SpaceX показала фрагмент интерфейса управления космического корабля Dragon 2

image

Как всем в нашей маленькой секте известно, одним из факторов, которые позволяют компании SpaceX достигать своих целей малыми усилиями, стало широкое использование наработок из смежных дисциплин.

Например, компания использует распространённые и дешевые микроэлектронные компоненты промышленного класса надёжности вместо дорогих компонентов аэрокосмического класса, а проблемы со стабильностью работы решает резервированием. Иногда вместо стойких к радиации компонентов, используются более дешевые rad-tolerant решения, рассчитанные на корректную работу при возникновении ошибок.

Или другой пример: компьютеры космического корабля и ракеты-носителя работают не на каком-нибудь специализированном проприетарном дорогом решении, а используют кастомизированную версию Linux, а код пишется на обычном С\C++ с использованием стандартных библиотек (STL) и инструментов (gcc, clang, gdb, valgrind). Системы обслуживания, управления стартом, диагностики и т.п. вообще пишутся на Go, Python и C#. Такой подход позволяет быстрее обучать разработчиков ПО, экономить на тестировании и использовать зарекомендовавшие себя технологии, радикально снижая затраты и повышая эффективность.

Ну и на этот раз компания решила обратиться к опыту разработчиков игр.



На проходящей в данный момент Game Developers Conference 2016 компания SpaceX показала видео с фрагментом действующего интерфейса космического корабля Звёздный батут Dragon 2, создаваемого по контракту с NASA.


На видео показана симуляция работы интерфейса ручной стыковки КК с МКС в случае когда корабль смотрит в неправильную сторону, оси стыковочных узлов не согласованы, а сам корабль слегка вращается.

Видео было представлено в рамках доклада «Building Crew Interfaces for a 21st Century Spacecraft». В докладе Мэттью Монсон, глава подразделения ПО Dragon, рассказал о создании пользовательского интерфейса нового космического корабля.

Одной из особенностей Dragon 2 стала панель управления: Вместо набора индикаторов, дисплеев и кнопок, SpaceX решили использовать экраны большого размера с тач-скрином, а количество физических кнопок снизить до минимального.

image
Кадр из презентации Dragon 2. Судя по всему, итоговый вариант будет выглядеть примерно так.

Так как корабль создаётся с расчётом на полную автоматизацию полёта на всех этапах, большую часть времени экипаж выполняет роль простых наблюдателей, и в управление кораблём вмешивается только в случае возникновения нештатных ситуаций. Более того, на некоторых режимах полёта, например при выводе КК на орбиту, какое-то сложное управление и вовсе невозможно из за воздействия перегрузок на членов экипажа. Исходя из этих соображений, разработчики решили вместо использования традиционных кнопочных интерфейсов, использующихся в авиации и космонавтике, сделать интерфейс управления более похожим на картинку из компьютерной игры. Новый интерфейс создавался как более простая и визуально чистая альтернатива классическим решениям.

image
Классический интерфейс управления конкурента дракона — космического корабля Boeing Starliner

Стоит отметить, что использование экранов с тачскрином даёт множество вкуснейших плюшек:
Во-первых серьёзно упрощается обучение новых членов экипажа и снижается порог вхождения.
Во-вторых, значительно упрощается схемотехника пульта управления, уменьшается его масса и габариты.
В-третьих фактически бесплатно повышается надёжность за счёт резервирования элементов управления из-за использования нескольких идентичных экранов.
В-четвёртых, как ни странно, сами дисплеи с тачкринами, значительно дешевле россыпи индикаторов и кнопок.
Наконец, в-пятых, отсутствие необходимости в специализированном железе, значительно упрощает разработку и тестирование(полётное ПО можно запустить на обычном компьютере), а отвязка от железных кнопок и индикаторов позволяет быстро развивать и изменять функционал (как, например, это делается для автомобилей Tesla).

image
В автомобилях Tesla используется аналогичный подход — большинство элементов индикации и управления вынесены не два дисплея в салоне, один из которых снабжен тачскрином

Сам интерфейс экрана работает на базе chromium (да-да, в этом месте у меня и самого челюсть упала до пола) и использует стандартные веб-технологии. В качестве железа, по слухам, используется аналог панели от Tesla, на SoC-решении от Nvidia. Кроме стыковки, интерфейс позволяет планировать траекторию корабля, осуществлять ориентацию через распознавание паттернов звёзд, выполнять диагностику, управлять связью. Также Мэтт Монсон отметил, что для экстренных ситуаций в корабле будут присутствовать некоторые физические органы управления.

