Дорога к Марсу лежит через Web

К узлу Web, адрес которого mpfwww.jpl.nasa.gov, было сделано уже 220 млн. обращений - это означает 22 млн. индивидуальных посещений, за период от посадки модуля на Марс в 10 часов 4 июля до середины полудня вторника. Исключительно высокая загрузка заставила NASA принять специальные меры, чтобы удовлетворить запросы всех желающих, как сообщил Дэйв Дубов, проектировщик узла Web лаборатории реактивного движения NASA (Jet Propulsion Lab).

NASA справилось с растущей загрузкой с помощью высокоскоростных линий связи. Агентство имеет подключение по стандарту T3 со скоростью передачи 45 Мбит/с, что на порядок выше скоростей, используемых даже в каналах кампусовых сетей. Кроме этого, помочь справиться с загрузкой были призваны арендованные у Silicon Graphics высокопроизводительные серверы. Копии узла размещены более чем на 20 зеркальных узлах по всему миру.

Узел Pathfinder предлагает архив изображений, полученных с Марса, живое видео из центра кабельного телевидения NASA, а также имитацию посадки на Марс, написанную на языке моделирования виртуальной реальности VRML.

Создатели "марсианского странника" использовали в своем проекте передовые технологии многих компьютерных компаний. Сегодня рубрика "Подробности" рассказывает о некоторых из них.

Хотя язык Java фактически еще не достиг Марса, написанный на нем апплет помогает землянам исследовать планету с помощью своих браузеров. Апплет, получивший название Web Interface for Telescience (WITS), позволяет планировать и выполнять собственные программы поведения марсохода на имитированной поверхности планеты. Это напоминает управление автомобилем на пересеченной местности в какой-нибудь видеоигре.

Однако изображения и данные, которые пользователи получают через Web, родились не в голове какого-то программиста - это реальные изображения Марса, переданные на расстояние 190 млн. км через посадочный модуль Pathfinder с небольшого марсохода Sojourner, который коснулся поверхности планеты 4 июля.

Ученые, участвующие в проекте, используют тот же апплет, чтобы изучать поверхность планеты и определять ее состав. Однако они получают данные с другого узла, защищенного брандмауэром.

Почему для написания апплета использовался язык Java? Представитель лаборатории реактивного движения NASA объяснил это тем, что написанные с ее помощью апплеты могут работать у любых пользователей независимо от того, где они находятся и какие системы используют. Кроме этого, Java применяется для создания интерактивных апплетов, развлекательных и образовательных одновременно.

Апплет может быть получен на любом из узлов, спонсируемых Sun Microsystems. Один из адресов: http://mars.graham.com/wits/.

В будущем программисты планируют использовать апплет WITS еще шире. Они хотят объединить ученых всего мира для совместной разработки программ управления марсоходом.

Текущий проект предполагает, что модуль Pathfinder будет функционировать не дольше месяца, так что все ученые вынуждены работать в центре управления. Однако реализация следующего проекта, которая начнется в 2001 году, продлится уже около года, и ученые должны получить возможность участвовать в нем, не покидая дома.

Сотрудникам технической группы лаборатории NASA хотелось предоставить ученым возможность использовать апплет для распределенной работы в Internet, результатом которой стала бы выработка совместных решений о том, куда направить марсоход и какие действия совершить. Каждый пользователь WITS может планировать собственные действия, одновременно учитывая и другие мнения.

Основой для выбора Java была независимость языка от платформы, так как в этом случае группе не надо было выбирать для ученых единую операционную систему.

Другим преимуществом стало сокращение времени на разработку; разработка на C или C++ заняла бы в четыре раза больше времени.

Существенную роль играет также объектная природа языка и встроенная поддержка графического интерфейса.

Но самое большое преимущество Java - это простота распространения. Каждый ученый может самостоятельно выбрать URL, и апплет начнет работать на его компьютере.

