Валерий Удалой, первый заместитель начальника Центра управления полетами, рассказывает о развернутой в ЦУПе информационной системе, ее эволюции и завтрашнем дне.

Расположенный в подмосковном городе Королеве Центр управления полетами — организация легендарная, неразрывно связанная с историей освоения космического пространства. Именно отсюда осуществлялось управление полетами в рамках программы «Союз-Аполлон», искусственных спутников Земли, автоматических межпланетных станций, отправленных к Луне, Венере, Марсу и его спутнику Фобосу, к комете Галлея. Отсюда выполнялось управление кораблями «Салют», «Союз», «Прогресс», станцией «Мир», а также пилотируемыми полетами по программе «Интеркосмос» и международных экипажей с участием космонавтов разных стран мира, универсальной ракетно-космической транспортной системы «Энергия-Буран». В настоящее время отсюда осуществляется управление космическими аппаратами, работающими в составе Международной космической станции и участвующими в ее обслуживании, а также запусками космических аппаратов в рамках международного проекта «Морской старт».

Информационным «сердцем» ЦУПа является сложная система, которая работает в реальном режиме времени, обеспечивая анализ данных, поступающих с бортовых систем космических аппаратов, и управление ими. О том, что она собой представляет, как развивалась и по каким направлениям ее предполагается совершенствовать, рассказывает Валерий Удалой, первый заместитель начальника Центра управления полетами. С ним беседует Михаил Зырянов, заместитель главного редактора журнала «Директор информационной службы».

Какова структура процесса управления космическими объектами?

Рассмотрим управление Международной космической станцией. Непосредственную связь с МКС осуществляет Главная оперативная группа, которая входит в состав Ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С. П. Королева; эта организация разрабатывает российские модули станции.

Сам процесс управления включает прием информации, поступающей с космических аппаратов на наземные станции слежения, ее первичную обработку (в том числе оцифровку, приведение к определенным стандартам и размерностям и пр.), подготовку информации для отдельных классов потребителей (специалистов по различным направлениям — аналитической обработке, телеметрии, медицине и т. д.) и ее доставку (в частности, с использованием визуализации).

В ходе сеансов связи с МКС специалисты ведут наблюдения за ходом станции, уточняя информацию, которая их интересует. Кроме того, во время сеансов связи на борт передаются команды для управляющих систем.

Какие ключевые структурные подразделения вы бы выделили в составе ЦУПа? Как обеспечивается ИТ-поддержка их работы?

В составе ЦУПа имеются следующие основные структурные единицы:

  • телеметрический комплекс - производит обработку телеметрических данных;
  • командный комплекс - обеспечивает подготовку и передачу на станцию различных команд;
  • баллистический комплекс - рассчитывает и отслеживает орбиту станции.

У каждого из этих комплексов имеется своя база данных. Кроме того, в ЦУПе имеется локальная сеть, позволяющая обмениваться информацией, и телевизионный комплекс, дающий возможность просматривать архив нештатных ситуаций, которые когда-либо случались на космических аппаратах, управлявшихся из ЦУПа.

Какие классы компьютерных систем применяются в ЦУПе?

Мы ориентируемся на использование стандартных аппаратных и программных платформ, а также на адаптацию специализированных продуктов в соответствии с нашими потребностями. ЦУП взял на вооружение технологии Intel, Hewlett-Packard, Microsoft, Oracle, Cisco Systems.

Сейчас стало проще работать. Возможности стандартных продуктов настолько велики, что они покрывают практически все наши потребности. Те стандартные продукты, которые есть на рынке, весьма разнообразны и глубоко проработаны, поэтому выгоднее ориентироваться на интеграцию этих продуктов, а не на создание их аналогов собственными силами. Если что-то на рынке пока отсутствует, то это наверняка появится завтра.

Наученный собственным опытом, ЦУП отошел от прежней традиции ориентироваться на «изыски». Четыре раза нам приходилось полностью менять вычислительное оборудование: при переходе с ламповых машин на полупроводниковые, затем на БЭСМ-6 и на «Эльбрус» и, наконец, на современную Intel-совместимую технику.

Поначалу мы ориентировались на использование исключительно отечественной вычислительной техники (мы применяли машины серии «Эльбрус»), однако в какой-то момент были вынуждены перейти на импортную. Причин тому несколько, в частности упадок в создании советских ЭВМ и необходимость интеграции с западными коллегами во время выполнения совместных космических программ.

Насколько сильна эта интеграция?

ЦУП интегрирован с космическими центрами в Тулузе, Дармштадте, Мюнхене, Пасадене, Хьюстоне, Хансвелле и др. Когда иностранные космические агентства проводят на МКС эксперименты, мы организуем каналы связи и обеспечиваем обмен данными между их центрами и ЦУПом.