На вопрос об удобстве работы с интерфейсов в перчатках скафандра, Мэтт ответил что они активно следят за этим вопросом и тестировщики не испытывают проблем при работе в перчатках.

image
Физические кнопки под основными дисплеями

Кроме того докладчик объяснил, почему он выступает с этим докладом именно на конференции разработчиков игр: Сейчас в SpaceX работает большое количество разработчиков из игровой (и просто софтверной индустрии), это позволяет эффективно обмениваться идеями и эффективнее перенимать опыт. У игровых разработчиков есть специфические навыки (например привычка экономить память или оптимизировать алгоритмы) полезные для работы в аэрокосмической отрасли. Например при 60 кадрах в секунду у разработчика остаётся только 16мс для работы алгоритмов и это очень напоминает ограничения операционных систем реального времени, использующихся в космических аппаратах. Плюс у разработчиков игр как правило есть опыт эффективной работы в больших командах с большими проектами и жёсткими дедлайнами.

image
Общий вид панели управления. На дисплеях показан ещё один режим работы интерфейса (похоже на режим сближения со станцией).

Некоторые слайды из доклада доступны в галерее на imgur.
Пересказ доклада
Видеопрезентация интерьера корабля
Поделиться публикацией
Комментарии 55
    +1
    Использование велосипедов вместо их изобретения это хорошо со многих сторон. Ждем скинов гуя под определенные модели кораблей и портирования интерфейсов из Elite и Star Citizen. Главное бесшовно выпилить из интерфейса пункты управления лазерным и кинетическим оружием или добавить таковое на действующий космокорабль. Смотря что проще.

    Мне кажется или решение использовать сенсорные экраны вместо аппаратных панелей это не только экономичнее, а и надежнее? Ведь в таком случае любой интерфейс управления можно вывести на любой другой экран в случае поломки основного. А еще это такой крутой SciFi.
      0
      бесшовно выпилить из интерфейса пункты управления лазерным и кинетическим оружием
      Зачем же выпиливать сразу? Спрятать под секретную кнопку. Пригодится.
        0
        Как в тесле спрятан режим подводной лодки. Видимо бесшовно выпилить «не получилось».
        0
        Я думаю реальным космонавтам больше всего нехватает функции перемотки времени из KSP, а Маск и не чешется!
          0
          https://imgs.xkcd.com/comics/orbital_mechanics.png
        0
        А еще можно положить пару рулонов олед экранов про запас )
        Да и заменить проще, и с защитой от попаданий жидкости проблемы легче решить.
        Хотя при перегрузках или аварии кнопки проще их можно нажать на автомате или полной темноте если подсветка из люминифора
        на основе какого нибудь изотопа как в часах.
        Хотя бортовой комп может отреагировать быстрее.
        И еще решается вопрос с локализацией. и переделкой интервейса по отзывам прямо на месте.
        Накалил новый интерфейс или настроил под себя.

          +2
          С "настроил под себя" есть проблема. Ты настроил интерфейс и потерял сознание (например). И другой человек не сможет быстро тыкать в кнопки расположенные не так как в инструкции (по-умолчанию). Стандартизованное и зазуборенное расположение органов управления (с учетом регулировок дальше-ближе-выше-ниже под габариты человека) — это хорошо в экстренной ситуации.

          На мой взгляд нельзя ВСЕ делать на сенсорном экране. Подход Боинга более продуманный. У Маска все слишком пытается косить под фантастические фильмы. Я думаю, НАСА его заставит добавить физические кнопки, как заставила будущий пилотируемый драгон сажать на парашюте.

            0
            «Reset to defaults»
              0
              "System restart, please wait..."
                0
                А толку, если запасной пилот тоже на кастомизированном по-другому интерфейсе сидит?
                Профили переносить?
              0
              если подсветка из люминифора
              на основе какого нибудь изотопа как в часах.
              Из кабины Ту-114



              Люминофор на концах тумблеров, под стеклянными крышечками. Слегка радиоактивен. Есть байка про одно из авиационных КБ: был у них какой-то зал со стендами с морем тумблеров. Как-то раз пришли туда дозиметристы и немножко возмутились на фон. Проблему было предложено решить малой кровью: спилить все концы тумблеров.

