Множество цифровой и бытовой техники пришло к нам из космоса. Ян Эвенден рассказывает подробно.
Часть 1
То самое космическое агентство НАСА никогда не привязывало людей к петардам и не запускало их на Луну. Нет, оно и сейчас так не делает. Вместо этого агентство двигает вперёд робототехнику и комплектует экспедиции на МКС.
А ещё НАСА отправило три зонда, и все они сейчас пытаются покинуть пределы солнечной системы. Самый быстрый космический корабль в их числе. Оно же высадило роботов на Марс, а также направило аппараты для исследования Меркурия и планет юпитеровой группы. Его новый марсоход – это вооруженный лазером ровер размером с легковой автомобиль, с ядерной силовой установкой и вертолётом на борту.
Попутно НАСА внедряло новые технологии. Одни вещи настолько вошли в обиход, что мы почти не замечаем их, а другие стали неотъемлемой частью наших ПК. Жизненно важные, футуристичные, ставшие городскими легендами – далее приводятся изобретения НАСА, которые более всего помогли человечеству.
Портативный компьютер
Как известно, без бортовых управляющих компьютеров в космосе никуда. Однако со временем появилась нужда в компьютерах общего назначения. Бежевые коробки с ЭЛТ-мониторами были тяжёлыми и громоздкими и потому не годились для полёта на шаттле. По этой причине инженеры стали думать в сторону портативных компьютеров. И хотя на дворе стояли 1980-е годы, лэптопы были довольно примитивными.
В 1982 году, однако, компания GRiD выпустила Compass – компьютер, который очень напоминал современный ноутбук. Он работал на процессоре Intel 8086 и имел в запасе до 512 Кб энергонезависимой памяти на ЦМД (вышедшая ныне из употребления, но очень надёжная технология, устройства на ней, однако, имели свойство сильно нагревать компьютер) и подключаемые диски. Магниевый корпус служил радиатором для CPU, памяти и большого плазменного экрана 320 х 240 (он отображал содержимое даже при очень сильном солнечном свете благодаря ярко-оранжевому текстовому дисплею). Ноутбук шёл вместе с предустановленными офисными программами и стоил примерно 23 000 долл. по сегодняшним деньгам (8 тыс. долл. в 1982-м).
НАСА и армия США не смотрели на ценник и охотно приняли маленькую машину, запустив её на орбиту в 1983-м. Её конкуренты, Osborne 1 и Compaq Portable, использовали ЭЛТ-мониторы и уступали Compass по крутизне (по некоторым данным, одно такое устройство выжило после катастрофы шаттла «Челленджер» в 1986-м).
Что касается программного обеспечения, SPOC (переносной бортовой компьютер Шаттла – так теперь назывался портативный компьютер от GRiD) получил специальное графическое ПО, чтобы отображать позицию орбитального аппарата относительно Земли, и резервную копию программы для возвращения в атмосферу.
Благодаря баснословным ценам Compass стал символом достатка во многих фильмах: SPOC был замечен в «Чужом», «Уолл-стрит» и «Криминальном чтиве». Если интересно увидеть ноутбук вживую, сходите в Национальный музей авиации и космонавтики в Вашингтоне. SPOC был первым лэптопом современного образца, а влияние этого ноутбука сильнее, чем его магниевое покрытие: дизайн раскладушки, плоский экран и хранилище, где нет двигающихся частей (безусловно, предшественник нынешнего SSD).
На сегодняшний день Lenovo ThinkPad является единственным официально одобренным компьютером для использования на МКС в НАСА. Всего их более 80 штук, и работают они на Debian Linux. Некоторые из них подключены к центральному компьютеру МКС в качестве удалённых терминалов для взаимодействия с отдельными частями аппаратного обеспечения. Российские космонавты тоже пользуются Linux, хотя о характеристиках их систем известно мало, и оттого их частенько называют «русские лэптопы».
