Новейший эсминец ВМС США управляется Linux
Раньше о таком только шутили — ракеты под управлением Linux. Вот — уже не шутки. Информационная система эсминца нового поколения Zumwalt (DDG 1000), спуск на воду которого запланирован на 2015 год, будет основана на Red Hat Enterprise Linux. USS Zumwalt будет плавающим центром обработки данных, при поддержке ракет и роботизированных орудий.
Когда USS Zumwalt (DDG 1000) выйдет в море в конце этого года, он будет отличаться от любого другого корабля ВМФ во многих отношениях. Корабль за $3,5 млрд. предназначен для скрытности, живучести и огневой мощи, и он упакован передовыми технологиями. И в основе его работы виртуальный центр обработки данных, работающий на имеющемся в свободной продаже серверном оборудовании, различных компонентах Linux, использующих более 6 миллионов строк программного кода.
10 октября Шон Галлахер подлетел к Род-Айленд, чтобы посетить Raytheon's Seapower Capability Center в Портсмуте, где инженеры производят сборку и предварительное тестирование систем в самом сердце Zumwalt и готовятся сделать то же самое для следующего корабля серии, USS Michael Monsoor, уже находящегося в строительстве. Там команда DDG-1000 компании Raytheon пригласила его на экскурсию в главное место корабельных систем — макет центра операций Zumwalt, где командир корабля и экипаж будут контролировать датчики корабля, ракетные пусковые установки, артиллерию и другие системы.
Более 20 лет назад Шон служил в нескольких милях от объекта Raytheon в офицерской школе надводных ВМС. Но операционный центр Zumwalt будет иметь больше общего с мостиком вымышленного звездолета USS Enterprise, чем с боевым информационным центрам корабля, на котором ходил Шон. Каждая консоль Zumwalt будет оснащена сенсорными экранами и программным обеспечением, способным отвечать запросам любого дежурного оператора, а большие экраны на передней стене покажут тактические участки моря, земли и воздуха.
Потому логично, что первым командиром Zumwalt стал капитан Джеймс Кирк** (да, это на самом деле его имя). Но, учитывая, насколько сильно корабль опирается на свои компьютерные сети, может быть, надо рассмотреть кандидатуру главного инженера по имени Винт Серф*.
С магазинной полки на корабль
В прошлом вы не могли бы просто выбрать готовые компьютерные системы на борт корабля для критически важных задач: когда Шон был на борту USS Iowa, моряки должны были выключать нетактические системы во время стрельбы орудий, во избежание выхода из строя из-за шока от вибрации, вызывающего тяжёлые сбои систем. Обычно применялись индивидуально разработанные компьютерные системы повышенной прочности. Это влекло большую прибавку стоимости систем и делало более трудным их поддержание.
Конструкция Zumwalt решает эту проблему, используя имеющиеся в свободном наличии «серверы-лезвия» IBM (IBM blade servers) под управлением Red Hat Linux, и размещая их в прочных серверных комнатах. Эти защищенные серверные помещения называются электронными модульными корпусами (Electronic Modular Enclosures, EMEs) — шестнадцать автономных мини-центров обработки данных, изготовленных Raytheon.
Размером по 10,67х2,44х3,66 метров (35 футов в длину, 8 футов высотой и 12 футов в ширину), эти 16 модульных корпусов (EME) содержат в общей сложности более 235 шкафов (стоек, racks) оборудования. Модульные корпуса прошли настройку и предварительное тестирование перед отправкой в Бат, штат Мэн, для установки на борт Zumwalt. Использование модульных корпусов снижает общую стоимость самого оборудования, а также позволяет Raytheon произвести объединение систем предварительно, до их установки. "Делать эту работу на верфи стоит дорого", — говорит компании заместитель руководителя программы Raytheon DDG-1000 Том Мур, — "а так мы вполне обходимся ограниченным временем доступа."
Каждый из модулей (EME) имеет собственные демпферы ударов и вибрации, защиту электропитания, системы водяного охлаждения, электромагнитное экранирование для предотвращения помех от судовых радаров и других сильных источников радиочастот.
