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martedì 1 maggio 2018

Sistemi Informatici Usati Nelle Stazioni Spaziali e Sulle Sonde

A fine 2017 sulla stazione spaziale internazionale ISS è stato montato un supercomputer chiamato HPE Spaceborne Computer.
Esso è stato interamente costituito con componenti disponibili sul mercato in grado di resistere ad un ambiente diverso come quello spaziale.
Lo Spaceborne Computer è stato in seguito lanciato sul razzo SpaceX CRS-12 e poi inviato tramite SpaceX Dragon Spacecraft.
L'idea è quella di aiutare gli astronauti a sopravvivere in condizioni estreme, consentendo di elaborare informazioni in tempo reale nello spazio.
Il dispositivo è stato realizzato con la collaborazione della NASA e ha caratteristiche particolari a partire dall’involucro ad acqua per il controllo della temperatura.
Come sistema operativo è stato montata una versione modificata di Linux.
A bordo è stato inserito anche un software specifico in grado di sopportare le temperature rigide e la presenza di radiazioni.
Inoltre è facile modificare velocemente parametri quali la velocità delle CPU e frequenza di aggiornamento della memoria.
I test sulla ISS sono stati svolti con l’obiettivo di sviluppare un hardware in grado di resistere ai viaggi nello spazio più impegnativi, come quelli su Marte.


COMPUTER
Il livello di informatizzazione delle stazioni spaziali è in costante crescita, ormai da qualche anno.
Ma a bordo non ci sono solo supercomputer ma anche "canonici" PC.
Una persona esterna potrebbe rimanere indifferente di fronte all’unità di controllo di queste stazioni spaziali: si tratta di una scatola di metallo dall’aspetto semplice, con un paio di attacchi elettrici colorati.
Non ci sono USB, né schermi e qualche volta non ci sono nemmeno tastiere.
In genere i PC montati sulle stazioni hanno un design modulare, in modo tale che ogni unità (processore, chip di memoria o sistema di input-output) può essere facilmente rimosso.
Tale design permette una manutenzione facile e veloce, essenziale in un ambiente aerospaziale perché le radiazioni dello spazio colpiscono le unità elettroniche e possono causare malfunzionamenti.


HARDWARE
Qualche anno fa l’hardware maggiormente utilizzato nelle stazioni spaziali era Intel 80386SX, parte integrante di home computer degli anni 80 e 90! (serie P3 prodotta per la prima volta nel 1985).
Cioè niente a che vedere con i computer degli ultimi anni.
Il fatto che i computer delle stazioni spaziali siano obsoleti è dovuto principalmente alla quantità di tempo che ci vuole per crearne uno, talvolta varie decine d’anni.
La lista degli obiettivi di una spedizione è organizzata in base alle migliori caratteristiche tecniche di un computer; tutto viene organizzato con le migliori tecnologie, soggette a prove di durata.
Una CPU meno recente apporta tuttavia altri benefici, per esempio, consuma meno energia elettrica.
Sebbene le stazioni spaziali siano piuttosto complesse, il suo sistema di controllo è piuttosto semplice e consiste in unità di base che possono offrire un numero limitato di operazioni.
Quanto meno lavorano i moduli del sistema, tanto più affidabile e stabile sarà il sistema.
Vengono utilizzati anche sistemi operativi real-time (RTOS) per risposte veloci ed affidabili del sistema.
Infatti gli RTOS sono immediati e non fanno perdere molto tempo.


SOFTWARE
Esistono inoltre speciali software per basi spaziali disegnati per utilizzare al minimo le risorse di sistema, sia che si tratti di RAM che di CPU.
Non esistono applicazioni per software perfette e durante i controlli si può sempre incontrare qualche errore.
Non è facile eseguire un debugging (ricerca di errori) a milioni di miglia di distanza.
Ecco perché il miglior modo per affrontare un errore di software è realizzare una simulazione, replicare la stazione spaziale sulla terra e simulare la gestione dell’errore.
Anni fa questo metodo è stato usato per ripristinare la sonda spaziale Voyager 2 che era stata lanciata 40 anni fa e che dovrebbe aver lasciato il sistema solare in questi giorni.
Nel 2010, per via di un malfunzionamento dell' hardware, la sonda ha iniziato ad inviare segnali casuali a posto di dati coerenti.
Fortunatamente, una copia del computer è conservata nei laboratori Voyager 2 presso la NASA. Grazie ad una simulazione, gli esperti della NASA scoprirono che il problema era dovuto un danneggiamento del settore della memoria.
Il problema fu risolto inviando una patch a Voyager 2 via radio. Una volta riparato l’errore, la stazione spaziale ha ripreso la sua trasmissione dallo spazio e così continuerà a fare per i prossimi 40 anni fino a che il segnale non cesserà.
Le esplorazioni spaziali sono piuttosto dispendiose, indipendentemente dal fatto che siano con equipaggio umano o no.
Ci vogliono risorse economiche, umane e molto tempo.
Uno dei problemi più pericolosi da affrontare è la perdita dati.
Molto spesso vengono utilizzati allo stesso tempo diverse forme di immagazzinamento, per esempio, la memoria flash può essere usata in concomitanza con la banda magnetica.


INTERNET
Grazie alle moderne tecnologie, gli astronauti di oggi possono navigare in rete e parlare con le loro famiglie sulla terra, ma il canale di comunicazione deve essere protetto.
A questo scopo vengo usati dei speciali buffer protettivi che proteggono gli astronauti dai pericoli del web.
Tuttavia molto spesso si decide di utilizzare computer dedicati che servono unicamente per comunicare con la terra e che non sono connessi a nessun punto critico della strumentazione della base spaziale.
Tutto ciò per evitare pericolosi Malware.

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