CC BY
13УДК 629.783
ОСОБЕННОСТИ КОСМИЧЕСКОЙ ПЛАТФОРМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ
Д. А. Замятин, Е. Г. Баранова
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассмотрены особенности проектирования космического аппарата, выполняющего роль узла компьютерной сети.
Ключевые слова: компьютерная сеть, космический аппарат, орбита Земли, серверный комплекс, передача данных.
INFORMATION SUPPORT SPACE PLATFORM SPECIFICS
D. A. Zamyatin, E. G. Baranova
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
This article describes the design features of the computer network host spacecraft.
Keywords: computer network, spacecraft, Earth orbit, the server complex data transfer.
Космическая платформа, выполняющая роль узла орбитальной компьютерной сети, строится по модульному принципу, сходному со структурой орбитальных станций. Основную массу космической платформы составляют серверные модули - крупные контейнеры с размещённым на них компьютерным оборудованием (см. рисунок). Именно они являются системой хранения и оперативной обработки информации, орбитальным БАТА-центром. Необходимость использования модульного принципа обусловлена спецификой назначения космической платформы. На рисунке показана трёхмерная геометрическая компьютерная модель, в упрощённом виде демонстрирующая один из вариантов схем сборки модулей космической платформы в единое целое [1].
Вариант схемы сборки космической платформы с креплением модулей хранения информации вокруг модуля энергообеспечения (модули связи не показаны)
Мощное серверное оборудование потребляет большое количество электрической энергии в единицу времени, а габариты модулей хранения информа-
ции практически полностью используются для размещения компьютерного оборудования, в связи с чем электроснабжение комплекса должно обеспечиваться отдельным модулем энергообеспечения, что позволит создать достаточную площадь солнечных батарей для питания серверного оборудования электрической энергией.
Модуль хранения и обработки информации представляет собой закрытый контейнер, имеющий форму правильной шестиугольной призмы высотой 7,8 м с диаметром описанной окружности 3,6 м. На каркасе контейнера крепятся блоки сетевых хранилищ. Согласно предварительным расчётам, требования к массе и габаритам контейнера при использовании современного оборудования позволят обеспечить суммарный объём хранимой информации до 270 пе-табайт. Учитывая, что орбитальные БАТА-центры предназначены не для долговременного хранения информации, а для её кэширования при передаче, такого объёма сетевых хранилищ предположительно должно хватать для выполнения задач сети в полной мере. Позднее, с повышением плотности данных на носителях информации будущих поколений, орбитальные БАТА-центры будут подвергаться обновлениям аппаратного обеспечения [2; 3].
Потребляемая сетевым оборудованием мощность электроэнергии по предварительным расчётам, должна составлять приблизительно 480 кВт, что подтверждает, с одной стороны, целесообразность использования отдельного модуля космической платформы, служащего для электроснабжения сетевых хранилищ, с другой - техническую возможность реализации концепции без дополнительных затруднений, касающихся проблем энергообеспечения.
Решетневскуе чтения. 2018
Таблица 1
Характеристики модульного сетевого хранилища заданных габаритов
Показатели Габариты, мм Кол-во ячеек
Ячейки Контейнера В ряду Общее
Высота 200 7 800 32 1 920
Ширина 200 3 000 10
Глубина 200 1 800 6
Масса, кг 6 11 520
Объём данных, Тб 144 276 480
Объём данных, Пб 0,140 625 270
Потребляемая мощность, Вт 250 480 000
Таблица 2
Коэффициенты фотоэлектрического преобразования различных типов солнечных батарей
Тип фотоэлементов и модулей Коэффициент фотоэлектрического преобразования, %
Кремниевые
Si (кристаллический) 24,7
Si (поликристаллический)
Si (тонкопленочная передача)
Si (тонкопленочный субмодуль) 10,4
GaAs (кристаллический) 25,1
GaAs (тонкопленочный) 24,5
GaAs (поликристаллический) 18,2
!пР (кристаллический) 21,9
Тонкие плёнки халькогенидов
CIGS (фотоэлемент) 19,9
CIGS (субмодуль) 16,6
С(Ле (фотоэлемент) 16,5
Для определения указанных характеристик был проведён поиск и анализ необходимой информации из открытых источников о современных сетевых хранилищах и выполнен краткий расчёт представляющих интерес характеристик (для одного модуля хранения и обработки информации), приведённый в табл. 1 [3-5].
Модуль энергообеспечения представляет собой космический аппарат, оснащённый солнечными батареями большой площади и, при необходимости, оборудованием для преобразования электроэнергии. Согласно предварительным расчётам, для питания компьютерного оборудования одного модуля хранения данных необходима мощность не менее 480 кВт.
