Исследователи космоса

Для ЛЛ: они отключат стабилизатор напряжения и запитают научные приборы от РИТЭГа напрямую.

Испытательная модель «Вояджера», показанная в камере космического симулятора в JPL в 1976 году, была копией двух космических зондов «Вояджер», запущенных в 1977 году. Сканирующая платформа модели тянется вправо, удерживая несколько научных приборов космического аппарата в развёрнутом положении.

В соответствии с новым планом научные приборы «Вояджера-2» будут включены на несколько лет дольше, чем предполагалось ранее, что позволит сделать ещё больше открытий о природе межзвёздного пространства.

Космический аппарат «Вояджер-2», запущенный в 1977 году, сегодня находится на расстоянии более 20 млрд км от Земли и использует пять научных приборов для изучения межзвёздного пространства. Для поддержания работы этих приборов, несмотря на сокращение запасов энергии, стареющий космический аппарат начал использовать небольшой резервный запас энергии, предусмотренный бортовым механизмом безопасности. Этот шаг позволит отложить отключение научных приборов до 2026 года.

«Вояджер-2» и его близнец «Вояджер-1» — единственные космические аппараты, когда-либо работавшие за пределами гелиосферы, защитного пузыря из частиц и магнитных полей, создаваемого Солнцем. Эти зонды помогают учёным искать ответы на вопросы о форме гелиосферы и её роли в защите Земли от частиц высоких энергий и других видов излучения, которые встречаются в межзвёздной среде.

«Научные данные, которые возвращают «Вояджеры», становятся тем ценнее, чем дальше от Солнца они находятся, поэтому мы определённо заинтересованы в том, чтобы как можно дольше сохранить работоспособность всех научных приборов», — говорит Линда Спилкер, научный сотрудник проекта «Вояджер» в Лаборатории реактивного движения НАСА в Южной Калифорнии, которая управляет миссией НАСА.

Оба зонда «Вояджер» питаются от радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГов), которые преобразуют тепло от распадающегося плутония в электричество. Постоянный процесс распада означает, что с каждым годом генератор производит немного меньше энергии. До сих пор снижение энергоснабжения не повлияло на научные результаты миссии, но чтобы компенсировать потери, инженеры отключили обогреватели и другие системы, которые не являются необходимыми для поддержания полёта космического корабля.

Радиоизотопный термоэлектрический генератор (РИТЭГ)

Поскольку эти возможности на «Вояджере-2» уже исчерпаны, следующим в их списке стал один из пяти научных приборов космического аппарата. На «Вояджере-1» работает на один научный прибор меньше, чем на его близнеце, поскольку один из приборов вышел из строя в начале миссии. В результате решение о том, отключать ли какой-либо инструмент на «Вояджере-1», будет принято только в следующем году.

В поисках способа избежать отключения научного инструмента «Вояджера-2» команда внимательно изучила механизм безопасности, предназначенный для защиты приборов в случае значительного изменения напряжения на космическом корабле. Поскольку колебания напряжения могут повредить приборы, «Вояджер» оснащён регулятором напряжения, который в этом случае запускает резервную схему. Эта цепь может получить доступ к небольшому количеству энергии от РИТЭГа, отведённой для этой цели. Вместо того, чтобы хранить эту энергию, аппарат теперь будет использовать её для поддержания работы научных приборов.

Хотя в результате напряжение космического аппарата не будет жёстко регулироваться, даже после более чем 45 лет полёта электрические системы обоих зондов остаются относительно стабильными, что сводит к минимуму необходимость в подстраховке. Инженерная команда также может контролировать напряжение и реагировать, если оно начнёт слишком сильно колебаться. Если новый подход хорошо зарекомендует себя на «Вояджере-2», команда может применить его и на «Вояджере-1».

