100 дней 100 космических инструментов, день 1 - RTOS

И ребята всем привет, можете называть меня - Rempest.Я новый админ, робототехник, програмист дронов и гуманойдных роботов. Так же изучаю космос, а если точнее - програмное обеспечение космических систем. И сегодня наша тема - RTOS (Real time operating system).

Вообще, что это такое?

RTOS (real time operating systems) - это группа операционных систем для контроля временных интервалов между задачами и миссиями.

Простой пример: вам нужно выучить все уроки за 10 секунд. И если вы ровно за 10 секунд не сделаете уроки, RTOS сломает абсолютно всю систему без шансов на востановление.

RTOS очень строгая система, и единица измерения у них в микро/милисекундах, это получается если какая та задача опоздает хоть на 100 микросекунду то вся техника сломается, а восстановить потом будет очень сложно а иногда даже невозможно.

Единица измерения отличается от типа RTOS. И да, как вы могли заметить RTOS это не одна конкретная система, а огромная группа других операционных систем реального времени.

В RTOS есть операционные системы такие как:
• QNX
• VxWorks
• RTEMS
• FreeRTOS
• Zephyr и другие.

Каждая операционная система используется для конкретных целей, например в космосе чаще используют QNX, VxWorks и RTEMS.

Но зачем такую кошмарную вещь используют в космосе?

1. Потому что RTOS=СТРОГОСТЬ, в космических системах миллионы задач работают парарельно, и чтобы не было "бардака" RTОS распределяет все задачи чтобы они не мешали друг к другу.

2. В космосе буквально каждая микросекунда важна. Все техники должны реагировать моментально, они не должны говорить: "Ща, у меня обновление появилось нужно 10 минут подождать" или "Ща подожди у меня вот это программа тормозит"
НЕТ! RTOS никогда не допускает таких ошибок, или задержки в задачах.

Ну на этом все, всем пока а на связи был Rempest.

100 дней — 100 космических инструментов. День 2: RTEMS

Всем привет друзья, на связи Rempest. Сегодня я расскажу про RTEMS — операционную систему реального времени, используемую в космических технологиях.

RTEMS — это RTOS, созданная для спутников и других космических систем. Это не обычная операционная система — она разработана для миссий, где критичны точность по времени и надёжность.

RTEMS используется в космических аппаратах, но не в роботах.
Для роботов чаще применяют QNX, VxWorks или FreeRTOS (для более простых систем).

RTEMS — открытая, надёжная и проверенная реальными миссиями ОС, что делает её одним из ключевых инструментов современной космической инженерии.

Один из главных фреймворков NASA — Fprime (F`)

И всем привет ребята, на связи Rempest. Cегодня тема будет про NASA, а именно про огромный фреймворк программного обеспечения для космических систем. Звучит сложно, но понять что это такое не трудно.

Начнем с того что такое фреймворк?

Фреймворк - это набор специальных инструментов для решение определенной задачей. Например у вас есть ящик с разными инструментами (Молоток, отвёртка и тд) и каждый инструмент используется для разных целей, с фреймворками тоже самое.

Теперь, что такое F'? (F-prime ещё его называют)

Это огромный, точнее, самый главный фреймворк для програмирование космических систем. Автор этого фреймворка, всеми известный - NASA.

NASA создал очень очень много фреймворков и экосистем для программирования космических техник, и про каждую систему я вам расскажу. Но самая главная их система является - F'.

F'(prime) - это открытый (open source) фреймворк для програмирование космических аппаратов. Он работает в реальном времени, умеет контролировать множество моторов, датчиков и сенсоров, поддерживает симуляцию и тестирование и многое другое. Вы можете скачать его абсолютно бесплатно на GitHub и работать с ним. Но сразу говорю он очень сложный фреймворк.

Системы NASA такие как:

• Ingenuity Mars Helicopter
• AST ERIA CubeSat
• ISS RapidScat
• Lunar Flashing CubeSat
• NearEarth Asteroid Scout и тд.

Используют именно F prime как самый главный фреймворк.

Ну и всем пока, на связи был Rempest.

И ребят всем привет на связи Rempest. Те кто не знают - у меня есть свой собственный тгк, где есть огромная информация о других науках и системах. Тем кому интересно, вот ссылка:

https://t.me/IntelliPlus

100 дней 100 космических инструментов. День 4- Космические процессоры.


Космические процессоры - это вам не обычный процессор по типу Ryzen или Intel, а нечто на много больше и мощнее. Ее используют для того чтобы он, КОНТРОЛИРОВАЛ ВСЮ КОСМИЧЕСКУЮ ТЕХНИКУ (спутник, марсоход, ракета и тд). Он управляет всеми системами, и автомотизирует работу человека.

Основные задачи космического процессора:

• Управлять абсолютно всеми системами

• Обработка данных и управление датчиками

• Навигация и ориентация

• Связь с землей

• Автономия робота

• Научные вычесления

Думаю вам тут все понятно кроме - Автономия робота. Это озночает что процессор сам принимает решения, если связь с землей теряется.

Какие же особенности есть у этих процессоров?

Эти процессоры выдерживают АБСОЛЮТНО ВСЕ (ладно не буду преувеличивать) они выдерживают многие условий космоса. Напрмер радиация, невесомость, отсутствие атмосферы и тд.

Про каждый процессор который я знаю сам, будут отдельные посты.

Ну и на этом все ребята, всем удачи и всем пока.

Ребят на связи Rempest. Помните когда то я рассказывал вам о open source фреймворке - F prime? Так вот, в официальном GitHub канале NASA, имеется open source проекты с использованием данного фреймворка. Подобных проектов и документации не мало. Вот ссылка на один из репозиториев:
https://github.com/nasa/fprime

Ребят,извините за долгое отсутствие постов и фактов! Сейчас у меня трудные контрольные и учеба,изза которой нет времени на канал :(
Но не расстраивайтесь!как только будет время–обязательно продолжу постить!

Удачи

Ядерные электрические ракеты

И всем привет ребята, на связи Rempest. Очень давно не было моих постов на этом канале. Но пришло время моего come back (потом опять на несколько месяцев пропаду). И сегодня я пришел не с пустыми руками. Сегодня я расскажу о ЯДЕРНЫХ - ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАКЕТ.

❗️СРАЗУ УТОЧНЯЮ, МЫ ГОВОРИМ О КОСМИЧЕСКИХ РАКЕТАХ А НЕ О БОМБ❗️

В этом посте ответы будут на такие вопросы;

• Что такое ядерная электрическая ракета?
• Какие у нее компоненты?
• Из чего она состоит?
• Как ее строят?
• Чем она отличается от обычной ракеты?
• Какой у нее софт?(Программы внутри ракеты)
• Можно ли использовать ИИ в ядерной электрической ракете?

Начнем с начала.
Что такое ядерная электрическая ракета?
Это космическая ракета, которая использует ядерное топливо чтобы создать энергию. Ядерное топливо НЕ выбрасывается наружу и НЕ участвует в тяге напрямую. В таких ракетах чаще используют уран 235 в виде таблеток или стержней. (Иногда еще уран 238 но это уже реже). В атомной электрической ракете химический процесс состоит из деления атомов:
Атом урана делится -> тем самым выделяет тепло. Это реакция КОНТРОЛИРУЕМАЯ, тоесть нет никакого "БАБАХ" или ядерных взрывов.

Какие у нее компоненты?
Общая идея:
ЯЭР (Ядерная электрическая ракета)= источник энергии + электростанция + электродвигатели + теплоотвод + управление
Тягу создаёт электричество, а не ядерное топливо напрямую. Основные компоненты этого аппарата состоит из:

• Ядерный реактор

Сердце ЯЭР. Оно создает тепло, которая вырабатывается за счет делений атомов урана. Опять же предупреждаю что там нет никаких взрывов, все плавно регулируется и контролируется.

• Система ядерной защиты
Защищает всю ракету, электронику, корпус, двигатели и все остальное от радиации. Обычно эту защиту делают из: экраны из бора, карбида бора, лития

• Система при образовании энергий
Превращает тепло в электричество. Типы таких систем довольно много, но самые основные из них это:
• термоэлектрические генераторы
• турбогенераторы (в мощных проектах)
Результат этих генераторов, они создают стабильное электричество для двигателей и других систем.

• Система отвода тепла
Состоит из:

теплоносителей (жидкие металлы или газы)

огромных радиаторов

Зачем:
в космосе нет воздуха → тепло можно убрать только излучением.

• Электрические двигатели
Они создают тягу благодаря которому ракета взлетает.

Типы:
ионные
холловские
плазменные (VASIMR)

Что используют:
электричество от реактора
рабочее тело (ксенон, аргон)
⚠️ Рабочее тело ≠ ядерное топливо

Баки с рабочим телом
Хранят: ксенон, аргон
Функция: газ ионизируется,
выбрасывается назад,
ракета разгоняется вперёд

Система ориентации и стабилизации
Нужна для: точного направления тяги
разворотов аппарата
стабилизации
Использует: малые двигатели, маховики, гироскопы. Блин вот помню решал подобные задачи на ориентацию, это ужасно сложно. Даже просто повернуть на @=30° безумно сложно.

Бортовой компьютер и софт
Мозг всей системы (Код на компьютере)

Управляет: реактором (жёсткая логика), распределением энергии двигателями, навигацией

Работает на: RTOS,
отказоустойчивых алгоритмах, без «свободного» ИИ в критических зонах

Система связи
Позволяет: передавать телеметрию, получать команды с Земли
Но:
аппарат должен уметь работать автономно а это очень сложно.

Каркас и конструкция
Обеспечивает: жёсткость
защиту, крепление всех модулей
Материалы: титан, алюминий-литий,
композиты

Вот такой список у нас получился. Надеюсь всем было понятно. Главное, что стоит запомнить
Ядерно-электрическая ракета — это не “ракета с реактором”,
а космическая электростанция с двигателями.

Следующий вопрос, из чего она состоит?
Мы уже разобрали что за фигнюшки внутри ЯЭР но теперь нужно разобрать его механику. Из чего она состоит механический?

её центре находится реактор — компактный, тяжёлый, окружённый защитой. Он не взрывается, не грохочет. Он спокойно и контролируемо выделяет тепло за счёт деления атомов. Это тепло превращается в электричество.

И вот здесь начинается самое интересное: электричество не создаёт тягу напрямую. Оно питает электрические двигатели, которые разгоняют обычный газ — чаще всего ксенон — до огромных скоростей.
Ракета движется не благодаря ядерному топливу как таковому, а благодаря электричеству, которое оно производит. Ядерное топливо остаётся внутри, как сердце внутри организма.

С точки зрения механики, это сложная система:
жёсткая несущая ферма
реактор в защитном кожухе
теплообменники и трубопроводы
огромные радиаторы, которые раскрываются как крылья
баки с рабочим телом
электрические двигатели

Самая парадоксальная часть — тепло. В космосе нет воздуха, который бы охлаждал конструкцию. Тепло можно убрать только излучением. Поэтому радиаторы получаются большими, тонкими и хрупкими. Иногда они сложнее самого реактора.

Внутри реактора находятся топливные сборки и управляющие стержни.
Главный механический элемент здесь — привод стержней.
Это электромеханический механизм, который:
медленно вводит стержни внутрь активной зоны,
либо выводит их наружу,
регулируя мощность реактора.
Есть и аварийный режим: при необходимости стержни могут просто упасть вниз под действием гравитации или пружины, мгновенно останавливая реакцию.
Это не быстрый процесс, как у двигателя, — это тонкая регулировка, миллиметры движения решают судьбу всей системы.

Реактор выделяет тепло, и его нужно уводить.
Для этого используется система труб и насосов. Если применяется жидкий металл (например, натрий или литий), то могут использоваться:
механические насосы,
либо электромагнитные насосы без движущихся лопастей.

Трубопроводы проходят через теплообменники и далее к радиаторам.
Здесь важна герметичность и устойчивость к высоким температурам.
Это замкнутый, непрерывно циркулирующий контур — как кровеносная система.

А радиаторы вот чуть чуть отличаются от обычных ракет. Иногда используются пружины, иногда электроприводы.
После раскрытия они остаются неподвижными — но их конструкция должна выдерживать температурные перепады и микровибрации.

Если представить всё вместе, механически ядерно-электрическая ракета — это:
длинная ферма,
реакторный модуль,
теплообменная система,
раскрывающиеся радиаторы,
блок двигателей,
баки с рабочим телом,
механизмы ориентации.

Она не «взрывается», не «ревёт».
Её механизмы работают тихо, медленно и точно.
Это машина не для силы, а для выносливости (Ребят она годами может лететь на Сатурн)

Теперь следующий вопрос: Как ее строят?

Проектирование ядерно-электрической ракеты начинается не с реактора. И даже не с двигателя.
Оно начинается с вопроса:
Куда и зачем мы летим?
Потому что эта машина — не универсальная. Она создаётся под конкретную задачу:
доставка груза к Марсу, буксировка спутников между орбитами, экспедиция к астероидам.

И от цели зависит почти всё — мощность реактора, размер радиаторов, количество двигателей, масса конструкции.

Инженеры сначала считают траекторию.
Сколько времени можно лететь?
Какую массу нужно разогнать?
Какой конечной скорости нужно достичь?
И только потом появляется понимание, сколько электрической мощности потребуется. Например: нужно 500 киловатт. Или мегаватт.
Вот с этого момента начинает рождаться сама система.

Под требуемую мощность выбирают реактор.
Но его нельзя просто «сделать мощнее».
Чем выше мощность:
тем больше тепла,
тем крупнее радиаторы,
тем тяжелее защита,
тем массивнее вся конструкция.