Люди зачарованно вглядываются в панорамные снимки пыльной красноватой марсианской поверхности. Впервые в истории мы можем любоваться причудливыми формами гор Yogi и Barnacle Bill. Специалисты по сетям в свою очередь восторгаются аппаратурой, которая обеспечивает устойчивую передачу на расстояние 190 млн. км.

Сердцем системы, связывающей марсоход Sojourner с посадочным модулем Pathfinder, является пара модифицированных беспроводных модемов Motorola, работающих на скорости 9600 бит/с. Эти модемы мало отличаются от моделей, которые можно приобрести, заплатив менее 600 долл.

Фактическая скорость передачи составляет 2400 бод, что связано с необходимостью контроля ошибок и прочими задержками протокола передачи. Столь низкие скорости удивляют, так как на Земле медленными кажутся намного более скоростные модемы.

Посадочный модуль, оборудованный ретранслятором, передает сигналы на Землю в четыре раза быстрее. Он оборудован модемом с максимальной скоростью передачи 11060 бит/с (что, по-прежнему, почти в три раза меньше, чем привычные 28 800 бит/с ) и сегодня работает на скорости 8000 бит/с.

Почему используются такие низкие скорости? Все очень просто - из-за большого количества помех.

В то время как земные инженеры могут использовать медные провода и оптоволокно, NASA передает информацию через миллионы километров пустоты. Конечно, при этом задействуются частоты, наименее подверженные искажениям.

Более того, мощность передачи также не ниже желаемой. Посадочный модуль оборудован направленной антенной размером с небольшую тарелку и передатчиком мощностью 10 Вт. "Энергии меньше, чем у свечки", - острота принадлежит Гордону Вуду, старшему инженеру по коммуникациям лаборатории реактивного движения NASA.

С другой стороны, на Земле NASA может использовать сеть антенн размером с футбольное поле. Параболические антенны, задействованные в проекте, расположены в Австралии, Испании и Калифорнии и имеют 70 м в диаметре.

Антенны установлены на Земле таким образом, чтобы связь поддерживалась независимо от положения планеты. Все они соединены с лабораторией NASA. Передатчик имеет мощность в 20 КВт, которые преобразуются в миллионы ватт, фокусируясь в зеркале 30-метровой антенны.

В целом NASA и Motorola потратили 7 млн. долл. за 21 месяц для разработки системы связи - немалая сумма по меркам корпоративных пользователей, но не такая уж и большая для NASA.

Кроме этого, в целях экономии, лаборатория NASA постаралась использовать уже имеющиеся разработки и оборудование. Изначально планировалось воспользоваться системой, оставшейся от предыдущего полета на Марс, но она была переоборудована под другой проект. Пытались воспользоваться элементами передатчика, задействованного в проекте полета к Сатурну. И, наконец, NASA решило обратиться к компании Motorola.

После выбора модемов лаборатория NASA постаралась сделать их максимально прочными. Металлический корпус был заменен на покрытие, представляющее собой несколько слоев оргстекла и алюминия; в некоторых местах были усилены соединяющие провода; также пришлось удалить элементы, на которые мог негативно воздействовать вакуум.

Кроме этого, так как модемы не были приспособлены к температурным условиям Марса, их разместили на борту марсохода в специальных термоизоляционных отсеках.

Антенны были разработаны в лаборатории NASA самостоятельно, включая штыревые антенны для связи между марсоходом и посадочным модулем и параболические - для обмена информацией с Землей. Система связи работает на редкость гладко. Когда посадочный модуль опустился на Марс, оказалось, что он лежит правым боком вверх, благодаря чему появилась возможность немедленно установить связь с Землей - Вуд назвал это "чистым везением".

Связь с марсианским посадочным модулем Pathfinder прервалась в понедельник, когда в бортовом компьютере, передававшем на Землю изображения, внезапно произошел сбой.

Позже, когда ученые были готовы попытаться наладить "информационный мост", антенны, используемые для связи с посадочным модулем, были задействованы в других программах, в частности для постоянного контакта с космическим кораблем Galileo, цель полета которого - Юпитер и его четыре главные луны.

