Гаджеты для пустыни и космоса: какую технику используют в экстремальных условиях

Пролитый кофе или падение с журнального столика — вот самые крупные риски, которым в основном может быть подвержена домашняя компьютерная техника. И слишком часто этого бывает достаточно для сильного повреждения ноутбуков, мобильных телефонов или планшетов: разбиваются дисплеи или отказывает электроника. Однако специализированная техника может выдержать многое. Так, например, производитель электромобилей Tesla безуспешно потратил много времени на поиск 17-дюймового сенсорного дисплея для модели S. Отделы разработок поставщиков отказывались его изготавливать из-за вибраций и предполагаемых (высоких) температур.

Наконец, компания Tesla в ходе собственных тестов обнаружила поразительную вещь (благодаря чему в течение четырех лет выпустила уже около 50 000 автомобилей этой серии): трескучий мороз, экстремальные перепады температур и сильные вибрации выдерживает компьютерная техника, которую использует на открытом воздухе исследователь морского льда доктор Томас Крумпен. Климатолог, работающий в Институте имени Альфреда Вегенера в Бремерхафене и Центре полярных и морских исследований Гельмгольца (AWI), регулярно объезжает полярные районы, чтобы замерить толщину морского льда. Для этого он летает на малых высотах надо льдом на вертолете, в то время как висящий внизу измерительный прибор через WLAN передает данные на его ноутбук. Поскольку полеты на вертолете в арктическом и антарктическом климате требуют больших затрат, компьютер должен всегда безотказно работать несмотря на крайне неблагоприятные условия.

Техника для Северного полюса

С совершенно обычным ноутбуком Томас Крумпен отправлялся в полет только один единственный раз. «В вертолете ПК не издал ни звука — он был в буквальном смысле заморожен», — рассказывает он. И это неудивительно: при температуре до -36 °C, которую Крумпену приходится выдерживать в своих походах, электрохимические процессы в аккумуляторе замедляются, электролитическая жидкость становится вязкой, что тормозит движение ионов лития и нарушает работу аккумулятора. Кроме того, при низких температурах механика в жестких дисках работает настолько туго, что пластины больше не вращаются.

С тех пор Крумпен использует для своих полетов над морями только высокопрочные модели Toughbook компании Panasonic. Хотя они громоздкие и дорогие, их мощные аккумуляторы даже при экстремальном холоде обеспечивают достаточные резервы для 5−6 часов работы без подзарядки. У некоторых моделей нагревательные пластины при необходимости подогревают жесткий диск и другие компоненты при загрузке. Не последнюю роль играет и яркость дисплея, позволяющая работать даже при ослепительном солнечном свете, отражающемся от белой ледяной поверхности. Коллега Крумпена Мартин Шиллер, который также отвечает за техническое оснащение, уточняет: «Мы используем в основном «износоустойчивые» модели Toughbook, которые защищены от проникновения влаги — с такими ничего не случится от падения в снег».

Хуже, чем холод: конденсация

Мартин Шиллер также документирует экспедиции AWI в фотографиях с помощью камеры Canon EOS-1D Mark IV, которая без проблем работает в арктических условиях «Нужно только следить за тем, чтобы использовались объективы L со специальной герметизацией — обычные объективы при сильных перепадах температур запотевают изнутри».

Менее сложные устройства также используются в полярных экспедициях: для бурения льда исследователи AWI используют самые большие профессиональные аккумуляторные буры фирмы Bosch. Шиллер говорит: «Я часто удивлялся тому, что они просто продолжают работать, попадая в мокрый снег». И при бурении действует правило: большой аккумулятор должен сохранять необходимые резервы даже при низких температурах. Чтобы иметь возможность заглянуть под лед, Томас Крумпен использует экшн-камеру GoPro на палке и вводит ее через пробуренное отверстие. Маленькие прочные камеры и без того часто используются для документирования рабочих процессов.

Помимо холода коварство кроется и в изолированности арктических районов. В сибирской экспедиции, для которой пришлось арендовать большой вертолет МИ-8 и создавать собственный запас топлива, во время полета вышел из строя измерительный компьютер. По возвращении на базу стало ясно: хотя система Windows была установлена правильно, она не была активирована. В итоге пришлось исправлять ситуацию по спутниковому телефону.

Погружение в полярное море

С повальным отказом компьютерной техники оба полярных исследователя пока не сталкивались — но Томас Крумпен однажды был свидетелем настоящего провала. Водонепроницаемая радиоаппаратура в одной из экспедиций определенно приобреталась как «плавающая». Крумпен рассказывает: «Одно из устройств упало в пробуренное отверстие и погрузилось в воду словно камень». В этой ситуации коллеги еще смогли над этим посмеяться: к счастью, это была не единственная радиостанция.

Фотографии в жаркой пустыне

Чувствительным электронным устройствам нелегко приходится и в условиях, противоположным льду и холоду полярных районов, а именно в жаре и песках пустынь. В особенности, если они путешествуют по песчаным, каменистым и ледяным пустыням всего мира под рокот вездеходного мотоцикла. Колебания и вибрации терзают механику; жара, холод, пыль и влага являются серьезным испытанием для электроники.

Именно таким тяготам регулярно подвергает свое оборудование дипломированный географ и экстремальный фотограф Михаэль Мартин. Для своих Multivisions-шоу ему нужно не только сделать снимки в самых зрелищных условиях, но и доставить их домой целыми и невредимыми.

В первом вопросе он целиком и полностью полагается на свою профессиональную зеркальную камеру (на данный момент это — Nikon D4s): «Неважно, при -50 или при +50°С — она всегда отлично работает». От защитного оснащения или внешнего аккумулятора он отказывается. «Я осознанно упрощаю оснащение, чтобы меньше отвлекаться от самого процесса фотографирования», — говорит Мартин.

Чтобы наверняка доставить снимки домой, он использует множество относительно небольших карт памяти: это минимизирует урон, если одна из них испортится. По вечерам он копирует все на свой Apple Macbook, который он в качестве единственной модификации оснастил противоударным SSD. За каждое путешествие у Мартина набирается около 80 гигабайт фотографий в RAW-формате.

По сравнению с прежними временами, когда ему еще приходилось перевозить множество экспонированных и неэкспонированных диафильмов, цифровая техника — это гигантский прогресс, и в первую очередь потому, что кадры можно сразу проверить на месте. А раньше одна единственная песчинка в камере могла исцарапать всю пленку, что выяснялось уже дома.

Оснащение для камеры он складывает в специальный рюкзак фирмы Touratech, который крепится на баке. «Туда помещается зеркальная камера и три объектива, и так они лучше всего защищены от вибраций и возможного повреждения при падении». Глубоко в багаже на экстренный случай всегда лежит запасная камера меньшего размера, правда, пока ее ни разу не пришлось оттуда извлекать.

Пыль и грязь в пустыне не представляют такой большой проблемы, как принято думать — песок в пустыне настолько крупнозернистый и сухой, что он вряд ли проникнет в щели или налипнет на устройство. Михаэлю Мартину в качестве принадлежностей для очистки хватает одной стандартной кисточки для фотоаппаратуры.

Проблемы с электричеством в пампасах

Сложнее бывает снова и снова подзаряжать аккумуляторы всех необходимых устройств вдали от цивилизации. Причем Михаэль Мартин может использовать для этого разъем на 12 В на своем мотоцикле. От использования зарядного устройства, работающего на солнечной энергии, у него не осталось хорошего впечатления: «Его достаточно хлопотно собирать и устанавливать, и при этом оно работает очень медленно». Поэтому Михаэль Мартин предпочитает взять с собой пару запасных аккумуляторов.

Камеру Мартин использует примерно в течение двух-трех лет, а вот некоторые из его объективов уже более десяти лет сопровождают своего владельца в его путешествиях. Если обращаться с вещами разумно, то с ними, как правило, ничего не случается».

Но время от времени и самого опытного путешественника подстерегают неприятные сюрпризы: так однажды племя масаи напало на ночной лагерь Михаэля Мартина и его спутников в Танзании и, помимо прочего, унесла с собой две камеры. Правда, потом удалось их выкупить — за небольшую часть того, что они хотели за украденный несессер. «Потом я не удивился, когда обнаружил полностью передержанные и нечеткие снимки из деревни масаи». Масаи испытали камеры, но не справились с профессиональной техникой.

Ноутбуки на космической станции

Самая враждебная для жизни среда — космическое пространство, не ставит неразрешимых проблем перед стандартными ноутбуками, планшетами и цифровыми камерами — пока они находятся на борту Международной космической станции. На самом деле на МКС речь скорее идет о том, что компьютерная техника не должна создавать опасности для среды. Опасности кроются в деталях. Если, например, разобьется стеклянный дисплей планшета, в условиях невесомости по воздуху разлетятся мельчайшие осколки стекла, что опасно для жизни астронавтов. Поэтому стекло в устройствах должно либо заменяться пластиком, либо заклеиваться пленкой.

От полутора до двух лет длится процедура квалификации, которую должно пройти каждое IT-устройство, прежде чем оно попадет на МКС и сможет там использоваться. При этом исследуются, например, радиоизлучение и газовыделение, то есть, проверяется, выделяют ли искусственные материалы пластификаторы или аналогичные вещества, что может повлиять на качество воздуха на МКС. В этом отношении оболочка и корпус зачастую оказываются более проблематичными, чем само устройство.

Такой длительный предварительный период нужен для того, чтобы на МКС не попадала совсем свежая компьютерная техника. В настоящее время в качестве стандартных ноутбуков используется почти 100 IBM/Lenovo Thinkpad T61p и A31. Старые модели, которым не менее семи лет сейчас подлежат постепенной замене из-за отсутствия запчастей. За исключением специальных док-станций, элементов бортовой сети МКС, а также усиленного охлаждения компьютеры остаются без изменений. Большинство из них оснащено стандартными, не слишком большими жесткими дисками, которые в контролируемых условиях — от 20 до 25 °C и при нормальном давлении воздуха, создают проблемы так же редко, как и на Земле.

Что вообще не функционирует на космической станции, так это — пассивно охлаждаемые элементы. В невесомости нагретый воздух не поднимается вверх, а образует пузырь. Тепло не отводится, и устройство перегревается. Поэтому на ноутбуках для МКС используются усиленные вентиляторы, чтобы лучше отводить теплый воздух из компьютера. Струйные принтеры, которые имеются на МКС, также приспособлены для условий невесомости. Чернила сами по себе не вытекают из резервуара, поэтому используются модели с капиллярными системами из нетканого материала.

Чипы изнашиваются из-за излучения

У цифровых камер отмечается еще одна проблема. Сенсоры изображения высокого разрешения постоянно «обстреливаются» высокоэнергетическими частицами излучения и через два-три года на МКС постепенно появляются дефекты пикселей. Когда такие камеры выводятся из эксплуатации, они проходят путь любой неисправной компьютерной техники: поскольку доставлять вещи с орбиты гораздо дороже, чем доставлять на нее, они вместе с остальным мусором пакуются в утилизационные капсулы, которые потом направляются в земную атмосферу, где они и сгорают.

Сложной задачей является и передача данных между Землей и МКС, которая движется на 400-километровой высоте со скоростью 28 000 км/ч. Система TDRS из семи спутников обеспечивает постоянный канал радиосвязи и передачи данных, причем скорость передачи данных колеблется от скромных 192 кбит/с до 300 Мбит/с. Ежедневные пакеты данных с научными данными, рабочими задачами, новостями, блогами, музыкой и видео для астронавтов, которые в буквально смысле загружаются на МКС во время наименьшей нагрузки на сеть, — самое дорогостоящее в мире соединение для ежедневной доставки «полевой» почты.

Однако без подобных средств связи жизнь космонавтов существенно бы усложнилась. Например, с помощью данного канала связи на борт МКС могут передаваться чертежи для нового 3D-принтера Zero-G, способного работать в невесомости, с помощью которого будут печататься необходимые астронавтам инструменты. Принтер был разработан калифорнийской компанией Madein Space и доставлен на борт МКС в сентябре 2014 года, где успешно прошел заключительные тесты. До этого 3D-принтер подвергался множеству испытаний на Земле и в самолете, с помощью которого имитируется невесомость в результате параболического полета.

«Космический» 3D-принтер формирует объекты послойно методом экструзии, то есть путем продавливания мягкого материала через формующее отверстие. Сейчас принтер может работать только с полимерами, но разработчики утверждают, что в будущем станет возможно использовать и другие, более прочные материалы. Это позволит непосредственно на месте формировать необходимые детали, не дожидаясь транспорта с Земли. В будущем планируется разработать систему для переработки поврежденных
предметов, напечатанных на принтере, с целью использования материала, из которого они состоят, для повторной печати. С экономической точки зрения это очень перспективный проект, поскольку стоимость доставки грузов на орбиту чрезвычайно высока.

ФОТО: Alfred-Wegener-Institut/Stefan Hendricks, Martin Schiller; Panasonic; NASA