И тут начинается баланс.
Каждый килограмм реактора тянет за собой килограммы охлаждения и конструкции.
Проектирование превращается в постоянный компромисс:
мощность против массы, эффективность против сложности.

Самое сложное — это не сам реактор.
Самое сложное — тепло.
В космосе нет воздуха. Нечему «обдувать» аппарат.
Всё лишнее тепло можно убрать только через излучение.
Значит нужны огромные радиаторы.
А радиаторы — это:
площадь,
хрупкость,
механика раскрытия,
температурные деформации.

Иногда именно расчёт радиаторов определяет, как будет выглядеть вся ракета.

Чтобы защитить полезную нагрузку от излучения реактора, её отодвигают как можно дальше.

Появляется длинная ферма — десятки метров.
С одной стороны — реактор.
С другой — аппаратура и груз.
Эта длина — не прихоть, а способ уменьшить массу защиты.
Инженеры буквально считают метры, потому что каждый метр экономит килограммы свинца или другого защитного материала.

Электрические двигатели выбираются по эффективности.
Они дают маленькую тягу, но огромную экономию рабочего тела.
Проектировщики думают:
сколько двигателей нужно?
где их расположить?
будут ли они поворотными?
Иногда ставят несколько двигателей, чтобы можно было отключать часть системы и продолжать полёт при отказе.
Надёжность — ключевой принцип.


Такой аппарат нельзя просто собрать и «попробовать».
Каждый этап проходит через:
тепловые расчёты,
вибрационные испытания,
компьютерное моделирование реактора,
анализ отказов.
Инженеры специально ищут, где система может сломаться.
Проектирование — это в каком-то смысле искусство предвидеть поломки.

Реактор не запускается на Земле.
Он остаётся в «холодном» состоянии до выхода на безопасную орбиту.
Система должна быть рассчитана так, чтобы даже в случае аварии при запуске ядерное топливо осталось целым и не рассеялось.

Это отдельный пласт проектирования — защитные оболочки, расчёты ударных нагрузок, сценарии аварий.

Это не «ракета для старта».
Это космический буксир.
Энергетическая платформа.
Дальнобойная машина терпения.
Её создают не ради красивого пуска, а ради тихой работы в течение долгих лет и длинных путишествий на другие планеты.

Следующий вопрос: Чем отличается ЯЭР от обычной ракеты?

хотите прикол? ЯЭР это и есть обычная ракета. Но ровно до тех пор, пока она стартует с земли и пока не пролетит атмосферу. Знаете почему? Потому что тяга у этой ракеты очень очень маленькая, она несколько месяцев может лететь с земли и так и не пролететь атмосферу. И ради безопасности кстати тоже ее с земли не запускают. Тогда как она работает? Обычная Ракета, пролетает атмосферу, включается все ядерные системы, разделение атомов, энергия и это ракета уже в космосе превращается в ЯЭР. Она летит очень очень долго, несколько лет. Но зато, этот вид ракет один не из многих кто может лететь хоть до Сатурна хоть до Юпитера.

Следующий вопрос; Из чего состоит софт ЯЭР?
Софт ЯЭР состоит из симуляторов тестирование. Языков програмирование. Фреймворков и RTOS. Из симуляторов как мне известно частично используют Gazebo и MATLAB. Языки програмирование в ЯЭР это в основном потомки С, и сам С тоже. Так же используется менее популярные языки програмирование (Я даже их название забыл). Из фреймворков они используют два самых важных фреймворка. NASA Fprime и NASA cFS. Эти фреймворки полностью open source и вы можете бесплатно скачать их себе на ноутбук и програмировать свои ракеты. Из RTOS самые самые главные это QNX, VxWorks, RTEMS. Эти ОС реального времени, а значит они выполняют все задачи максильмально точго, максимально во время и максимально надеждно.

Теперь самый главный вопрос: можно ли использовать ИИ в ЯЭР?
Ответ: Частично. В ЯЭР можно использовать ИИ только для мелких задач. Но для очень важных, требовательных задач всегда более 70% решает инженер а не ИИ. Знаете почему? Потому что у ИИ есть аномалий. Эти аномалий могут нагло врать системе и случится провал (Может даже хуже). А вот ИИ пилот в ЯЭР полностью запрещен. Из-за этого те кто не выбрали свои будущие профессий, советую пойти на Space Engineering так как ИИ эту сферу и близко не заменит. Опять же, ИИ не используют в ЯЭР потому что он врун, может сделать ошибку, не увидеть проблему или еще хуже.

На этом все друзья мои, пост получился довольно не маленьким. Надеюсь всем было интересно и никто не заснул. И всем удачи всем пока. На связи был Rempest.

За 100 лайков под этим сообщением я расскажу как можно собрать ЯЭР у себя дома 😆