Попытка возобновить контакт была отложена до того момента, когда Марс займет наиболее выгодную позицию по отношению к Земле.

Предполагается, что причина неисправности компьютера модуля Pathfinder кроется в программных ошибках, а не в сбоях аппаратуры.

Связь космического корабля с центром управления на Земле оборвалась уже в третий раз. Предыдущие сбои произошли в день посадки - 4 июля, а также позже - в пятницу.

В субботу ученые перепрограммировали компьютер, попытаясь предотвратить последующие сбои. Однако в понедельник выяснилось, что проблема так и не была решена.

Незадолго до того, как связь оборвалась, NASA получил информацию о том, что марсоход Sojourner разместил химический анализатор и рентгеновский спектрометр на горе, получившей название Yogi, для анализа, проведение которого требовало десяти часов. Полученные данные должны были быть переданы на Землю в ночь с понедельника на вторник.

Сбой произошел во время передачи очередного цветного панорамного снимка, полученного посадочным модулем.

Кроме определения химического состава поверхности ученые надеются также провести эксперимент по выявлению источника магнитной пыли, заполняющей атмосферу планеты.

Sojourner передал фотографии горы Yogi еще в среду, однако проведение дальнейших анализов было отложено в связи с тем, что марсоход врезался в камень во время съемок.

В среду, из-за ошибки в управлении, модуль Pathfinder отключил свой приемник.

После отправки новых команд вечером в четверг выяснилось, что команды не были получены из-за того, что приемник был включен на 11 минут позже назначенного времени. Радиостанция посадочного модуля, представляющая собой промежуточное звено в управлении марсоходом, периодически отключается в целях экономии энергии.

В соответствии с первоначальными планами NASA, миссия марсохода должна была завершиться в прошлую пятницу, а посадочного модуля - в начале августа. Сегодня специалисты предполагают, что марсоход проработает еще несколько месяцев, а посадочный модуль - год или даже дольше.

"Голубой гигант" прилетел на Красную планету. Еще одним доказательством мощи IBM стало использование модифицированной версии процессора RS/6000 в посадочном модуле Pathfinder, который сейчас исследует Марс.

Включение RS/6000 в космический проект свидетельствует о том, что NASA серьезно намерено снизить стоимость и увеличить скорость реализации проектов по исследованию планет солнечной системы.

Как правило, на подобные проекты тратятся миллиарды долларов плюс 10-12 лет подготовки. Однако текущий проект был реализован всего за три года, и потрачена была относительно небольшая сумма - 170 млн. долл.

Необходимость модификации RS/6000 была вызвана потребностью в надежной защите компьютера RAD 6000 от космических излучений. "Одной из главных причин сокращения сроков на подготовку проекта стало использование коммерческой технологии. Выбрав RAD 6000, мы смогли сразу же начать работу с операционной системой и программным обеспечением", - рассказал Ллойд Кейт, главный инженер по обеспечению работы бортового компьютера Pathfinder и его операционной системы, сотрудник лаборатории реактивного движения NASA.

В прошлом агентство разрабатывало компьютеры для космических кораблей с нуля, включая аппаратное обеспечение, операционную систему и рабочие программы. С переходом на коммерческий процессор лаборатория могла сразу приступить к программированию, используя операционную систему реального времени VXWorks компании Wind River System.

Компьютер RAD 6000 приступил к управлению посадочным модулем после отделения последнего от корабля 4 декабря.

Компьютер размером всего лишь со стопку бумаги имеет производительность 22 MIPS, выдерживает космическое излучение и колебания температуры в пределах от -55 до +70 ?С, а также не боится побочных эффектов, вызванных воздействием вакуума. "Мы должны были подготовиться к работе в крайне агрессивной среде. В космосе нельзя просто включить вентилятор, когда процессор нагреется", - сказал Кейт.