Модули EME объединены в общекорабельное вычислительное окружение, собственный «Интернет» Zumwalt. Соединение реализовано посредством комбинирующей оптоволокно и медь избыточно коммутируемой сети системы TSCE, соединяющий все системы: внутренние и внешние коммуникации корабля, оружия, техники, датчиков и т. д. — поверх интернет-протоколов, включающих TCP и UDP. Почти все внутренние переговорные коммуникации корабля основаны на Voice Over IP (за исключением нескольких, для использования в экстренных ситуациях, проверенных временем телефонов старой школы).
На борту Zumwalt имеются также некоторые беспроводные сетевые возможности, но чиновники Raytheon, проводя экскурсию, не выдали Шону конкретный тип этой системы. Тем не менее, их возможности призваны обеспечить личному составу подключение к сетевым данным во время выполнения различных задач, например, технического обслуживания.
Изделия, которые не были созданы подключаемыми в IP-сеть — различные корабельные системы, которые устанавливаются на несколько классов кораблей ВМС, — подключаются при помощи адаптеров на основе одноплатных компьютеров и ОС Lynx (операционной системы Linux реального времени). Так называемые распределенные адаптационные процессоры, или DAPs (Distributed Adaptation Processors) — это способы подключения таких вещей, как инженерные системы корабля, системы пожаротушения, ракетные пусковые установки, передачи в сеть радио- и спутниковой связи. Всё это должно находиться под контролем сетевых клиентов.
Похоже, вы хотите запустить ракету
Некоторые из этих сетевых клиентов Шон наблюдал, любуясь макетом центра операций Zumwalt. Оперативный центр — это не просто то место, где смотрят на экраны и отдают команды: всем кораблём можно оперировать практически из космоса, от пушек и ракет и до двигателей. На Zumwalt нет «радиорубки»; все коммуникации управляются из центра операций. Корабельные орудия полностью автоматизированы и управляются дежурным оперативного центра, вместо помощника наводчика. Теоретически, корабль может даже управляться от пилотирующего компьютера, а не рулевого. И все эти задачи выполняются посредством единого типа консоли.
Общая отображающая система (Common Display System, «коммон дисплей систем», или CDS, произносится как "Keds"), три экрана рабочей станции в центре операций, действует от коллекции 4-ядерных процессоров Intel на платах в защищённом исполнении, что дает новый смысл морской фразе "toe buster". Даже на места командира и исполнительного офицера встроены эти рабочие станции.
Каждая система CDS может запускать несколько виртуальных машин Linux в режиме разделения ядра поверх LynuxWorx LynxSecure, реализованной в CDS как гипервизор. Это позволяет рабочей станции при подключении к различным сетям различать уровни безопасности и доступные цели. "Каждая станция берётся из той же коробки", — пояснил Шону ведущий разработчик Raytheon DDG-1000 Robert Froncillo. "Таким образом, можно сидеть за любым дисплеем, осуществляя свой уровень контроля с любой станции".
Для большинства людей это может показаться не таким уж большим делом. Но на кораблях прошлого, как правило, применялись рабочие станции, специально построенные для каждой конкретной системы оружия или датчика. Это означало, у каждой системы свои различные конфигурации интерфейса, и вы не могли справляться с несколькими задачами без необходимости переключения мест. Рабочие станции CDS используют общие интерфейсы USB для периферийных устройств (например, трекболы и специализированные кнопочные панели) и оснащены сенсорным экраном, а также дают дежурному оператору выбор "классического" и сенсорного интерфейса.
Это не означает сложности в освоении операторами систем. Команда Raytheon до написания кода исследовала запросы моряков, показывая им скриншоты интерфейса и получая от пользователей отзывы. «Шеф сказал: волшебник не нужен», — поясняет Froncillo.
Сложить все части вместе позволяет промежуточное обеспечение, выполняемое на серверах-лезвиях IBM. Многие из судовых систем используют коммерческие платформы промежуточного ПО для общения с операторскими консолями. Но для систем, которые должны быть более тесно связаны (например, команды пуска ракет), ВМФ выбрал использование Common Object Request Broker Architecture (общая архитектура брокера объектных запросов, CORBA) — любимое военными решение критически важной промежуточной модели. (Программное обеспечение для Joint Tactical Radio System's software — объединенная тактическая радиосистема — тоже использует CORBA.)
Следующий релиз
Хотя Zumwalt ещё не плавал, но его программное обеспечение обновлено уже шесть раз. Когда была завершена версия 5, Raytheon привлекли ещё больше моряков для проверки системы, используя имитатор всего корабля, чтобы пройти определённое количество боевых сценариев. "Мы провели противолодочную, воздушную, и наземную миссии", — уточнил Froncillo. Извлечённые уроки были отражены в выпуске 6, а 7 будет установлен на корабле перед испытательным круизом. Следующее обновление будет установлено после поставки, и затем будут делаться постоянные усовершенствования, по мере того, как программное обеспечение будет развернуто на двух других кораблях серии.
Но жизнь технологии, разворачиваемой на Zumwalt, на этом не заканчивается. Консоль управления CDS будет использоваться как часть программы по модернизации систем управляемых ракет Aegis для крейсеров и эсминцев. "Есть много развиваемых нами вещей, которые будут использованы повторно", — заверил Том Мур.
Учитывая затраты за последние десять лет при постройке Zumwalt, а также различные технологии, разработанные в процессе, можно с уверенностью утверждать, что многое из этого получит ряд дополнительных применений.
Дополнительные ссылки:
linux.org.ru/news/opensource/9713342
arstechnica.com/information-technology/2013/10/the-navys-newest-warship-is-powered-by-linux/
by Sean Gallagher — Oct 18, 2013
ru.wikipedia.org/wiki/Эскадренные_миноносцы_типа_«Замволт»
ru.wikipedia.org/wiki/Джеймс_Кирк
ru.wikipedia.org/wiki/Винт_Серф
ru.wikipedia.org/wiki/Red_Hat_Enterprise_Linux
ru.wikipedia.org/wiki/IBM_BladeCenter
ru.wikipedia.org/wiki/TSCE
Рисунок 1. USS Zumwalt покрывается слоем краски на заводе Bath Iron. Корабль экзотический во многих отношениях, но он работает на имеющейся на рынке вычислительной технике
Когда USS Zumwalt (DDG 1000) выйдет в море в конце этого года, он будет отличаться от любого другого корабля ВМФ во многих отношениях. Корабль за $3,5 млрд. предназначен для скрытности, живучести и огневой мощи, и он упакован передовыми технологиями. И в основе его работы виртуальный центр обработки данных, работающий на имеющемся в свободной продаже серверном оборудовании, различных компонентах Linux, использующих более 6 миллионов строк программного кода.
10 октября Шон Галлахер подлетел к Род-Айленд, чтобы посетить Raytheon's Seapower Capability Center в Портсмуте, где инженеры производят сборку и предварительное тестирование систем в самом сердце Zumwalt и готовятся сделать то же самое для следующего корабля серии, USS Michael Monsoor, уже находящегося в строительстве. Там команда DDG-1000 компании Raytheon пригласила его на экскурсию в главное место корабельных систем — макет центра операций Zumwalt, где командир корабля и экипаж будут контролировать датчики корабля, ракетные пусковые установки, артиллерию и другие системы.
Более 20 лет назад Шон служил в нескольких милях от объекта Raytheon в офицерской школе надводных ВМС. Но операционный центр Zumwalt будет иметь больше общего с мостиком вымышленного звездолета USS Enterprise, чем с боевым информационным центрам корабля, на котором ходил Шон. Каждая консоль Zumwalt будет оснащена сенсорными экранами и программным обеспечением, способным отвечать запросам любого дежурного оператора, а большие экраны на передней стене покажут тактические участки моря, земли и воздуха.
Потому логично, что первым командиром Zumwalt стал капитан Джеймс Кирк** (да, это на самом деле его имя). Но, учитывая, насколько сильно корабль опирается на свои компьютерные сети, может быть, надо рассмотреть кандидатуру главного инженера по имени Винт Серф*.
С магазинной полки на корабль
В прошлом вы не могли бы просто выбрать готовые компьютерные системы на борт корабля для критически важных задач: когда Шон был на борту USS Iowa, моряки должны были выключать нетактические системы во время стрельбы орудий, во избежание выхода из строя из-за шока от вибрации, вызывающего тяжёлые сбои систем. Обычно применялись индивидуально разработанные компьютерные системы повышенной прочности. Это влекло большую прибавку стоимости систем и делало более трудным их поддержание.
Рисунок 2. Дата-центр в коробке: Электронные модульные корпуса выполнены компанией Raytheon в Портсмуте, Род-Айленд
Конструкция Zumwalt решает эту проблему, используя имеющиеся в свободном наличии «серверы-лезвия» IBM (IBM blade servers) под управлением Red Hat Linux, и размещая их в прочных серверных комнатах. Эти защищенные серверные помещения называются электронными модульными корпусами (Electronic Modular Enclosures, EMEs) — шестнадцать автономных мини-центров обработки данных, изготовленных Raytheon.
Размером по 10,67х2,44х3,66 метров (35 футов в длину, 8 футов высотой и 12 футов в ширину), эти 16 модульных корпусов (EME) содержат в общей сложности более 235 шкафов (стоек, racks) оборудования. Модульные корпуса прошли настройку и предварительное тестирование перед отправкой в Бат, штат Мэн, для установки на борт Zumwalt. Использование модульных корпусов снижает общую стоимость самого оборудования, а также позволяет Raytheon произвести объединение систем предварительно, до их установки. "Делать эту работу на верфи стоит дорого", — говорит компании заместитель руководителя программы Raytheon DDG-1000 Том Мур, — "а так мы вполне обходимся ограниченным временем доступа."
Каждый из модулей (EME) имеет собственные демпферы ударов и вибрации, защиту электропитания, системы водяного охлаждения, электромагнитное экранирование для предотвращения помех от судовых радаров и других сильных источников радиочастот.
Модули EME объединены в общекорабельное вычислительное окружение, собственный «Интернет» Zumwalt. Соединение реализовано посредством комбинирующей оптоволокно и медь избыточно коммутируемой сети системы TSCE, соединяющий все системы: внутренние и внешние коммуникации корабля, оружия, техники, датчиков и т. д. — поверх интернет-протоколов, включающих TCP и UDP. Почти все внутренние переговорные коммуникации корабля основаны на Voice Over IP (за исключением нескольких, для использования в экстренных ситуациях, проверенных временем телефонов старой школы).
Рисунок 3. Схема систем управления Zumwalt и средств их подключения к всекорабельной вычислительной среде
На борту Zumwalt имеются также некоторые беспроводные сетевые возможности, но чиновники Raytheon, проводя экскурсию, не выдали Шону конкретный тип этой системы. Тем не менее, их возможности призваны обеспечить личному составу подключение к сетевым данным во время выполнения различных задач, например, технического обслуживания.
Изделия, которые не были созданы подключаемыми в IP-сеть — различные корабельные системы, которые устанавливаются на несколько классов кораблей ВМС, — подключаются при помощи адаптеров на основе одноплатных компьютеров и ОС Lynx (операционной системы Linux реального времени). Так называемые распределенные адаптационные процессоры, или DAPs (Distributed Adaptation Processors) — это способы подключения таких вещей, как инженерные системы корабля, системы пожаротушения, ракетные пусковые установки, передачи в сеть радио- и спутниковой связи. Всё это должно находиться под контролем сетевых клиентов.
Похоже, вы хотите запустить ракету
Некоторые из этих сетевых клиентов Шон наблюдал, любуясь макетом центра операций Zumwalt. Оперативный центр — это не просто то место, где смотрят на экраны и отдают команды: всем кораблём можно оперировать практически из космоса, от пушек и ракет и до двигателей. На Zumwalt нет «радиорубки»; все коммуникации управляются из центра операций. Корабельные орудия полностью автоматизированы и управляются дежурным оперативного центра, вместо помощника наводчика. Теоретически, корабль может даже управляться от пилотирующего компьютера, а не рулевого. И все эти задачи выполняются посредством единого типа консоли.
Рисунок 4. Макет центра операций Zumwalt на объекте Raytheon Портсмуте, покрытый дымчато-серой краской, имеет точные размеры помещения на самом корабле. Zumwalt будет иметь ещё и второй этаж, обеспечивающий проведение операций развернутых с кораблем подразделений
Рисунок 5. Система вертикального запуска Mark 57, разработанная Raytheon, может нести смесь противокорабельных ракет, зенитных, и для поражения наземной цели. Система связывается с центром управления по сети корабля
Общая отображающая система (Common Display System, «коммон дисплей систем», или CDS, произносится как "Keds"), три экрана рабочей станции в центре операций, действует от коллекции 4-ядерных процессоров Intel на платах в защищённом исполнении, что дает новый смысл морской фразе "toe buster". Даже на места командира и исполнительного офицера встроены эти рабочие станции.
Каждая система CDS может запускать несколько виртуальных машин Linux в режиме разделения ядра поверх LynuxWorx LynxSecure, реализованной в CDS как гипервизор. Это позволяет рабочей станции при подключении к различным сетям различать уровни безопасности и доступные цели. "Каждая станция берётся из той же коробки", — пояснил Шону ведущий разработчик Raytheon DDG-1000 Robert Froncillo. "Таким образом, можно сидеть за любым дисплеем, осуществляя свой уровень контроля с любой станции".
Для большинства людей это может показаться не таким уж большим делом. Но на кораблях прошлого, как правило, применялись рабочие станции, специально построенные для каждой конкретной системы оружия или датчика. Это означало, у каждой системы свои различные конфигурации интерфейса, и вы не могли справляться с несколькими задачами без необходимости переключения мест. Рабочие станции CDS используют общие интерфейсы USB для периферийных устройств (например, трекболы и специализированные кнопочные панели) и оснащены сенсорным экраном, а также дают дежурному оператору выбор "классического" и сенсорного интерфейса.
Это не означает сложности в освоении операторами систем. Команда Raytheon до написания кода исследовала запросы моряков, показывая им скриншоты интерфейса и получая от пользователей отзывы. «Шеф сказал: волшебник не нужен», — поясняет Froncillo.
Рисунок 6. Цифровая иллюстрация того, как будет выглядеть центр операций Zumwalt в комплекте с апартаментами на втором этаже, для проведения операций воздушных отрядов и других развернутых подразделений
Сложить все части вместе позволяет промежуточное обеспечение, выполняемое на серверах-лезвиях IBM. Многие из судовых систем используют коммерческие платформы промежуточного ПО для общения с операторскими консолями. Но для систем, которые должны быть более тесно связаны (например, команды пуска ракет), ВМФ выбрал использование Common Object Request Broker Architecture (общая архитектура брокера объектных запросов, CORBA) — любимое военными решение критически важной промежуточной модели. (Программное обеспечение для Joint Tactical Radio System's software — объединенная тактическая радиосистема — тоже использует CORBA.)
Следующий релиз
Рисунок 7. Zumwalt на металлургическом заводе в Бате. DDG-1001, USS Michael Monsoor, следующий за ним, готов более чем на 60 процентов.
Хотя Zumwalt ещё не плавал, но его программное обеспечение обновлено уже шесть раз. Когда была завершена версия 5, Raytheon привлекли ещё больше моряков для проверки системы, используя имитатор всего корабля, чтобы пройти определённое количество боевых сценариев. "Мы провели противолодочную, воздушную, и наземную миссии", — уточнил Froncillo. Извлечённые уроки были отражены в выпуске 6, а 7 будет установлен на корабле перед испытательным круизом. Следующее обновление будет установлено после поставки, и затем будут делаться постоянные усовершенствования, по мере того, как программное обеспечение будет развернуто на двух других кораблях серии.
Но жизнь технологии, разворачиваемой на Zumwalt, на этом не заканчивается. Консоль управления CDS будет использоваться как часть программы по модернизации систем управляемых ракет Aegis для крейсеров и эсминцев. "Есть много развиваемых нами вещей, которые будут использованы повторно", — заверил Том Мур.
Учитывая затраты за последние десять лет при постройке Zumwalt, а также различные технологии, разработанные в процессе, можно с уверенностью утверждать, что многое из этого получит ряд дополнительных применений.
Дополнительные ссылки:
linux.org.ru/news/opensource/9713342
arstechnica.com/information-technology/2013/10/the-navys-newest-warship-is-powered-by-linux/
by Sean Gallagher — Oct 18, 2013
ru.wikipedia.org/wiki/Эскадренные_миноносцы_типа_«Замволт»
ru.wikipedia.org/wiki/Джеймс_Кирк
ru.wikipedia.org/wiki/Винт_Серф
ru.wikipedia.org/wiki/Red_Hat_Enterprise_Linux
ru.wikipedia.org/wiki/IBM_BladeCenter
ru.wikipedia.org/wiki/TSCE
Информация