NaslovnaAvijacijaКompjuter u borbenom avionu

Кompjuter u borbenom avionu

Od pojave ”Eniaka” (ENIAC – Electronic Numerical Integrator And Computer), svet se sve brže i brže menja. To čudo ljudske inteligencije i znanja (nažalost, i ono je nastalo najpre za vojne potrebe, izračunavanje balističkih tablica i izradu hidrogenske bombe), bilo je teško 28 tona. Prvi  mikroprocesori obrađivali su četiri bita informacija. Danas, silikonski čip kvadratnog oblika sa stranicom dimenzije 0,5mm (!) ima isti kapacitet kao njegov davni predak.

avro kanada cf 105 avro canada cf 105 arrow sa fbw sistemom
AVRO KANADA CF-105 Avro Canada CF-105 ARROW SA FBW SISTEMOM

Trka u naoružanju dobila je tada još jednog takmičara bez koga su savremena oružja nezamisliva. Sve više je na snazi podela na ”glupe” i ”pametne” uređaje. Jedan od najskupljih sistema,  avion, vrlo brzo je imao koristi od kompjutera. Dilema prosečno radoznalog korisnika kućnog kompjutera je: da li pilot može da komunicira s njim kao s klasičnim PC uređajem, kakav mu je operativni sistem i koji programski jezik taj sistem koristi; liči li uopšte na ovo što je pred nama, da li bismo ga prepoznali kada bismo ga videli? Možemo li s njega da uđemo na Fejsbuk ili pošaljemo mejl, ili da igramo igricu? Pokušaćemo da damo odgovor na ta pitanja.

flight deck sistemi
FLIGHT DECK SISTEMI

Napomena: ovaj tekst će profesionalnim programerima izgledati kao ”otkrivanje tople vode”, pa nije za njihov nivo znanja ni pisan. Mi ga pišemo za one kojima ovo nije oblast, koji su čuli i znaju da avion koristi kompjuter, ali ne znaju kako. Stoga nismo zalazili u strogostručne delove. Nećemo se baviti ni azbukom kompujtera (smatramo da onaj ko ima kompjuter i čita ovaj tekst, već nešto zna o tome); navešćemo, radi lakšeg praćenja, četiri pojma koji jesu važni za načelno razumevanje ove teme.

Programski jezik (programming language) 

To je formalni jezik koji se može koristiti za kontrolu ponašanja mašine, odnosno za komuniciranje čoveka i mašine. Bez obzira što se njegovo značenje vezuje za digitalni računar, on nije neka novost, naprotiv: u devetom veku izumljen je ”automatski flautista”. Na ”Žakarovom razboju”, u doba industrijske revolucije, primenjen je sistem bušenih kartica, a dobro su poznati ”češljevi” koji su korišćeni u muzičkom kutijama i mehaničkim klavirima. Koliko god da su primitivni, oni jesu bili jezik (jezik je semantički kod dogovoreni skup znakova gestikulacije, glasova, grafičkih i drugih simbola ili reči). Pomoću njih je čovek  ”nalagao mašini” šta da radi. Ono što bi on izbušio na kartici, mašina bi ”razumela”, odnosno radila po tom nalogu. Cilj je, naravno, bio da se olakša manuelni rad i poveća profit. Danas postoji više hiljada programskih jezika, a mnogi od njih su kreirani u imperativnoj formi (sekvence koje se moraju izvršiti), dok su neki sačinjeni u deklarativnoj formi ( jezik omogućuje da se željeni rezultat opiše, a ne kako da se ostvari).

naČin zaŠtite os bpl
NAČIN ZAŠTITE OS BPL

Programski jezici se prema načinu opisivanja rada programa dele na funkcijske, proceduralne, sekcencijalne, strukturalne i mnoge druge. Ovi, koji nas interesuju, pripadaju grubi objektno-orijentisanih, a među njima su najpopularniji ”Java” i ”Ada”.  

Operativni sistem (OS-Operating system)

To je skup programa odgovornih za kontrolu i upravljanje uređajima i računarskim komponentama, kao i za obavljanje osnovnih sistemskih radnji. OS objedinjuje u celinu razne delove računara i stvara radno okruženje koje rukuje procesima i datotekama, umesto bitovima, bajtovima i blokovima. Recimo grubo da je on posrednik između korisnika i hardvera. 

Ugrađeni sistem (eng. embedded system)

Ovo je već termin koji nas približava odgovoru na to kako radi kompjuter borbenog aviona. To je sistem posebne namene koji je u potpunosti ugrađen (inkapsuliran) u uređaj koji kontroliše. Takav sistem ima posebne zahteve i izvršava unapred određene zadatke, za razliku od personalnog računara opšte namene čije korišćenje zavisi od naše volje i potrebe. On je kombinacija sistema i programske podrške. Programira se na poseban način. Njega korisnik lično ne može menjati, već to radi programer.

arhitektura ugraĐenog (inkapsuliranog) sistema
ARHITEKTURA UGRAĐENOG (INKAPSULIRANOG) SISTEMA

RTOS (real-time operating system)

Dolazimo do specijalizovanog OS čiji je glavni zadatak da obezbedi neophodan i dovoljan skup funkcija za projektovanje, razvoj i rad sistema u realnom vremenu na određenom hardveru. Jednostavnije rečeno, to je sposobnost OS da pruži traženu uslugu u određenom vremenskom intervalu u realnom vremenu. 

Sada imamo dovoljno parametara za osnovno razumevanje odgovora na pitanje s početka teksta. Za početak, citirajmo iskustvo jednog pilota koji je bio dovoljno radoznao da se pozabavi radom kompjutera: ”U mom donekle zastarelom iskustvu (napomena: pilot je leteo na vrhunskom avionu F/A-18 CD), svi glavni sistemi u realnom vremenu (RTOS) programirani su na mašinskom jeziku niskog nivoa, a ne na ”Javi”  ili ”Pajtonu”; svakako ne na nekom OS opšte namene.” Već ovde imamo deo odgovora, ali je interesantno videti i objašnjenje tog iskustva: ”Tada su postojala dva veoma važna razloga za izbegavanje jezika višeg reda i OS opšte namene. Prvo i najvažnije: moralo se obezbediti apsolutno determinističko izvršavanje na nivou najnižeg kibernetičkog komuniciranja; drugi je bio ”prekomerni troškak” koji je svojstven programu ”HOL” (”Higher Order Logic” – programsko okruženje koji se može baviti dokazivanjem teorema i gde se mogu ubaciti alatke za izvođenje dokaza) ili složenijem operativnom sistemu. Programeri su morali da naprave tako jednostavan sistem s kojim će biti potpuno sigurni da se rutinske radnje tačno izvršavaju, a  da se pri tom uvere kako se one izvršavaju prema precizno utvrđenom rasporedu. Kompjuteri tog vremena nisu mogli da priušte sebi sistem koji bi otkazao u nekoj brzoj ”kontrolnoj petlji”, stoga je bio potreban najstroži mogući kod mašinskog jezika.”. Otkaz sistema predstavljao bi značajno ugrožavanje borbene misije, pa i njen prekid.

arhitektura rtos
ARHITEKTURA RTOS

Evo i primera iz prakse kontrole leta koja je pratila rad jednog aviona u koji je učitan ”OFP” (”Operational Flight Program” – ugrađeni program koji obavlja funkcije neophodne da na avionu besprekorno rade svi borbeni sistemi): kvar na jednom od tih programa uslovio je da jedan ”AV-8B” (”The McDonnell Douglas”’, sada ”Boeing”, američka verzija ”Herijera”), ostne da ”sedi” na pisti pri prvom pokušaju poletanja. Reč je, po svoj prilici, o programskom jeziku ”SPARK” koji je razvio Univerzitet u Sauthemptonu po narudžbi britanske vlade. ”SPARK” je bio baziran na programskom jeziku ”ADA”.

Smatra se da je taj jezik korišćen i na operativnom sistemu u avionima ”C-130J Herkules”. Taj jezik je prvobitno dizajnirao tim francuskog naučnika Žaka Išbaha koji je radio za ”CII Honeywell Bull” (francuska kompanija koja je menjala nazive, a po ovome je najpoznatija), kao narudžbinu Ministarstva odbrane SAD u periodu od 1977. do 1983. godine. Namera je bila da se unifikuje programski jezik jer je Ministartsvo do tada koristilo preko 450 programskih jezika.

Inače, taj jezik je dobio naziv po Adi Lovlejs (Ada Lovelace, 1815-1852) koja se smatra pretečom kompjuterskih programera. Grofica od Lovlejsa, Augusta Ada King (devojačko Barjon) bila je čuvena engleska matematičarka i književnica koja se proslavila stvarajući uputstva za prvu analitičku mašinu Čarlsa Bebidža. Ovaj jezik zasnovan je na poznatom jeziku ”Paskal” (nazvan tako u čast Bleza Paskala). Definisao ga je ”ISO” (”International Organization for Standardization”) i ne toleriše greške u pisanju koda. Upravo zbog toga se koristi u vojne svrhe jer se cilj da se greške u kodiranju uoče već pri ”kompajliranju” programa. Šta je kompajliranje? Kompilator (Compiler) je programski prevodilac, računarski program (ili niz programa) koji prebacuje kod jednog programskog jezika u drugi. Najčešći razlog za pravljenje izvornog koda jeste kreiranje izvršnog programa (Executable) i obično se odnosi na prevođenje izvornog koda sa višeg na niži programski jezik. 

Na novim OS moguće je da se koristi i aplikativni softver (”Windows” i ”Linux”), ali se ne spominje da li se te aplikacije pokreću nekim grafičkim interfejsom; ima naznaka da je reč o virtualizaciji. Razumljivo je što se o ovome ćuti, jer je poznato da su mnogi projekti u industriji borbenih aviona zaostajali po više godina (ili bi cela flota bila prizemljena) upravo zbog softverskih problema. Reklo bi se da je danas mehanički deo izrade aviona podrazumevajući (avion mogu da naprave mnoge zemlje, mogla je to i naša), ali je poznavanje programiranja znanje koje se čuva kao najstroža tajna i o njemu se znaju samo opšti podaci. 

Kako je ”ris” stigao u avion…

Šta nije tajna? Nije tajna da se danas u avionima zapadnog porekla koristi ”LinksOS” (”The LynxOS  RTOS”) koji je razvio ”Links Softver Tehnolodžis” (”Lynx Software Technologies”, Dalas u Teksasu). Taj OS se potpuno i funkcionalno dopunjuje sa ”POSIKSOM” (”POSIX – Portable Operating System Interface” – prenosivi OS interfejs). Koristi se u realnom vremenu u aplikacijama za vazduhoplovstvo, vojsku, kontrolu industrijskih procesa i u  telekomunikacijama. Sa takvim osobinama kompatibilan je sa bezbednosnim protokolom vojnog nivoa kao što su naprimer ”WolfSSL” i popularni ”TLS/SSL” (programi za bezbednu komunikaciju).

Nastanak ”LynxOS”-a

Prve verzije ovog sistema kreirao je Majkl Bunel (Mitchell Bunnell) u Dalasu. Namenjene su bile ciljano za upotrebu na prilagođenom računaru koji se bazirao na procesoru ”Motorola 68010” (16/32-bitni mikroprocesor, u programerskim krugovima poznat kao  “sixty-eight-thousand”). Prva platforma na kome je ovaj OS uopšte započeo bila je ”Atari 1040 ST”.  Razvoj je krenuo uporedo sa korišćenjem multifunkcionalnog ”UNIX” (akronim od Uniplexed Information and Computing Service – jednostavni informatički i računarski sistem), operativnog sistema firme ”Integrated Solutions” iz Masačuseca.

kl motorola 68010 pga (pin grid array)
KL Motorola 68010 PGA (pin grid array)

Posle toga je započeto usavršavanje kompatibilnosti i sa drugim operativnim sistemima, uključujući ”Linuks”. Korak po korak, nastao je OS čije su komponente kreirane za apsolutni determinizam (najzahtevnije određene performanse u realnom vremenu). Predvidivo vreme odziva obebeđeno je čak i prilikom teških I/O problema (I/O bound). Reč je o problemima koji nastaju kada se više vremena troši na traženje podataka nego na njihovu obradu. On to može jer rutinske operacije čini izuzetno kratkim i brzim. ”Links” je 2003. godine predstavio specijalizovanu verziju ”LinksOS” pod nazivom ”Links OS-17800” koji je specijalno namenjen za upotrebu u aplikacijama avionike koje su uparene sa industrijskim standardima. Kompanija ”Lynx Software Technologies’‘ (ranije ”Lynx Works”; ime je simbolično dato prema lukavoj i prgavoj životinji iz roda mačaka, risu) na taj način je postala svetski lider na tržištu ugrađenog softvera kojim se može obezbediti otvoren i pouzdan sistem u realnom vremenu, osnoano RTOS. To su bezbednosni OS najvišeg standarda. Najnoviji proizvod ove firme, koja se inače nalazi u San Hozeu (Kalifornija) je ”Links Sekjur” (LynxSecure) kojim se ”Links Vorks” učvrstio na vodećoj poziciji OS visoke bezbednosti i kriptozaštite, koji se koriste u visokorizičnom okruženju. Poslednjih godina posebnu pažnju posvećuju sličnom OS za BPL jer se pokazalo da se ti sistemi mogu ometati u takvoj meri da ih protivnik može blokirati, preuzeti i prizemiti. Oni imaju dodatni problem što moraju biti kompaktni usled specifičnosti avionike i načina upotrebe; mnogi modeli BPL se prave kao jednokratni, odnosno tzv. dronovi ”kamikaze” pa je potrebno da se napravi jevtin i pouzdan sistem koji čak i kada padne u ruke protivniku neće otkriti ništa epohalno. 

logotip linksovog os
LOGOTIP LINKSOVOG OS

Upotrebu na vojnim avionima ubrzo je počela da prati i upotreba u građanskoj avijaciji gde je takođe veoma bitno da OS odgovori zahtevima istim kao na borbenim avionima. Prvi su tako zatvorene OS koristili ”Erbas A 320” (”Airbus A320”) i ”Tu-204”.

Šta je na ovom polju postigla druga strana? Kinezi, naravno, kopiraju bez dozvole ali prave i originalne OS, a Rusi takođe koriste RTOS operativne sisteme. Međutim, prema samim ruskim izvorima koji su obelodanjeni kao naučni radovi sa stručnih skupova, može se konstatovati da Rusi nisu zadovoljni svojim razvojem OS. Kako smo na početku naveli, programiranje operativnog sistema je delikatan i veoma složen posao. To što se nalazi u kućištu vašeg kompjutera i što ne vidite (jer neprimetno i bez problema izvršava svoje obaveze) jeste rezultat integracije višedecenijskog razvoja i simbioze industrije i nauke, iskustva programera celog sveta, organizovanog i ciljanog razvoja. Svaki prekid u tom razvoju dovodi do zastoja koji se teško nadokanđuje i nanosi štetu koju je složeno i skupo nadoknaditi. 

Primena

Sve ovo do sada navedeno pripada IT sektoru. Pogledajmo stoga, u najkraćem,  šta kompjuter  na avionu radi i čemu služi. Pored avioničkih zadataka (optimizacija rada mnogih podsistema koji omogućavaju osnovu borbenog zadatka – sam let), on aktivno učestvuje u dejstvu aviona i pomaže pilotu da bude što efikasniji i komotniji u radu.  

Ubojni sistemi

Kada je reč o ubojnim sistemima, može se reći da su oni ”gosti” na avionu (isključujući topove koji su integralni deo letilice); ”pametne bombe” i rakete imaju svoje procesore, a dok su na avionu, moraju da komuniciraju s njim. Ta ubojna sredstva se mogu voditi radijom, infracrvenim senzorima, laserom i satelitski. Danas se čak uveliko radi na stvaranju ”pametne municije” nivoa snajperskog metka. Načinimo digresiju koja će svakako biti korisna, ako ništa drugo, kao informacija i slika o tome koliko je kompjuter svuda stigao. Već 2008. godine program ”EKZAKTO” (”EXACTO – Extreme Accuracy Tasked Ordnance”, oružje sa zadatkom maksimalne preciznosti) počeo je za agenciju ”DARPA” (”Agencija za unapređenje odbrambenih projekata”) koja radi u Arlingtonu (Virdžinija, SAD) da razvija pametnu snajpersku pušku tipa ”ispali i zaboravi”; druga agencija, ”Nacionalna laboratorija Sandija” u SAD (”Sandia National Laboratories”) ispalila je metak koji je na daljini od preko kilometar korigovao više od trideset puta svoju putanju. Recimo da je na avionu oružje posebna tema, ali ga vredi spomenuti jer prilikom lansiranja vezu s pilotom takođe obezbeđuje kompjuter.

Fly-by-wire

Sistem ”letenja pomoću žice” (fly-by-wire) je taj koji je napravio važan korak u korišćenju procesora na avionu jer je najpre olakšao posao pilotima, a zatim i preuzeo od njih dobar deo posla oko manevrabilnosti, dovodeći je do autonomije izražene kroz automatizam. Na taj način pilot je rasterećen brige da vodi računa o upravljivosti aviona u konfiguraciji kada je avion projektovan kao aerodinamički nestabilan. Put do FBW je izgledao ovako: najpre su mehaničke kontrole zamenjene servo-električnim kontrolnim uređajima, ali ni to nije velika novost. One su prvi put testirane tridesetih godina prošlog veka na sovjetskom avionu ”Tupoljev ANT-20” da bi se olakšao rad posada. Pravi FBW predstavlja digitalni interfejs gde se komande prenose električnim putem, bez žica, poluga, koturača, hidraulike. To je prvi put učinjeno na jednom neeksperimentalnom avionu kanadske proizvodnje ”Avro Kanada CF-105 Strela”. On nije ušao u masovnu proizvodnju iz političkih razloga, ali zato ”Konkord” 1969. godine jeste. Prvo ”čisto” elektronski pokretano vozilo  bez mehaničke ili hidrauličke podrške bilo je ”Apolo Vehicle” (”Lunar Landing Training Vehicle – LLTV”), koji je prvi put upotrebljeno 1968. godine. Njemu je prethodilo vozilo ”Lunar Landing Research Vehicle – LLRV) koje je razvijeno 1964. godine. Kao i svi ”NASINI” projekti, i on je iskorićen u vojne svrhe, pa je prvi digitalni avion s fiksnim krilom bez mehaničke rezerve bio ”F-8 Kruzejder” (”F-8 Chrusader”) koji je ”NASA” koristila kao elektronski probni avion. On je koristio hardver programa ”Apolo” za navođenje, navigaciju i kontrolu. 

nasin f 8 crusader sa fbw sistemom preuzetim iz programa apolo
NASIN F-8 CRUSADER SA FBW SISTEMOM PREUZETIM IZ PROGRAMA APOLO

Najveću korist od ugradnje kompjutera ima spomenuta kontrola manevrabilnosti. Već kod projektovanja ”Su – 27” konstruktori su računali sa ”lažnom aerodinamikom” i prepustili su kompjuteru da nizom uzastopnih, gotovo slivenih komandi, kontroliše deo upravljivosti aviona. Pilot je mogao bezbrižno da rukuje ostalim parametrima jer je sve probleme u letu (zastoj, kovit, prevlačenje, itd) rešavao kompjuter. Danas digitalni sistem kontrole leta omogućava konstrukcijski nestabilinim borbenim avionima kakvi su ”F-117 Noćni soko” (”Lockheed F-117 Nighthawk”) ili leteće krilo ”B-2” (”Northrop Grumman B-2 Spirit”) da lete na upotrebljiv način. Ti sistemi su po pravilu učetvorustrečni (redundirani). Kada bi svi otkazali, taj avion bi posle kratkog jedrenja morao da se preda Njutnu i da do zemlje stigne po zakonu gravitacije, kao cigla ili poklopac šahta, svejedno. 

B 52H U PRATNJI DVA UKRAJINSKA SU-27 ZA VREME VEŽBI 2020. GODINE
B 52H U PRATNJI DVA UKRAJINSKA SU-27 ZA VREME VEŽBI 2020. GODINE

KOMENTARIŠI

Molimo unesite svoj kometar!
Ovde unesite svoje ime
Captcha verification failed!
CAPTCHA korisnički rezultat nije uspeo. Molimo Vas da nas kontaktirate!

Povezani članci

Ostanite povezani

2,116FanovaLajkuj
3,432PratilacaZaprati
752PratilacaZaprati
478PratilacaZaprati

Najnovije objave