I computer delle stazioni spaziali!

Oggi in Russia è la Giornata dei Cosmonauti e abbiamo deciso di parlarvi dei computer che si usano nello spazio: come sono, cosa fanno, come e perché devono essere protetti.

Il livello di informatizzazione delle stazioni spaziali è in costante crescita, così come qualsiasi aspetto della nostra vita. Una grande quantità di complessi pannelli di controllo sono stati rimpiazzati da computer portatili che possono essere usati da qualsiasi punto della Stazione Spaziale Internazionale e permettono all’equipaggio di accedere con facilità ai dati necessari o eseguire operazioni. Certamente non si tratta di portatili e computer come quelli che abbiamo in casa e sebbene i computer di serie sono oggetti ampiamente utilizzati da tutti, questi computer hanno delle caratteristiche specifiche.

Design

Una persona esterna potrebbe rimanere indifferente di fronte all’unità di controllo di queste stazioni spaziali – forse sarebbe rimasto più colpito da quelle vecchie. Si tratta di una scatola di metallo dall’aspetto semplice, con un paio di attacchi elettrici colorati. Tutto qua; non ci sono USB, né schermi e qualche volta non ci sono nemmeno tastiere. Infatti, può apparire un po’ antiquato. Tuttavia questa semplicità rende il sistema più affidabile – e questo è certamente la priorità.

Grazie al design modulare, ogni unità – processore, chip di memoria o sistema di input-output – può essere facilmente rimossa e rimpiazzata con una nuova. 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. Ci sono un sacco di computer nella Stazione Spaziale Internazionale e alcuni sono montati nella parte esterna e per essere riparati l’equipaggio deve lavorare nello spazio. Nel corso di un anno, vengono riparati circa una ventina di computer.

Performance

L’hardware maggiormente utilizzato nelle stazioni spaziali di oggi è Intel 80386SX, parte integrante di molti home computer di alcuni anni fa. La sua performance non è nulla di spettacolare comparata con i moderni processori, ma bisogna considerare che la maggior parte della potenza dei computer di oggi è stata implementata per far funzionare la grafica di molti videogiochi o per la prestazione dell’interfaccia. I compiti di base dello spazio possono essere risolti tranquillamente con misure più modeste. Dopo tutto, sono stati in grado di organizzare spedizioni lunari.

Il fatto che i computer delle stazioni spaziali siano un po’ 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.

Semplice e migliore

Sebbene le stazioni spaziali siano piuttosto complesse e sofisticate, 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 e di conseguenza sarà più facile risolve qualsiasi problema che insorga.

Il software è altrettanto prevedibile. Vengono utilizzati sistemi operativi real-time (RTOS) che non lasciano spazio a ‘speculazioni’. Questo consente una risposta istantanea e affidabile del sistema. A differenza di Windows, che tende a ‘pensarci su un po’ ‘ prima di eseguire un’operazione, gli RTOS sono immediati e non fanno perdere molto tempo. 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.

Patch, update e debugging

Non esistono applicazioni per software perfette e durante i controlli si può sempre incontrare qualche errore. Non è facile eseguire un debugging 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. Di recente questo metodo è stato usato per ‘riavviare’ 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, dovuto ad un malfunzionamento del 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 un 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 o la sonda non verrà catturata dagli alieni.

Le esplorazioni su Marte di Spirit hanno di recente avuto problemi analoghi. Il tuo computer di casa non è dunque l’unico ad aver bisogno di manutenzione e aggiornamenti.

Le informazioni non devono andar perse

Le esplorazioni spaziali sono piuttosto dispendiose, indipendentemente dal fatto che siano con equipaggio umano o no. Ci vogliono risorse economiche, umane e molto tempo. È dunque necessario fare molta attenzione alla perdita di dati perché qualsiasi problema può mandare a fumo grandi sforzi. Per prevenire tali problemi, i computer spaziali hanno bisogno di numerosi e frequenti back up del sistema operativo. 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. In fin dei conti, salvare i dati del sistema operativo non è molto diverso dai sistemi di back up usati per salvare la tua musica preferita o le foto delle vacanze, tutti dati che hanno per te un grande valore sentimentale, ma sono certamente meno importanti dei dati raccolti nello spazio.

Tempi Moderni

Ogni membro della Stazione Spaziale ha un suo computer Lenovo ThinkPad che può essere collegato a diversi sistemi operativi della stazione.

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. Questo tipo di precauzioni si sono già dimostrate molto utili: nel 2007 è stato scoperto nel portatile di un astronauta un malware denominato ‘Gammima’. I portatili molto spesso non dispongono di anti-virus, ma dopo questo incidente la NASA ha iniziato seriamente a considerare la possibilità di adottare una soluzione protettiva.