«Колебания напряжения представляют риск для приборов, но мы определили, что это небольшой риск, а альтернатива предлагает большую награду — возможность дольше держать научные приборы включёнными, — сказала Сюзанна Додд, руководитель проекта «Вояджер» в JPL. — Мы наблюдали за космическим аппаратом в течение нескольких недель, и похоже, что этот новый подход работает».

Первоначально планировалось, что миссия «Вояджера» продлится всего четыре года и оба зонда пролетят мимо Сатурна и Юпитера. НАСА продлило миссию, чтобы «Вояджер-2» смог посетить Нептун и Уран; он до сих пор остаётся единственным космическим аппаратом, который когда-либо находился в непосредственной близости от ледяных гигантов. В 1990 году НАСА снова продлило миссию, на этот раз с целью отправить зонды за пределы гелиосферы. «Вояджер-1» достиг этой границы в 2012 году, а «Вояджер-2» (двигавшийся медленнее и в другом направлении) — в 2018 году.

Сегодня мы хотим поговорить про процессоры, которые работают в космосе. Кстати, вполне возможно, многие из вас пользовались техникой, которая работала на чипах точно такой же архитектуры. В этом посте вы узнаете, был ли у вас смартфон или приставка на “космическом” процессоре, и сколько в реальности вбухивают космические агентства в чипы для роверов, марсолетов, зондов и других устройств. Под катом — немного подробностей о работе техники в космосе, а также размышления о конструкции и стоимости космических процессоров.

Космос — дорогое мероприятие. Каждый вылет стоит (как минимум) десятки миллионов долларов. Так что о “туристических” поездках в космос мы еще только мечтаем. А когда речь идет о миссии — то есть о серьезной науке — здесь стоимость может составлять уже сотни миллионов долларов или даже миллиарды.

И дело не только в стоимости запуска и цене самой ракеты. Взять, например. ставшие регулярными миссии на Марс. Марсоходы и прочие аппараты стоят очень дорого, и используются там специальные компоненты. И вот что интересно, какой же процессор стоит в марсоходе? Сколько он стоит? Можно ли его купить?

Два года назад на поверхности Марса высадился Rover Perseverance. Стоимость миссии — 2 миллиарда долларов! На поверхность красной планеты высадили ровер с огромным количеством исследовательского оборудования — многочисленные сенсоры, датчики, микроскопы, анализаторы и все остальное. Также на Марс прилетел (вместе с ровером, конечно — не своим ходом) небольшой вертолет, который совершил уже десятки полетов над поверхностью красной планеты.

На чем же работает марсоход Rover Perseverance? Его “сердце” — это процессор PowerPC 750 с тактовой частотой 200 МГц. 200 МГц, Карл! Это чип с 256 Мбайт оперативки. Кто-то вспомнил древний iMac G3? Да, в нем был установлен тот же самый процессор. Знакомые с этим антикварным на сегодня чипом, возможно, в далеком прошлом разгоняли PowerPC 750 до 275 Мгц. Это его максимум. Но сами понимаете, такой буст мало что изменит в вопросах реальной производительности.

И это не исключение — другие миссии работают на железе примерно того же поколения. Кстати, эти процессоры до сих пор можно купить.

Подготовка к миссии — долгий путь

Настоящие космические запуски, а тем более исследовательские миссии — это совсем не то, что показывает нам Илон Маск со своими красивыми ракетами, и не хроника в стиле Интерстеллар.

Космические миссии готовят десятилетиями. И то, что запускается в космос сегодня, вполне может быть создано…в прошлом веке! Судя по PowerPC 750, работа над Perseverance началась еще в конце 90-х.

И полет на Марс — это еще цветочки. Некоторые миссии дают результаты с еще большей отсрочкой. Например, космическим зондам часто приходится долго лететь до своей цели. Так, зонд Новый Горизонт, который отправился к плутону в 2006 году, начал присылать снимки в 2015 году. Учитывая время на разработку и тестирование, в Новом Горизонте железо будет в лучшем случае 90-х годов…а может быть и 80-х. Представляете, фотки Плутона в 2015 скинул аппарат, который слабее вообще любой электроники, которую мы используем сегодня.