Один из основных способов получения электрической энергии на космических аппаратах - солнечные батареи: они работают долгое время без расхода каких-либо материалов, и в то же время являются экологически безопасными, в отличие от ядерных и радиоизотопных источников энергии.
Также, в 2018 г., с открытием флексо-фото-вольтаического эффекта, обнаружена возможность увеличения КПД фотоэлементов [6], а также за счёт продления жизни горячих носителей (электронов) теоретический предел их эффективности поднялся с 34 сразу до 66 процентов [7].
Таким образом, площадь солнечных батарей для одной части серверного комплекса должна быть около 500 м2, что является достаточно большой величи-
ной, однако, с учётом недавних разработок в области гелиоэнергетики площадь солнечных панелей может быть сокращена практически вдвое.
Библиографические ссылки
1. Замятин Д. А., Богданова В. С., Кольга В. В. Концепция орбитальной компьютерной сети // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы III Междунар. науч. конф. (10-14 апреля 2017, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2017.
2. Замятин Д. А., Богданова В. С., Кольга В. В. Основные принципы структуры орбитальной компьютерной сети // Решетневские чтения [Электронный ресурс] : материалы XXI Междунар. науч.-практ. конф., посвящ. памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Решет-нева (08-11 нояб. 2017, г. Красноярск) : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова. - Электрон. текстовые дан. (1 файл: 24,75 МБ). Режим доступа: https://reshetnev.sibsau.ru/page/materialykonferentsii.
3. Замятин Д. А., Богданова В. С., Степанова С. В. Концепция независимой спутниковой компьютерной сети // Новые информационные технологии и системы : сб. науч. ст. XIV Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 70-летию кафедры «Вычислительная техника» и 30-летию кафедры «Системы автоматизи-
рованного проектирования» (г. Пенза, 22-24 ноября 2017 г.). Пенза : Изд-во ПГУ, 2017. - 420 с.
4. TS-453Bmini | QNAP [Электронный ресурс]. URL: https://qnap.ru/ts-453bmini (дата обращения: 14.04.2018).
5. Обзор инженерных систем ЦОД: Модульный ЦОД [Электронный ресурс]. URL: http://alldc.ru/ documentation/document/613.html (дата обращения: 14.09.2016).
6. Физики выдавили из солнечных батарей дополнительную энергию [Электронный ресурс]. URL: https://nplus1.ru/news/2018/04/20/flexo-photovoltaic-effect (дата обращения: 20.07.2018).
7. Химики продлили жизнь горячим электронам в перовскитных батареях [Электронный ресурс]. URL: https://nplus1.ru/news/2018/01/17/hot-carriers (дата обращения: 20.07.2018).
References
1. Zamyatin D. A., Bogdanova V. S., Kolga V. V. The concept of orbital computer network // Aktual'nye problemy aviacii i kosmonavtiki : materialy III Mezhdu-nar. nauch. konf. (10-14 aprelya 2017, g. Krasnoyarsk) : v 2 ch. / pod obshch. red. Yu. Yu. Loginova ; Sib. gos. aehrokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2017
2. Zamyatin D. A., Bogdanova V. S., Kolga V. V. Main structure principles of the orbital computer network // Sib. gos. aehrokosmich. un-t. Krasnoyarsk, 2017
3. Zamyatin D. A., Bogdanova V. S., Stepanova S. V. The concept of an independent orbital computer network // New information technologies and systems ; Penza State University. Penza, 2017
4. TS-453Bmini | QNAP. Available at: https://qnap.ru/ts-453bmini (accessed 14.04.2018).
5. Obzor-inzhenernyh-sistem-tsod-modulnyj-tsod [Review of engineering systems for data centers: modular data center] (In Russ.). Available at: http://alldc.ru/documentation/document/613.html (accessed: 14.09.2016).
6. Fiziki-vydavili-iz-solnechnyh-batarey-dopolniteln-uyu-ehnergiyu [Physicists have extruded out solar panels for more energy] (In Russ.). Available at: https:// nplus 1.ru/news/2018/04/20/flexo-photovoltaic-effect (accessed: 20.07.2018).
7. Himiki-prodlili-zhizn-goryachim-ehlektronam-v-perovskitnyh-batareyah [Chemists have extended the life of the hot electrons in the perovskite batteries] (In Russ.). Available at: https://nplus1.ru/news/2018/01/17/hot-carriers (accessed: 20.07.2018).
© Замятин Д. А., Баранова Е. Г., 2018
