Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» №43 от 22 ноября 2005 года
С 1973 года ступень «Атлас-1А» оснащалась бортовым компьютером фирмы Teledyne. Построенный на новой элементной базе, этот компьютер при вдвое меньшем объеме имел в пять раз большую оперативную память, благодаря чему с первой ступени удалось снять электромеханический автопилот, систему радиотраекторных измерений и программ-механизм, сильно смахивающий на таковой в стиральной машине. Тем самым удалось повысить надежность корабля, уменьшить стоимость его эксплуатации, а главное - появилась возможность доставлять на орбиту межпланетных перелетов грузы до 1,2 т. Многие геостационарные коммуникационные аппараты тоже были выведены в космос этой системой.
Крылатый конь и боевая колесница в космосе
А вот подход к созданию космической системы, тесно связанный с типичной для ИТ-отрасли идеологией свободного рынка.
В 1982 году бывший сотрудник NASA Дэвид Томпсон, окончивший под влиянием рыночных ветров «рейганомики» Гарвардскую школу бизнеса, основывает фирму Orbital Science. Начальный капитал - 300 тысяч долларов. Компьютерные стартапы начинали и с меньшего, но для космической отрасли, осыпанной золотым дождем правительственных средств, сумма смешная. В начале «орбитальные ученые» взялись за разработку твердотопливного «буксира» для челноков. Но гибель «Челленджера» убила этот рынок.
Томпсон нашел выход в коммерчески привлекательном проекте «Пегас» - крылатой ракете-носителе, стартующей с борта самолета, которая могла доставить 400 кг груза на экваториальную орбиту высотой 450 км. Разработка велась с весны 1987 года, первый старт состоялся 5 апреля 1990 года. На высоту 12 км ракету доставляет стратегический бомбардировщик B-52. Восемнадцатитонный «Пегас» интересен как тем, что создан исключительно на средства компании-разработчика, так и ролью, которую в нем сыграли компьютерные технологии.
Забавный факт - бортовой компьютер «Пегаса» разработан фирмой Aitech на базе баллистического компьютера, серийно производимого для основного боевого танка Армии обороны Израиля «Меркава» (на иврите - «боевая колесница»). Хорошо сочетается с крылатым конем - Пегасом. Да и то, что танк хоть по частям, но попадает на орбиту, довольно весело. (В 1930-40 гг. для нужд десанта проектировались крылатые танки, с навесными крыльями, - это абсурд, но не шутка!)
В начале прошлого века даже крепежные детали авиационных двигателей было легко отличить от применяемых в общем машиностроении по изящным, предельно облегченным формам. Современные бортовые ЭВМ так легки и компактны, что сфера их применения почти не ограничена. Впрочем, советские разработчики автоматических межпланетных станций подбирали для своих аппаратов арматуру, выпускаемую массово - пусть даже в автомобильной промышленности. Именно за счет гигантских объемов производства и предельной отлаженности технологий обеспечивалась уникальная живучесть «Венер», первыми сорвавших покров тайны с Утренней звезды.
Но в «Пегасе» было и принципиальное новшество, порожденное computer science. Фронтиром высоких технологий тридцатых годов была аэродинамика. Лучшие кадры работали в советском ЦАГИ и американском Лэнгли. Развивалась теория - вспомним хотя бы классические исследования флаттера, выполненные Мстиславом Всеволодовичем Келдышем. Но главенствующая роль принадлежала эксперименту. Гигантские, поглощающие энергию целого завода аэродинамические трубы. Объемистые атласы профилей.
С крылатой ракетой «Пегас» началась новая эпоха. Развитие как компьютерных мощностей, так и теории имитационного моделирования позволило специалистам из Центра Эймса рассчитать полет ракеты с качеством, достаточным для того, чтобы обойтись без продувок в аэродинамических трубах. «Цифра» дала возможность воспроизвести сложнейшие условия гиперзвукового полета.
Выдающийся физик Ричард Фейнман называл проблему турбулентности, рвано-вихревых движений в сплошных средах, одной из ключевых в современной физике. Компьютерное моделирование позволило решить эту проблему на практике уже в конце 1980-х. Вычислительные модели обеспечили превосходное совпадение с реальностью для скоростей носителя, идущего с аэродинамическим качеством, от 0,8 М до 8 М (М - число Маха, отношение скорости аппарата к скорости звука, более информативное в аэродинамике, нежели абсолютная скорость).
Еще один интересный штрих. Наземные средства радионавигации - гиперболические (разностно-дальномерные, использовавшие фазовый или импульсно-фазовый метод измерения разности расстояний до наземных станций) системы, вроде некогда популярной «Лоран», - вытеснены спутниковой GPS. А B-52, доставляющий «Пегас» на стартовую высоту, пользуется радионавигационной системой - почти как пионерские V-2 и первые «Атласы». Это необходимо для точного совпадения вектора скорости самолета с плоскостью запуска носителя. При этом заметно улучшаются динамические характеристики системы.
