Наземные научные комплексы

Слово «космос» у человека незнакомого со спецификой космических исследований вызывает интуитивную реакцию посмотреть наверх. Но для специалистов совершенно очевидно, что основная часть работ по проведению космического эксперимента проходит на Земле. И это относится не только к подготовке космического аппарата, научной аппаратуры и всех сопутствующих инженерных систем, но и непосредственно к проведению самого научного космического проекта.

Поэтому современные научные наземные комплексы (ННК) — это, фактически, квинтэссенция наиболее эффективных подходов из области информационных технологий и решений, учитывающих специфику проведения космических исследований.

Средства Наземного научного комплекса используются для всех процедур, необходимых для осуществления эксперимента, включая организацию управления, прием и обработку научной информации и т. д. Начиная с самых первых фаз космического эксперимента ННК – один из основных инструментов, обеспечивающих его проведение.

Обработка телеметрической информации как самостоятельное направление существует в Институте с 1966 г. В ходе своего развития оно неоднократно претерпевало различные преобразования: объединялись подразделения, создавались новые структуры. Если использовать современную терминологию, то можно сказать что на первых этапах были заложены основные принципы построения наземной инфраструктуры, которые используются и по настоящий день: создавались географически разнесенные узлы системы, объединенные (с учетом уровня технологий тех лет) в единую информационную среду, а также разрабатывались уникальные вычислительные комплексы.

Разрабатывались революционные для тех лет устройства работы с данными, на базе средств микроэлектроники. Наиболее яркий пример — легендарный СВИТ (Самостоятельный Видеоинформационный Интерактивный Терминал), первая отечественная рабочая модель устройства обработки изображений, разработанный в 1983 году в лаборатории Л.С. Чесалина в кооперации с Кировским политехническим институтом. Для этой системы был подготовлен комплекс программного обеспечения. Система обработки изображений СВИТ серийно выпускалась Фрунзенским ОКБ ИКИ совместно с Таллиннским СКБ «Дезинтегратор», а затем — в Болгарии предприятием «Изот». В этом устройстве впервые в мире была осуществлена схема прямого видеопотока из оперативной видеопамяти к цветному дисплею через специальный процессор обработки видеоданных, позволявший выполнить на лету вычисления для отображения информации. С появлением и распространением персональных компьютеров к 1987 г. была разработана следующая модификация устройства — МикроСВИТ, представлявшая собой одну из первых в мире плат внутреннего графического акселератора для IBM-совместимых персональных компьютеров.

Позже на основе сформированной парадигмы построения наземных комплексов как распределенных информационных систем был реализован целый ряд проектов. Для проекта обсерватории «Рентген» на модуле «Квант» орбитальной станции «Мир» была разработана система ввода и обработки телеметрической информации нижнего уровня. Комплекс базировался на мини-ЭВМ типа «Электроника-60» и при низкой стоимости как самой системы, так и её эксплуатации обладал лучшими функциональными характеристиками среди существовавших в то время аналогичных систем, построенных на базе компьютеров серии ЕС-ЭВМ и М-6000. Система также была введена в эксплуатацию на терминальной станции Института в Центре дальней космической связи и в течение нескольких лет обеспечивала работы по различным научным космическим проектам (ФОБОС, «Активный», АПЕКС, «Коронас» и «Гранат»), пока не была заменена на более совершенную.

Для испытаний комплексов научной аппаратуры проекта «Фобос» (1988 г.) разработана система РОМАНС — сокращение от «Распределенная Обрабатывающая Мобильная Архитектура наземных Средств». В её основу были положены методы распределенной обработки — вычислительный комплекс построен на базе нескольких микро-ЭВМ, объединенных между собой. Помимо низкой стоимости, высокой производительности и надежности (за счет «горячего» резервирования компьютеров комплекса) это решение обеспечивало мобильность системы и позволяло проводить с её помощью работы в ИКИ, на космодроме Байконур и Терминальной станции в ЦДКС.

Созданная система экспресс-обработки проекта «Активный» — «РОМАНС–Активный» позволяла принимать научную телеметрическую информацию, записывать её на магнитные носители, обрабатывать и визуализировать результаты в графическом виде в реальном масштабе времени. Телеметрическая информация принималась на пункте Института земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн им. Н.В. Пушкова РАН (ИЗМИРАН, г.Троицк), а визуализация — в ИКИ РАН. Обработка проводилась параллельно на вычислительных комплексах в ИЗМИРАН и ИКИ РАН. Чтобы уменьшить сроки и стоимость разработки и эксплуатацию, а также сделать использование более простым, в системе использовались международные информационные стандарты и форматы. Для достижения наиболее высокой эффективности применялись компьютеры различных архитектур. Для обмена информацией между ИЗМИРАН и ИКИ РАН организован специализированный канал связи; вычислительные средства, расположенные в этих узлах системы, объединялись по сети DECNet, компьютеры визуализации объединены в локальную сеть NetWare. Впервые в отечественной космической отрасли для систем экспресс-обработки применялись мировые сетевые технологии. Система вызвала большой интерес у специалистов отечественных и зарубежных организаций космической отрасли, обсуждалась на различных международных конференциях, а в 1990 г. была установлена на пункте приема научной телеметрической информации Кубинской Академии наук.

Позже был создан оперативный информационный контур проекта «Интербол» (1995–2000 гг.). Его особенности — большие объемы данных с четырех космических аппаратов, разнородная научная аппаратура, а также значительное число отечественных и зарубежных участников проекта. Всё это привело к созданию действительно уникальной по своим характеристикам системы, в которой использовался накопленный опыт предыдущих разработок и современные информационные технологии. Создаваемые в рамках этого проекта комплексы не имели аналогов в отечественной космической отрасли. Система «РОМАНС–Интербол» стала наиболее совершенной системой тех лет и во многом определила принципы построения систем для последующих проектов («Марс-96», «Фобос-Грунт», «Радиоастрон»). А её элементы были введены в эксплуатацию и с успехом использовались в космических организациях Франции, Чехии, Австрии и других стран.

Новейшая история отдела, пожалуй, открывается наземным сегментом проекта «Чибис-М». Успешный опыт реализации проекта «Чибис-М» стал основой ННК проектов «Спектр-РГ» и «ЭкзоМарс» и для целого ряда перспективных научных космических проектов, в том числе микроспутника «Чибис-АИ».

Наземные научные комплексы проектов «Спектр-РГ» и «ЭкзоМарс» отличает одна особенность — это совместные комплексы с зарубежными партнерами. Хотя большинство других научных космических проектов также были международными, но в них подразумевалось участие зарубежных научных групп в отечественном проекте. А в данных случаях речь идет о полноценном равноправном участии в объединенном ННК.

В проекте «ЭкзоМарс» впервые в России создаётся по-настоящему общий наземный сегмент, который объединяет европейские (ESTRACK), российские (Российский комплекс приёма научной информации, РКПНИ) и американские (DSN) станции приёма, Европейский Центр управления полетом в Дармштадте (ESOC) и наземные научные комплексы ЕКА (ESAC, Мадрид) и России (ИКИ РАН, Москва). Также создаются архивы результатов научных измерений с равными правами доступа у обоих партнёров: России и ESA.