              Сказано — сделано: спилили, задев собственно люминофор почти во всех тумблерах. Спиленное сыпалось на деревянный пол, который потом подмели. Только это не помогло: пыль успела впитаться в дерево. Дозиметристы были, мягко говоря, сильно удивлены. Что было дальше и пришлось ли перестилать пол, история умалчивает =).
              +6
              У мены возник диссонанс на вот этих двух фразах: «тачскрин» и «в управление кораблём вмешивается только в случае возникновения нештатных ситуаций».

              При тряске-вращении промахнуться мимо сенсорной кнопки слишком легко и ты можешь даже не почувствовать это.

              Вот Boeing Starliner мне больше нравится. Там есть новомодные дисплеи (и это, наверное, хорошо), но и куча кнопок с защитой от нажатия.

              Кстати, а чем они управляли на видео? Джойстиком? В экран вроде не тыкали.
              • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                  0
                  > кнопки выглядят хитрыми

                  Выглядит, словно сперва нужно в нижнем ряду выбрать функцию, загорится лампочка, а потом сверху нажать Execute Command.
                  +1
                  А часто ли астронавты управляют кораблем физически? В процессе подъема всё идет в автоматическом режиме, поправить вектор тяги на 3% астронавтам не придется ни при каком раскладе, всё и так оптимально, да и при большом ускорении не до управления вообще.
                  На орбите процессы медленные, стыковка идет сутки, ускорения от маневровых двигателей 0.01G, какая там тряска? Как-раз, если и что-то поправить, то в цифровом виде, перекалибровать датчики например (и то с Земли это сделают специалисты). По сути астронавты не управляют полетом, а просто пассажиры. Если автоматизация пойдет дальше, для управления им понадобится личный планшет и ничего более.
                  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                  0
                  Ну в сентябре 2015 года в видео они показывали очень далекий вариант от первого представленного тут дизайна (где джойстик посредине) https://youtu.be/a1EB5BQpm7w
                  А картинки на дисплее с видео можно сказать совпадают.
                    0
                    Спасибо, добавил скриншот в пост.
                      0
                      там еще видно как тыкают в экран https://youtu.be/a1EB5BQpm7w?t=25s
                      другая сторона пульта показана в https://youtu.be/xjSb_b4TtxI?t=23s
                        0
                        Ещё раз спасибо. Совсем убрал скриншот первого прототипа пульта, видимо на реальном корабле будет что-то похожее на пульт из видео.
                      0
                      На видео есть только один нюанс: ILS работает не во всех аэропортах. Так что в каком-нибудь Ногузадерищинске, барышне пришлось бы крутить баранку. И картинка была бы чуть менее привлекательной. Но, да, прогресс на лицо.
                      +2
                      Гениальный ход — стандартные интерфейсы управления. Теперь астронавты смогут тренироваться на простых симуляторах, даже дома. Ждем новую игру, на основе этих панелей управления, думаю игру ждет успех (идея для стартапа), я бы поиграл в такое.
                      Пример вот, геймеры, любители авиасимуляторов вполне способны на основе только игрового опыта посадить реальный Боинг без дополнительной подготовки в самых сложных условиях, при сильном боковом ветре и неработающем контроле вектора тяги (там 2 части):
                      https://youtu.be/NymBmw4Nwm0
                      Хотя в классическом самолете органы управления сложнее, много кнопок, рычагов, переключателей, имитировать их программистам затруднительно.
                      SpaceX так станет основоположником будущего классического космического интерфейса управления.
                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                      –1
                      Потребительское отношение приходит в космонавтику. Хотя было наивно надеятся, что при массовом производстве космическая техника будет отсаваться надежной и грамотно спроектированной… С другой стороны даже при достаточно массовом производстве самолетов пока до такого не докатились.
                        +2
                        Ну вообще-то ответ почему так сразу в статье:
                        «корабль создаётся с расчётом на полную автоматизацию полёта на всех этапах»
                        В самолетах тоже «докатились», большие самолеты большую часть времени летят на автопилоте, и садятся по сути на автопилоте (по приборам и приводному маяку). В тумане, например, пилоты ничего не видят и бесполезны.
                        Посадка самолета при нулевой видимости.
                        https://www.youtube.com/watch?v=eBzauVXe4Hc
                          0
                          Это да, но из статьи следует, что они не только на интерфейсе экономят, но и на ПО.
                            0
                            Будем надеяться что этот подход не подведёт — пока что имеем 22 запуска ракеты и 8 запусков корабля. О серьёзных отказах из-за ПО по крайней мере NASA в отчётах не говорит.
                          0
                          Вы так говорите, как будто это что-то плохое. Думаю можно не переживать, при «потребительском отношении» старые добрые ламповые КА тоже будут. Для меломанов
                        • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                            0
                            Процесс стыковки ОЧЕНЬ во многом автоматизирован. С сенсором конечно перебор, но обычный джойстик (штурвал или a-la х-боксовский, непринципиально) в принципе весьма и весьма подошел бы. Видел, ребята двадцатитонным краном-манипулятором с помощью такой штучки управляют настолько виртуозно, что сигарету из пачки достают и себе в рот кладут.
                              0
                              Естественно, не идёт речи о прямом управлении двигателями с тачскрина. При штатно работающей автоматике с сенсорных контролов пилот в крайнем случае будет отправлять высокоуровневые команды системе управления да подтверждать выполнение уже заложенных в неё процедур. Хотя даже это маловероятно. Так что по аналогии ближе продвинутый круиз-контроль на Тесле, который тач-скрином прекрасно управляется.