Каким образом строится координация ЦУПа с другими зарубежными космическими центрами (в частности, с центром в Хьюстоне, участвующим в управлении МКС)? Какие организационные и технологические принципы лежат в основе этой координации?

В зависимости от экспедиции, в которой участвуют космонавты зарубежных стран, в нашем ЦУПе образуется консультативная группа страны-участницы и определяется ЦУП взаимодействия. Разрабатывается программа экспедиции и программа задействования наземных технических средств, детальный суточный план полета, который утверждается руководителем полета.

В случае с МКС координацию работ возглавляет совместная группа планирования операций на борту. Так же, как и для других программ, разрабатываются детальные суточные и недельные платы работы экипажа и задействование наземных технических средств.

Какие ИТ-проекты ведутся в ЦУПе в настоящее время?

Сейчас мы работаем над созданием единой базы данных, где будет собрана вся информация, как текущая, так и та, что находится сейчас на различных носителях в архивах. Для этого уже закуплены продукты Hewlett-Packard, стоимость которых составила около 800 тыс. долл. С созданием этой базы данных завершится организация работы по управлению служебным бортом — по сути, информационной системы управления МКС.

Решение об инвестициях давалось нелегко, но, к счастью, Российское космическое агентство с пониманием относится к нашим предложениям и планам. Благодаря его поддержке мы смогли перейти на использование техники Hewlett-Packard еще в 1994 году.

Еще одна большая задача: разработка центра управления полезными нагрузками — информационной системы, которая позволит не только поддерживать проводимые на борту эксперименты, но и моделировать то, что может происходить на МКС, кроме того, выполнять внешние заказы по компьютерной обработке данных. Это обеспечит окупаемость вложений в информационную систему за счет заказов клиентов, что очень разумно, если учесть общую стоимость нового информационно-вычислительного комплекса.

Еще один путь получения отдачи от инвестиций в ИТ — предоставление информации российским и зарубежным заказчикам о проводимых научно-технических экспериментах и работах, осуществляемых на борту МКС. Эту информацию можно будет доставлять клиентам посредством телекоммуникационных каналов, например Internet. Для реализации этих возможностей также нужен центр управления полезными нагрузками. Он должен взаимодействовать с центром управления служебного борта, чтобы не возникало противоречивых ситуаций. Например, он поможет моделировать работы на борту так, чтобы предотвратить одновременное проведение энергоемких экспериментов и технических работ по обслуживанию станции.

Центр управления полезными нагрузками представляет возможность компьютерного моделирования. Оно позволяет нам экономить значительные финансовые и материальные ресурсы, помогая, например, понять, какими могут быть разрушения отдельных узлов в результате различных воздействий. Другой пример: моделирование действия некоторых типов команд, которые передаются на МКС.

От прежних полетов сохранилось немало данных. Как в ЦУПе решается вопрос переноса данных с прежних носителей на новые?

Пока мы решаем эту задачу без всяких ухищрений — просто берем и переносим. В наших архивах имеются и цифровые данные, и видеозаписи. Мы обязаны сохранить накопленный опыт, поскольку он бесценен; кстати, данные по внештатным ситуациям хранятся вечно.

Сейчас ведется работа по созданию единой базы данных, где будет собрана вся имеющаяся информация — как та, что хранилась в разных форматах (в том числе аналоговых), так и та, которую будем получать с космических аппаратов. До тех пор пока такая система хранения не запущена в эксплуатацию, потери информации неизбежны.

Создание центра управления полезными нагрузками удвоит наши потребности в объемах, которые должна обеспечивать база данных. Счет будет вестись на терабайты. Старых данных у нас относительно немного — это описания внештатных ситуаций, однако есть и полные описания полетов некоторых кораблей и станций (например, системы «Энергия-Буран»). Объем данных, поступающих с борта МКС, примерно в два раза больше, чем со станции «Мир». Кроме того, мы собираем данные с других космических аппаратов («Океан», «Метеор», «Вулкан», «Сич-1» и др.), управление которыми производится через ЦУП.

Разумеется, предполагается обеспечить простой и легкий доступ к данным, предоставив широкие возможности для их анализа. Надеемся, что это значительно облегчит поиск причин возможных неполадок в работе космического оборудования.

Какие технологии обработки данных планируется использовать?

Будет создана иерархическая структура данных с систематизацией по разделам (своего рода библиотека информации) и поисковая система, которая позволит выбирать из базы данных нужную информацию. Кстати, подобная структура имелась у нас и раньше.

Каким образом удается поддерживать требуемый уровень надежности информационных систем «космического» назначения?

На борту применяются расчеты с использованием трех дублирующих машин, и решение принимается по мажоритарному принципу. Но на бортовых системах лежит очень большая ответственность, к тому же заменять их в случае выхода из строя очень непросто.