Правда, рожденный ползать - как любят говорить десантники - летать не может. Во всяком случае - долго. И при модификации носителя до уровня «Пегас-XL» компьютер с танка был заменен вдвое более легким (4,5 кг) продуктом фирмы Oettle amp; Reicher, в значительной степени созданным на базе элементов общего назначения. Надежность современных стандартных электрорадиоэлементов такова, что они подходят и для войны, и для космоса. И на стартовую высоту «Пегас-XL» затаскивается уже не бомбовозом, а сугубо гражданским лайнером фирмы Lockheed, модель «Тристар». Так дешевле! Но все равно вывод нагрузки «Пегасом» обходится в 20-25 млн. долларов.
«Соколы» из ИТ-отрасли
Удивительная динамичность рыночной экономики не возникает из ничего. Она, в точном соответствии с теорией управления, оплачивается устойчивостью фирм, работающих в условиях рынка. Не исключение и Orbital Science. Ее подпирает еще более новая и еще «более рыночная» компания - Space Exploration Technologies - SpaceX, которую основал в 2002 году известный веб-дизайнер и миллиардер Элон Маск (Elon Musk), создатель электронной платежной системы PayPal. Задачей SpaceX является разработка ракет Falcon. Менее дорогие, чем «Пегасы», «Соколы» должны вытеснить Orbital Science с рынка коммерческих орбитальных нагрузок - цена пуска «птицы» планируется в половину цены рейса «крылатого коня».
Интересно, что в отрасли космической применяются методы организации, типичные для ИТ-отрасли. Новости «КТ» пестрят сообщениями о переманивании высокопоставленных специалистов из корпорации в корпорацию. Таким путем пошел и Маск. Вместо того чтобы раздавать подряды аэрокосмическим фирмам, магнат нанял целый ряд ведущих специалистов отрасли. В том числе и главного инженера своей потенциальной «жертвы» Orbital Science. Так, по мнению Маска, дешевле.
Систематические задержки орбитальных стартов «Сокола» (то из-за желания ВВС США оградить свои носители Titan-IV от конкуренции, то из-за неполадок в кислородно-керосиновом двигателе Merlin) не смущают Маска. Напомним: прежде чем платежная система PayPal стала рентабельной, в нее было вложено четверть миллиарда долларов… Так что какова на самом деле рентабельность стартов Falcon с тропического парадиза (а попутно и ракетного полигона) - атолла Кваджалейн - покажет лишь время.
В завершение отметим, что самый коммерчески удачный, самый рыночный космический проект SpaceShipOne - тоже родом из ИТ-отрасли. Во всяком случае, по происхождению денег главного спонсора, сооснователя Microsoft Пола Гарднера Аллена.
Автор статьи и редактор благодарны генеральному директору АЦЭУ «Аэро-Космос» Дмитрию Пайсону, за консультации.
ТЕХНОЛОГИИ:World: вид сверху
Сервисы Google Maps и Google Moon, а также программа Google Earth стали в последнее время самыми популярными источниками изображений земной и лунной поверхностей, снятых со спутника. Благодаря тому, что компания Google открыла API Google Maps, ее сервис стал стандартом де-факто и постепенно даже превратился в источник развлечений. (Любителям играть «в карты» рекомендую созданный для этой цели блог googlemapsmania.blogspot.com, в котором такие «фишки» и обсуждаются.)
Однако, посмотрев по сторонам, можно обнаружить несколько достойных конкурентов продукции Google. Программа World Wind (worldwind.arc.nasa.gov), родившаяся в стенах NASA, - из их числа. Надо сказать, что Агентство весьма преуспело в создании обучающих программ, которые оно не только дает скачать из Сети, но и рассылает на компактах (у самого где-то парочка таких завалялась). Кстати говоря, и дистрибутив World Wind тоже было бы неплохо распространять именно таким образом.
О программе и данных
Трепещите, дайлапщики: основной установочный файл последней версии программы (за номером 1.3.3.1) занимает 54 мегабайта. Сайт рекомендует скачать и данные из центра NaSa по изучению Земли, подборка которых называется Blue Marble и представляет собой изображение земной поверхности. Только учтите: файл этот весит около 120 мегабайт, а снимки имеют разрешение всего в полкилометра, так что от необходимости скачивать большие объемы информации из Интернета они вас не избавят. Поскольку World Wind делалась на пожертвования (призывы к филантропам до сих пор висят на каждой странице сайта с документацией на программу), разрешение у большинства изображений, увы, меньше, чем у той же Google Earth.