А если точнее…в его основе лежит один очень известный чип. И если у вас сохранилась Playstation первого поколения, поздравляю! Вы имеете прямое отношение к электронике, которая использована в Новом Горизонте. Ну или почти прямое…ведь в космическом аппарате чип был модернизирован и разогнан….до 12 МГц! Вот это силища!

Малейшая проблема может привести к краху

Любой космический аппарат создается вокруг основы, в состав которой входят базовые платы, модули памяти и, конечно, центральный процессор. К процессору подключается большое количество оборудования, которое создается, как правило, специально для конкретной космической миссии: системы связи, системы безопасности. Все это нужно многократно проверить банально на совместимость, а также на комплексную устойчивость к вибрациям и прочим воздействиям.

Заменить его перед вылетом на более новый нельзя — иначе весь цикл тестирования придется пройти заново. Действительно, а вдруг какая-то небольшая особенность нового чипа приведет к фатальным для дорогостоящей миссии последствиям?

Взять хотя бы проблему перегрева. Она стоит в космосе намного острее, чем на Земле. Ведь охлаждение работает тогда, когда есть чему передавать тепло. У нас в комнате для этого имеется воздух, но в космосе его нет! Да и на планетах с газовой средой тоже не все так просто с точки зрения охлаждения — другие параметры среды не позволяют использовать те же физические модели, которые прекрасно показывают себя в домашнем ПК или игровой консоли.

Кстати, на МКС этой проблемы нет — на станции имеется воздух, который может нормально охлаждать обычные гаджеты. Поэтому космонавты пользуются ноутбуками без какого-либо стеснения.

Использовать всякую экзотику типа инфракрасных систем охлаждения разработчики космических аппаратов не стремятся, потому что они громоздкие и сильно усложняют конструкцию. Гораздо проще сделать так, чтобы процессор практически не нагревался. А для этого самое то использовать что-то винтажное и маловольтажное…точнее маломощное. А учитывая, что аппараты вынуждены довольствоваться той мощностью, которую дают солнечные батареи или другие энергосистемы, вычислительные модули уж точно должны быть очень энергоэкономичными.

Многие говорят о том, что у современных процессоров энергоэффективность намного выше, чем у старых моделей, но это не является аргументом. Сам запас мощности оказывается настолько избыточным, что даже при всем желании и даже самые энергоэкономичные чипы не так просто обеспечить нужным количеством электроэнергии для работы.

Еще одна проблема — перегрузки и вибрации. Для работы в космосе чипы должны быть сверхпрочными, а компоновку необходимо делать так, чтобы она держалась намертво, и ее не мог разгрызть даже космический монстр.

Печально известная миссия “Фобос-Грунт” показала, что проверка надежности компонентов очень и очень важна. Ведь из-за отказа чипа памяти был потерян аппарат, который готовили 20-30 лет. Также впустую были потрачены 2 миллиарда долларов.

Очень важно бороться с космическим излучением. На земле от него защищает атмосфера, а в космосе защиты нет. Воздействие различных волн может как вывести чип из строя, так и создавать помехи в работе оборудования. Поэтому процессоры должны быть надежно экранированы, а большой техпроцесс оказывается стабильнее, чем нанометровые микросхемы. Высокий ток переключения — лучше, чем низкий (поэтому вместо SRAM используется DRAM) и так далее.

Надежность — в готовности к сбоям

Исходя из всего, что мы написали выше, космические процессоры вполне оправдано основаны на старых чипах, которые раньше использовались в компьютерах и консолях. Но, конечно, они выходят в космос полностью переработанными, усиленными, а также отличаются дублированием всех имеющихся блоков. А еще вместе с ними разрабатывается защищенный софт, который заранее готов к помехам в разных сегментах процессора.

Особая роль возлагается на операторов, которые управляют устройством удаленно с задержкой в 22 минуты. Кстати, Perseverance спасли именно с земли. Сначала у ровера отказал один блок управления, операторы переключили на второй. Когда и второй начал сбоить, пришлось отключать систему, перезагружать ее, переключаться на другую схему памяти со снижением производительности. И оно заработало…хотя могло и не получиться!

Сколько может стоить такой процессор?

Самый дорогой процессор в интернет-магазине сегодня стоит около 300 000 рублей. Но процессор для Perciverance стоил около 300 тысяч долларов! Согласитесь, интересно, что 30-летний дедушка-процессор стоит в 70 раз больше, чем самый дорогой современный. Вот такова цена надежности.

А вот еще интересный факт — Perseverance был укомплектован небольшим вертолетом. Он доказал, что на Марсе можно летать — нужен только минимальный вес и очень высокая скорость вращения винтов — 25-30 тысяч оборотов в минуту. В нем установлен Qualcomm Snapdragon 801 с частотой 2,5 ГГЦ. Он знаком нам по смартфонам HTC One E8, Sony Xperia Z3, Samsung Galaxy S5, LG G3 и OnePlus первого поколения.

Конечно, там тоже доработанная версия. Но почему ученые решились на установку такого современного чипа? В данном случае проблема выхода аппарата из строя была не так критична, его запустили скорее в комплекте с ровером. Но вертолет работает до сих пор, и совершил не один десяток вылетов. В его основе лежит Cortex A53 — энергоэффективный и современный чип. Он потребляет 1-2 Вт питания и, как видите, уже доказал возможность противостоять ионизирующему излучению. Так что, вероятно, новые миссии будут планировать именно на этих процессорах. А значит, они скоро полетят в космос — то есть через 20-30 лет.

Источник

🌌 Здравствуйте, дорогие читатели! 🌠 Сегодня у нас особенная тема, ведь мы исследуем музыку звёзд. 🎶 И нет, это не о знаменитостях! Мы расскажем вам о гармонии, которую создают сами звёзды и космические объекты. 👽

Астрономы обнаружили, что звёзды колеблются в разных частотах, создавая своеобразный музыкальный аккорд. 🎵 Используя данные с телескопа Kepler и свои знания о гелиосейсмологии, ученые смогли "перевести" эти колебания в звуки. 🎼

Этот замечательный процесс носит название астросейсмология. Он позволяет нам изучать звёзды и их внутреннее строение на расстоянии световых лет. Кто знал, что наука может быть настолько мелодичной? 🎹

К тому же, космические звуки дали вдохновение и музыкантам! Они создают свои композиции, основанные на гармонии звёзд, привнося в нашу жизнь магию Вселенной. Ведь музыка объединяет не только народы, но и космические объекты! 🌍🤝

Давайте же наслаждаться музыкой звёзд и исследовать Вселенную вместе с ней! Ведь каждый из нас – ничто иное, как маленькая частица этой огромной симфонии. 🌌

Читайте больше про звук: https://boosty.to/audiochubrik

В состав экипажа входят: Майкл Барратт, Жанетт Эппс, Мэттью Доминик (все из NASA) и Александр Гребёнкин (из Роскосмоса). Перед нами также возможный экипаж и последующей долговременной миссии на корабле Crew Dragon - Crew-8.

Полет осуществляется в рамках программы обмена местами.

Согласно недавно опубликованному расписанию миссий NASA, запуск Crew-7 планируется не ранее середины августа 2023 года, а Crew-8 отправится на МКС не ранее февраля 2024 года.

via

Федеральное авиационное управление (FAA, уполномоченный орган правительства США в области гражданской авиации), запретило SpaceX проводить какие-либо дальнейшие запуски Starship до тех пор, пока компания не завершит «расследование инцидента» связанного с испытательным запуском Starship, который произошел 20 апреля 2023 года.

Неделю назад 120-метровая ракета взлетела со стартового комплекса компании SpaceX в Техасе и добралась до отметки почти в 40 километров. Однако три минуты спустя после старта система Starship, достигнув высоты 38 километров, начала крутиться, первая ступень не отделилась. На четвертой минуте полета носитель вместе со второй ступенью — кораблем Starship — взорвался над Мексиканским заливом.

Прошедший запуск стал причиной очень существенных повреждений стартовой площадки, а также произвел массу твердых частиц потенциально опасного мусора, которые затем обрушились дождем на Порт-Изабель, город, который находится почти в десяти километрах от стартовой площадки — то есть местная экологическая обстановка существенно пострадала.

Иными словами, остатки ракеты и элементов ее стартового стола разлетелись далеко за пределы территории, обозначенной FAA. Поэтому Федеральное авиационное управление не разрешит новые испытания Starship до тех пор, пока SpaceX не создаст такие условия испытаний своих ракет, которые будут безопасны для экологии и местных жителей.

Популярная механика⚙️

Спустя неделю после широкого релиза фильма «Вызов» Pro Космос взял интервью у Игоря Ходаковского, бывшего пресс-секретаря космодрома Байконур. В том числе благодаря его стараниям был организован съёмочный процесс на режимном объекте. Это история о стойкости, сотнях тонн оборудования, диких лисицах Байконура и прочих деталях съёмок фильма.

— Юлию Пересильд и Клима Шипенко успели подготовить за четыре месяца. Это рекорд для российской космонавтики. Были ли у них какие-то послабления, особое отношение?

— Несмотря на то, что подготовка «киноэкипажа» была сокращена по сравнению с обычной подготовкой космических туристов или экипажей кратковременного посещения, все мероприятия в ЦПК и на Байконуре были стандартными. И тренировки с кораблём, и стандартные церемонии перед космическим полётом — поднятие флагов стран-участников полёта, посадка деревьев на аллее космонавтов, обсервация и т. д. Готовили их по-настоящему — космос ошибок не прощает.

— Сложно было снимать фильм на Байконуре?

Нам для съемок фильма было необходимо много сделать: установить камеры, проложить коммуникации, организовать работу, чтобы не мешать «стартовикам» и много другого. Кроме этого, на космодроме нужно было смонтировать студии для трансляций и передач «Вечерний Ургант», «Доброе Утро», которые также проводились во время подготовки и запуска «киноэкипажа».

У меня, например, уже был подобный опыт во время съёмок фильма «Проксима» с Евой Грин. Но тогда на Байконуре снимали совсем немного. Едущий автобус, сцену около ракеты и ещё несколько эпизодов. Нас тогда попросили, чтобы около автобуса бежал табун лошадей по степи — по всем окрестностям собирали лошадок.

— В фильме, даже судя по трейлеру, множество кадров старта «Союза» с космонавтами. Роскосмос таких ракурсов в своих трансляциях не показывал. Пришлось везде пустить летать дронов?

— Беспилотные летательные аппараты на космодроме запрещены, кстати. Мы работали с камерами, установленными в самых разнообразных местах. Например, для съёмки самого старта пришлось согласовывать новые уникальные точки под стартовый комплекс площадки 31. Именно оттуда должна была стартовать пилотируемая ракета-носитель «Союз-2.1а» с «киноэкипажем». По всей стартовой площадке мы установили десятки камер, их установку нам пришлось технически согласовывать с предприятиями Роскосмоса. Мы установили 16 больших камер, запаковав их в защищенные боксы, каждый из которых весил около 50 килограммов. Также мы «раскидали» множество портативных телекамер высокого разрешения, тоже в защите, но уже не такой серьёзной.