Кстати, функции управления МКС также дублируются. В Хьюстоне есть наш сектор управления, в ЦУПе — Хьюстонский сектор. ЦУП располагает возможностью заменять американский центр управления в случае его выхода из строя. Дважды по просьбе наших коллег нам приходилось приводить ЦУП в состояние «полной боевой» готовности, чтобы в случае необходимости взять на себя управление американским сегментом станции МКС.

В ЦУПе применяется дублирование комплексов баллистических расчетов. Его смысл состоит в том, чтобы производить расчеты по разным алгоритмам. Результаты вычислений должны совпадать. В телеметрическом комплексе происходит простое дублирование.

Вычислительные ресурсы ЦУПа работают стабильно и надежно. Тем не менее планируется повысить их надежность, применяя дублирование и «троирование», но избегая очень больших затрат либо окупая их за счет внешних заказов. В этом направлении у нас уже есть неплохой задел: ЦУП выполняет заказы МЧС и ряда других организаций. В числе наших клиентов — Hewlett-Packard, по их заказам мы адаптируем их технологии, которые НР планирует предоставить своим клиентам.

В ЦУПе подошли к тому, чтобы более эффективно использовать те системы, которые действуют в режиме дублирования с «холодным» резервом. До тех пор пока обстоятельства не требуют перевода мощностей «холодного» резерва в «горячий» режим, их можно использовать для работы других программ.

Нам нужна система, которая позволит интегрировать ресурсы, применяемые в качестве «холодного» резерва, для решения других прикладных задач. Эту интеграцию надо осуществить таким образом, чтобы исполнение других программ не мешало выполнению основных функций, возложенных на ресурсы, и не приводило к конфликтам. Создав систему управления ресурсами, мы сможем гибче распоряжаться резервами вычислительной среды. Завершить разработку такой системы планируется уже в этом году.

Оперативное управление системой, вероятнее всего, станет осуществлять главный оператор, которому будет дано право в случае необходимости вмешаться в выполнение задач и переконфигурировать их, изменив распределение ресурсов по задачам. Вполне возможно, что этот оператор будет работать не только в стенах ЦУПа, а дистанционно, например, в офисе компании Scan — нашего партнера, решающего задачи системной интеграции. Также дистанционно мы сможем управлять информационными системами на других площадках, с которыми взаимодействует ЦУП.

Какие наиболее существенные изменения в управлении информационным комплексом ЦУПа произошли за последние несколько лет?

Самое значимое изменение состоит в том, что сейчас уменьшилась численность персонала, который занят обслуживанием вычислительной техники. Когда-то у нас этим занималось 400 человек, сейчас — всего небольшое подразделение. Похожая ситуация — с системными программистами и многими другими специалистами. Особую роль приобретает интегратор, который умеет реконфигурировать систему.

Количество операторов у нас еще достаточно велико. Но мы видим, что большую часть функций можно с них снять. В случае если какой-то узел или аппарат выходит из строя, интегратор должен его просто отключить от системы, после чего этим узлом займется специалист. Может быть, он повезет агрегат в ремонт, а может, сам займется починкой или заменит его на аналогичный — сверхсрочного устранения неполадки, скорее всего, не потребуется.

Вы — частый гость на CIO-Форуме, который организует компания «Корпоративные системы», на других конференциях, посвященных использованию информационных технологий. Чем объясняется столь пристальное внимание к тенденциям мира ИТ?

Нужно держать руку на пульсе. Это не дань моде, а выражение почтительного отношения к своей профессии: специалисты и ученые должны знать, что происходит вокруг, уметь четко спозиционировать себя относительно мира исследований и разработок, которые ведутся в данной области.

Я побывал в большинстве зарубежных космических центров и много времени уделил изучению работы западных коллег и выявлению идей, которые можно применить в своей практике.

Отслеживание тенденций в ИТ приносит свои плоды. Мы слишком долго «варились» в своем замкнутом мире. Однако сейчас, чтобы успешно общаться и интегрироваться с иностранными коллегами, без знаний о последних тенденциях мира ИТ здесь не обойтись.

ЦУП

Центр управления полетами Российского авиационно-космического агентства (http://www.mcc.rsa.ru/) — научно-исследовательская организация в составе федерального государственного унитарного предприятия «Центральный научно-исследовательский институт машиностроения». Из ЦУПа осуществляется управление космическими аппаратами научного и народно-хозяйственного назначения. Его технические возможности, программно-аппаратное оснащение и квалификация персонала позволяют одновременно работать по нескольким различным программам. ЦУП выполняет разработку методов, алгоритмов и средств решения задач управления, обработки, анализа и хранения больших объемов информации, проводит работы по созданию высокоскоростных сетей для обмена всеми видами информации и систем коллективного и индивидуального отображения информации. Обработка, анализ и отображение информации производятся в реальном масштабе времени. Все данные с космических аппаратов поступают в ЦУП через станции слежения по наземным и спутниковым каналам связи.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями