Buzz
Không phải các vi xử lý mới nhất hay một hệ điều hành lộng lẫy, nhưng các CPU cổ điển cùng với hệ điều hành Linux mới là những yếu tố quan trọng đưa các phi hành gia tiến xa tới không gian vũ trụ.
Trong một năm đầy biến động, vẫn có những khoảnh khắc đáng nhớ. Ngày 30 tháng Năm năm ngoái đã ghi dấu một bước tiến mới cho ngành hàng không vũ trụ Mỹ khi Crew Dragon, tàu vũ trụ tư nhân đầu tiên thành công đưa các phi hành gia Mỹ lên trạm vũ trụ ISS. Con tàu vũ trụ này được đưa ra ngoài không gian bằng tên lửa tái sử dụng Falcon 9 của SpaceX.
Vậy điều gì đã giúp Falcon 9 thực hiện được điều này? Nói một cách khác, nhờ vào oxy lỏng, chất nhiên liệu dễ cháy và Linux - hệ điều hành cơ sở cho siêu máy tính, thiết bị IoT và vô số thiết bị quan trọng khác - cùng ba CPU cổ điển.
Các CPU cổ điển
Khác với sự tưởng tượng của nhiều người về một công nghệ hiện đại như tên lửa Falcon 9, hệ điều hành của nó thực tế là một phiên bản đơn giản hóa của Linux chạy trên 3 bộ xử lý x86 dual-core cổ điển. Phần mềm điều khiển bay của nó chạy trên một CPU riêng biệt và được viết bằng C/C++.
Cổ kính và không đặc biệt? Đúng vậy. Các vi xử lý cho tàu vũ trụ không phải là những bộ xử lý mới nhất hay mạnh nhất. Chúng được phát triển cho các tàu vũ trụ - những phương tiện mất hàng năm, thậm chí vài chục năm, để đi từ bản thiết kế sơ bộ đến một tên lửa trên bệ phóng. Do đó, chúng thường khá cổ kính - nếu không muốn nói là lỗi thời so với các thiết bị điện tử tiêu dùng.
Ví dụ, trạm vũ trụ ISS hiện vẫn sử dụng các vi xử lý Intel 80368SX 20 MHz được phát triển từ năm 1988. Tuy nhiên, chúng ta không biết chính xác Falcon 9 sử dụng bộ xử lý gì. Nhưng hầu như chắc chắn rằng thiết kế của chúng đã cũ hơn cả thập kỷ so với các máy tính bán trong siêu thị điện máy.
Tất nhiên, ngoại trừ việc thực hiện các lệnh điều khiển trên các mạch ghép kênh và mạch giải ghép kênh (multiplexer-demultiplexer hay MDM), các vi xử lý cổ kính này không có nhiều công dụng. Đối với công việc hàng ngày, các phi hành gia sẽ sử dụng chiếc HP Zbook 15s chạy Debian Linux, Scientific Linux và Windows 10. Trong khi hệ điều hành Linux hoạt động như terminal điều khiển từ xa để điều khiển các mạch MDM, hệ điều hành Windows được sử dụng cho email, web và giải trí.
Mặc dù cổ kính như vậy, các vi xử lý được sử dụng trong không gian cũng không phải là loại bình thường. Chúng phải trải qua quá trình tinh luyện đặc biệt để chống lại tác động của bức xạ. Nếu không, chúng sẽ nhanh chóng hỏng dưới tác động của bức xạ ion hóa và các tia vũ trụ.
Vì vậy, những vi xử lý này sẽ mất nhiều năm để thiết kế và thử nghiệm trước khi chúng được chứng nhận có thể hoạt động trong môi trường không gian. Ví dụ, NASA dự định rằng các vi xử lý đa nhiệm, thế hệ tiếp theo của họ, bộ xử lý ARM A53 - được sử dụng trên bo mạch Raspberry Pi 3 ra mắt từ năm 2016 - sẽ sẵn sàng hoạt động vào năm 2021. Trong khi đó, tầng đầu tiên của tên lửa Falcon 9 sẽ quay về Trái Đất để tái sử dụng nên chúng không cần phải trải qua quá trình tinh luyện.
Đảm bảo an toàn thông qua phương pháp 'nhắc tôi 3 lần'
Nhưng tại sao cần 3 vi xử lý? Theo giải thích trên diễn đàn StackExchange Space Exploration, SpaceX sử dụng mô hình Actor-Judge để đảm bảo an toàn thông qua thiết kế dự phòng.
Theo mô hình này, mỗi khi có quyết định, nó được so sánh với kết quả từ các vi xử lý khác. Nếu có sự không đồng nhất, quyết định sẽ được thu hồi và quá trình sẽ bắt đầu lại. Chỉ khi tất cả vi xử lý đưa ra cùng một kết quả thì lệnh mới được gửi tới cho các bộ điều khiển PowerPC.
Các bộ điều khiển này, có nhiệm vụ ra lệnh đốt động cơ tên lửa, sẽ nhận lệnh từ mỗi vi xử lý x86. Nếu chuỗi 3 lệnh này giống nhau, bộ điều khiển sẽ thực hiện lệnh, nhưng nếu chỉ một trong 3 lệnh bị hỏng, nó sẽ thực hiện theo trình tự trước đó. Nếu tình hình tồi tệ hơn, Falcon 9 sẽ bỏ qua tất cả các lệnh không phù hợp của vi xử lý.
Điểm đặc biệt của quá trình 'nhắc tôi 3 lần' là khả năng tránh lỗi mà không cần các con chip đắt tiền. Các máy bay hiện đại, như Airbus mới, cũng sử dụng phương pháp tương tự cho hệ thống điều khiển bay.
Không chỉ Falcon 9, Crew Dragon cũng sử dụng Linux với phần mềm bay viết bằng C . Giao diện cảm ứng của tàu được xây dựng bằng Chromium và JavaScript. Vì vậy, nếu màn hình cảm ứng gặp sự cố, phi hành gia vẫn có nút bấm để điều khiển tàu vũ trụ.
Một lần nữa, cảm ơn Linux, người anh hùng lặng lẽ của thế giới, nền tảng vận hành cho nhiều hệ thống quan trọng ngày nay.
Tham khảo trên ZDNet
