для того, чтобы спускать на Землю данные не на дискетах, а по нормальному цифрово­му каналу”. Сам по себе этот проект достаточно до­рог. Точнее, дорого обходится не аппаратная часть, а задействование средств (вывод на орбиту и обслу­живание спутников). Сейчас российская сто­рона ищет партнера для осуществления такого проекта. Можно предпо­ложить, что им станет Microsoft, которая про­являет явный интерес к отечественным косми­ческим технологиям. Казалось бы, зачем на “Мире”, где всего пять модулей и три члена эки­пажа, создавать локаль­ную сеть, обеспечивать доступ в Internet? Может быть, стоит сконцентри­ровать все усилия на со­здании МКС? Оказыва­ется, “Мир” оценивается специалистами отнюдь не как “тупиковая ветвь”, а рассматривается в каче­стве полигона для отра­ботки технологий для Международной косми­ческой станции. Ведь на ней будет трудиться го­раздо больше представи­телей разных стран, и нужны будут современ­ные коммуникации. “За­казчики экспериментов, которые будут проводиться на МКС, – рассказыва­ет О. Волков. – могут нахо­диться в любых странах и дол­жны иметь возможность по­сылать управляющие команды находящемуся на борту обору­дованию, сидя у себя в офисе”. С другой стороны, после уста­новки цифрового канала мож­но будет находить заказчика экспериментов на борту того же “Мира”. Грубо говоря, рос­сийская сторона может дос­тавлять “черный ящик” с обо­рудованием заказчика, с ним будет интегрирован цифро­вой канал, а дальше заказчик из своего офиса сможет управлять аппаратурой и по­лучать с нее информацию.

Таким образом, перспективы дальнейшей компью­теризации космических станций следующие: созда­ние высокопроизводительного цифрового канала, осуществление Internet-проекта и интеграция ПК с научным оборудованием, что позволит “наземным” заказчикам оказывать управляющее воздействие на свою аппаратуру.

Какими же компьютерами будет оснащаться меж­дународная космическая станция “Альфа”, которую начнут “собирать” в космосе через полгода? Прежде всего, Европейское космическое агентство (ЕКА) по заказу российской стороны разработало Систему обработки данных, в состав которой входят два отка­зоустойчивых компьютера (контрольный и терми­нальный) и два поста управления. В его создании при­няли участие Германия (74%), Франция, Бельгия и Нидерланды. Главным подрядчиком выступил кон­церн Daimler-Benz Aerospace, а субподрядчиками – Matra Marconi Space, Alcatel Bell Telecom и RST. В част­ности, Matra сделала процессорную плату и уникаль­ный радиационно-устойчивый SPARC-процессор. Этот 32-разрядный процессор обладает средней скоростью 10 миллионов операций в секунду”. Радиационная устойчивость этих процессоров важна для использования, напри­мер, в геостационарных спутниках, испытывающих жесткие лучевые воздействия. Кстати, запуск и обслу­живание геостационарных спутников – это одно из немногих направлений, которые окупают себя и при­носят прибыль. Сам компьютер содержит три слоя:

Слой авионики, программного восстановления и го­лосования, а также плату прикладной математики. При этом вся функциональная математика этой платы разрабатывается российской стороной.

Нововведения коснулись и персональных компьютеров (которые нередко давали сбои не борту). Американская сторона заказала ноутбуки IBMThinkPad755, которые будут специально аттестованы для работы в космосе.

На борту станции “Альфа” будет расположена американская бортовая система. При этом наш и американский компьютеры будут работать параллельно в системе master\slave, резервируя друг друга, что обеспечит более высокую надежность и позволит, например, вывести любую из этих ЭВМ на профилактику. Уникальность ситуации состоит в том, что обе машины разной конструкции с разным программным обеспечением выполняют одни и те же функции, подстраховывая друг друга на случай каких-либо ситуаций, неисправностей.

Таким образом, единственная существующая в настоящий момент орбитальная станция “Мир”, где столкнулись компьютерные технологии разных поколений, служит полигоном для обработки информационных систем международной космической станции “Альфа”, которая в перспективе сосредоточит на своем борту самые передовые технические и компьютерные решения.

­


Малоизвестные страницы из жизни промышленных компьютеров