Камеры ставили и на колонны обслуживания, и на осветительных мачтах, и в лифте для подъёма космонавтов, и снизу, под двигателями ракеты — просто везде! Многие из них имели поворотные механизмы, чтобы оператор, сидя в бункере, мог ими «рулить». Для создания красивых моментов даже пожертвовали несколькими камерами, установив их в те места, куда точно будет бить пламя из двигателей. Для того, чтобы все это работало, мы проложили более 4 километров оптоволокна по всему стартовому комплексу.

— Говорят, что в фильме почти нет сцен из павильонов — всё сняли сплошной натурой, что на Земле, что в космосе?

Главной задачей режиссёра, как мне показалось, была запись максимального количества натуральных сцен. Миссия такая у фильма — показать зрителю как это всё происходит на самом деле. Я видел фильм и могу сказать, что треть картины — это настоящие съёмки в космосе. Ещё треть — съёмки на режимных объектах Роскосмоса (ЦПК, ЦУП, Байконур и т. д., прим. ред.).

Осенью 2022 года, через год после старта съёмочная группа вернулась на космодром в период пусковой кампанией «Союза МС-21», чтобы снять сцены, связанные с подготовкой героев на космодроме. Там как раз время года и ракета-носитель совпали.

— А в чём заключалась ваша роль?

Моей же главной задачей вместе с коллегами из Роскосмоса было увязать всё это вместе. Я тогда ещё занимал должность пресс-секретаря космодрома Байконур — многое пришлось решать на месте. Можно сказать, стал кинопродюсером на космодроме во время съёмок «Вызова».

Во период пусковой кампании по старту «киноэкипажа» на Байконур приехали больше 400 человек из съёмочных групп фильма, различных телеканалов и медиаресурсов. Надо было построить площадки, организовать питание, где-то поселить людей и т. д. Мы тогда построили на Байконуре, считай, новый объект — мини-город! Только фур с оборудованием из Москвы приехало более 10 штук.

— А нештатные ситуации были во время съёмок?

Были и курьёзы. На каждой из площадок на Байконуре живёт по лисице — традиция такая. Эти лисицы приучены к тому, куда можно ходить, куда нельзя и т. д. Но, кроме ручных, там же ещё и дикие живут. Вот одна такая однажды перегрызла кабели, по которым шёл видеосигнал — пришлось срочно чинить и тянуть его заново. Видимо, углядела лисичка новый, вкусно пахнущий проводок, да и решила им закусить.

— Пока «киноэкипаж» именно готовился к полёту, а не снимал различные сцены, актрисы не закатывали сцен? Режиссёр не кидался реквизитом?

Надо сказать честно — большое спасибо и Климу, и Юле, и их дублёрам — актрисе Алёне Мордовиной и оператору Алексею Дудину. Все понимали, что мы все вместе работаем над серьёзной задачей, да ещё и в сжатые сроки. Послаблений для «киноэкипажа» никто не делал — они проходили все те же испытания, что и другие космонавты.

Юля, Клим, Алёна и Алексей отнеслись к своему космическому заданию со всей ответственностью. Несмотря на то, что они творческие люди, командир-то у них — это профессиональный космонавт Антон Шкаплеров. Своим примером и руководством он показал, что в космос — это не на курорт слетать. В космосе нет места расхлябанности. У каждого члена экипажа была реальная задача на период полёта в корабле до МКС.

ПОСЛЕСЛОВИЕ

Хочу сказать одно — все те люди, которые причастны к этому проекту — съёмочная команда, актёры, Первый канал, студия Yellow, Black and White, команда Роскосмоса и предприятий отрасли («Главкосмос», ЦПК, РКК «Энергия», ЦНИИмаш, ЦЭНКИ, космодром Байконур), съёмочная команда «Роскосмос Медиа» и все другие организации — все огромные молодцы. Спустя годы мы все с гордостью будем говорить, что приложили руку к съёмкам первого в мире фильма в настоящем космосе.

Pro Космос благодарит АНО «Роскосмос Медиа» за помощь в подготовке интервью и Екатерину и Олега Блиновых за предоставление фотографий из ЦПК.