                              Другой, весьма интересный вопрос, каковы будут процедуры при полном отказе автоматической системы управления. Будут искать возможность дать пилоту непосредственное управление кораблём или предпочтут большую кнопку ABORT для аварийного возврата? Думаю, по ходу прохождения сертификации NASA эти детали так или иначе выплывут.
                                0
                                > Другой, весьма интересный вопрос, каковы будут процедуры при полном отказе автоматической системы управления.
                                Видимо, примерно такие же как на Союзе — паниковать и молится.

                                Подозреваю что какое-то резервное управление (позволяющее вручную сориентировать корабль и сойти с орбиты) там есть, но маловероятно чтобы корабль был рассчитан на полный отказ совсем уж прямо всех компьютеров.

                              +1
                              Ну какие тачскрины в ответственном месте? Даже в Марио на планшетном эмуляторе NES играть сложно. Кнопки не чувствуешь и иногда промахиваешься. А тут целый космический корабль.
                              Вон даже в Тесле тачскрин только для вспомогательных систем, типа климата, радио и навигации. И для начальной настройки. А собственно управление осуществляется вполне себе физическим рулём.
                                0
                                Собственно управление кораблём там осуществляется автоматикой, а тачскрины как раз для вспомогательных операций и для процедур, куда менее критичных к реакции и точности, чем Марио.
                                  0
                                  Даже климат-контроль на сенсор имхо не нужно переносить. У самого похожая ситуация — не тач, но кнопки переключения обдува. И если на своем старом "аналоговом" ниссане не глядя протянул руку и нащупал, в каком положении переключатель, то теперь — посмотрел, в каком режиме обдув, нажал смену режима, убедился, что включил то, что надо, и вернулся взглядом на дорогу. Вроде бы мелочь, но мелочь неприятная. Зато — цифра, CAN-шина, все дела.
                                  0
                                  Всё можно понять, но управление через браузер…
                                  Очень неприятно, наверное, будет увидеть грустный смайлик Хрома на всех 4 экранах
                                    0
                                    https://atom.io/ на базе хромиума и ничего, грустных смайликов нету
                                    0
                                    Это Ubuntu, инфа 146%.
                                    На тесле например именно она.
                                      –1
                                      Кнопки в космосе практичнее, одна трещина в тачскрине или дисплее может привести к потере всего управления. В машине хотя бы руль и педали есть а тут сразу Game Over.
                                        +1
                                        Все дело в том что диспеев несколько и они дублирутю друг друга.
                                          0
                                          Глюк такого дисплея может стоить нажатию любой кнопки на его экране или всех разом, пока космонавты среагируют, будет уже поздно.
                                            0
                                            А как насчёт ситуации с разгерметизацией, когда пассажиров возможно спасут скафандры и удастся всё загерметизировать? Ведь дисплеям достанется всем одновременно, при этом возможно потребуется ручная корректировка полёта. А управления — нету.
                                            –1
                                            Не удержусь, покажу фото.