Импульсный источник питания
Бортовой управляющий компьютер КА «Аполлон» приводят в качестве примера того, как можно сделать многое при очень ограниченных ресурсах. Он работал на частоте 2 МГц, имел достаточно оперативной памяти для хранения 2 048 16-битных «слов» и весил 31 кг. Добавьте к этому Исаака Ньютона и несколько цифр от числа «пи» – и это всё, что вам понадобится для того, чтобы запустить три человека на лунную орбиту. Интересно, что питание бортовой компьютер получал от импульсного стабилизатора напряжения – того же источника питания, что и снабжает током наши ПК.
В то время как корабли серии «Джемини» управлялись вручную, капсулы «Аполлона» контролировались компьютерами, за исключением тех случаев, когда аппарат приземлялся. На каждую миссию на Луну бралось по два бортовых управляющих компьютера: один находился в командном отсеке, а другой – в лунном посадочном модуле (за исключением «Аполлона 8» – он не приземлялся).
Для производства управляющих компьютеров MIT применила новую технологию – сделанную из кремния «интегральную микросхему». Было много споров по поводу того, будет ли она работать или нет, и потому IBM спроектировала систему резервного копирования. Система MIT была трижды задублирована, и потому проблем с оборудованием у астронавтов не было.
Но вернёмся к источнику питания. MOSFET (полевой транзистор со структурой металл-оксид-полупроводник) был изобретён в Лаборатории Белла в 1959 году и широко использовался в импульсных источниках питания. Преимуществами метода являются более высокая эффективность, уменьшенные габариты и вес устройства, а также более широкий спектр напряжения и частоты питающей сети по сравнению с линейным регулятором.
Сейчас импульсные источники питания используются повсеместно – от ПК до зарядки для телефона. Нередко они имеют универсальный разъём, и потому могут принимать любую допустимую мощность на входе.
Стандарт ATX предлагает линии 3.3В, 5В и 12В с выходной мощностью более 500 Вт. Для сравнения бортовой компьютер КА «Аполлон» предлагал 4В (CPU) и 14В (память и интерфейс) с электрической выходной мощностью в 55 Вт.
Компьютерная мышь
Создание координатного манипулятора не является целиком заслугой НАСА – он появился ещё в конце 1940-х, когда британская корабельная система управления огнем отслеживала входящий в воздушные границы самолёт и высчитывала, где можно разместить ракеты для того, чтобы создать ему препятствие. Британское правительство одно время считало эту разработку государственной тайной, но недолго, а в 1960-х НАСА искало способы управления данными на экране компьютера. Дуглас Энгельбарт из Стэнфордского исследовательского института, Калифорния, занимался созданием того, что сегодня мы назовём GUI (графический пользовательский интерфейс) – растрового экрана компьютера, гипертекста, инструментов взаимодействия машины и человека.
НАСА заинтересовали разработки Энгельбарта, и потому агентство выделило исследователю средства на разработку манипулятора. Первая мышь представляла собой деревянное устройство с двумя колёсиками внизу, расположенных перпендикулярно друг другу, и шарнирный механизм, посредством которого можно было рисовать прямые линии. Его спроектировал ведущий инженер Энгельбарта – Билл Инглиш. Устройство получило патент от Стэнфорда в 1970 году и было названо «индикатор положения X-Y для системы отображения». Название «мышь» устройство получило из-за шнура, который напоминал хвост, а курсор на экране прозвали «жуком», потому что его было не так-то легко поймать.
«Мы искали лучшее, т. е. наиболее эффективное устройство, – рассказывал Энгельбарт. – На выделенные НАСА средства наша команда составила комплект простых заданий, чтобы группа волонтёров выполнила их с применением различных устройств. Мышь превзошла остальных конкурентов. Приборы вроде светового пера отнимали слишком времени: пользователям приходилось постоянно брать в руки указатель и тянуться к монитору».
Никаких лицензионных платежей Энгельбарту не отчислялось, а сам Стэнфорд впоследствии продал лицензию Apple за 40 000 долл. Единственной проблемой с мышкой, которая возникла у НАСА, по словам Энгельбарта, было то, что она постоянно уплывала из-под рук из-за нулевой гравитации.