                                            image
                                            Prestigio PAP 3500 DUO, весьма бюджетный смартфон (цена порядка 80 долларов была на момент покупки в магазинге), на телефон дважды сели, пока он был в заднем кармане в компании мелких железячек типа винтиков ноутбучных и нескольких монеток.
                                            Тачскрин емкостный, работоспособен на 90%, погрешность нажатия порядка 2-3мм в нескольких самых "убитых" зонах. Если сделать "космический тачскрин" по такой же технологии, то он будет практически неубиваемым. Сомневаюсь, что на 23" экране кнопки будут делать с диагональю в 4-6мм (диагональ отдельной кнопки экранной клавиатуры на этом телефоне).
                                              0
                                              А у меня ZenFone 2 разбился полгода назад, всё было нормально, тач работал и ставить новый экран не очень хотелось. А буквально недавно появились фантомные нажатия на области шириной в экран, а высотой 1 пиксел, где-то по середине. Пользоваться телефоном стало невозможно…
                                            –3
                                            Вообще это все круто! Главное чтобы в ближайшем будущем, по крайней мере, не появились новости о том, что какой — нибудь специалист по безопасности хакнул систему управления КК когда тот пытался пристыковаться к орбитальной станции.
                                              0
                                              Дисплей удобнее и за ними будущее, кнопки и тумблеры надежнее как не крути в любых условиях. Вот и палка о двух концах.
                                                0
                                                Немного забавно.
                                                Люди придумали интерфейсы космических кораблей для кино и сериалов, которые так прижились, въелись в подсознание потребителей. Спроси любого, тебе тут же расскажут, как выглядит приборная доска какого-нибудь звёздолёта.
                                                А теперь люди, разрабатывающие реальные интерфейсы для настоящих кораблей, оглядываются на поп-культуру, чтобы соответствовать представлениям потребителей.
                                                  0
                                                  Так если пассажиров будут вести как "мешок картошки" то-есть минимальное взаимодействие с кораблем то да, тач — скрин канает, а человек — как дирижер, а если рассчитывают на активное управление и маневрирование при внештатных ситуациях то лучше выводить на кнопки/тумблера…

                                                  Хотя с другой стороны может это костность мышления… про iPad тоже говорили что не хватает физической клавиатуры для ввода, но всё. Вошло в тренд… а так бы до сих пор с кнопочными планшетами ходили… так и тут…
                                                  Вон представляю когда самолеты переходили на сайдстики, наверное тоже много было возмущений что нет прямого доступа к механике, а если электроника подведет. Поэтому нужно пробывать. Пусть кто-то пробует — притом панелями легче туристов завлекать… ведь это конечная цель Драгона
                                                    0
                                                    >> Так если пассажиров будут вести как «мешок картошки» то-есть минимальное взаимодействие с кораблем то да

                                                    По заявлениям разработчиков как Боинга и SpaceX — все будет на автомате.

                                                    Возможно рассматривают вариант на резервный случай стыковки на примере текущей стыковки грузовых кораблей США и Японии — стыковка с использованием манипулятора, только пилотируемые корабли будут стыковаться к модернизированным стыковочным узлам.
                                                      0
                                                      Недостаток варианта со стыковкой манипулятором — невозможность стыковаться с пустой станцией.
                                                        0
                                                        легко решается управлением манипулятором с земли или из самого корабля… зато при неполадках на станции уже будет проблема
                                                          0
                                                          Да.
                                                          Хочется добавить в данное время нету необитаемых станций, кроме китайской Тяньгун-1 от которой отказались и она перестала функционировать.
                                                          В будущем в рамках США создании частных (не НАСА) станций так же основным будет стыковка на автоматике. При неполадках на станции придется полагаться на автоматику корабля или приземляться, такие истории- когда не смогли состыковаться и пришлось приземлятся были в истории СССР.

                                                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                Самое читаемое