Автор: Анатолий Ализар. Несмотря на все проблемы, программа «Артемида» неуклонно продвигается вперёд. С каждым годом наше возвращение на Луну становится всё ближе, появляются новые интересные детали. Из необычных новостей — контракт частной компании Lonestar Data Holdings с подрядчиками Intuitive Machines и Skycorp на постройку нескольких ЦОДов под поверхностью Луны.

Проект Lonestar — это хостинг для критически важных данных на случай глобальных проблем, по примеру хранилища программного кода GitHub Arctic Code Vault в вечной мерзлоте Шпицбергена. Таким образом, человечество создаёт резервную копию за пределами Земли, что повышает суммарную вероятность сохранения цифрового наследия.

«Данные — основная валюта, созданная человечеством, — говорит Крис Стотт, основатель компании. — Они слишком важны для нас как биологического вида, чтобы держать их во всё более хрупкой земной биосфере. Луна — идеальное место для безопасного сохранения нашего будущего».

В декабре 2021 года Lonestar совместно с Canonical и Redwire провела успешное испытание своего сервера на МКС, а теперь объявила о начале разработки первого лунного дата-центра.

Этап 1. Сервер RISC-V на спускаемом аппарате Nova-C

Первые тесты на поверхности Луны запланированы в рамках миссии IM-1 в конце 2022 года. Спускаемый аппарат Nova-C отправят в долину Шрётера в океане Бурь. На борту Nova-C будет 100 кг научного оборудования, включая пять модулей НАСА и коммерческую нагрузку.

В рамках первой миссии Lonestar проведёт программный тест, передав некоторые данные на оборудование Nova-C. Этот эксперимент продлится один лунный день, то есть примерно 14 земных суток.

Спускаемый аппарат Nova-C

Lonestar также договорилась с Intuitive Machines об участии во второй миссии IM-2 (не ранее декабря 2022 г), где похожий спускаемый аппарат с полезной нагрузкой 130 кг сядет в районе лунного полюса.

На этом аппарате уже будет выделенное оборудование Lonestar для связи, получения и хранения данных клиентов — сервер весом около 1 кг, с накопителем на 16 ТБ, под Ubuntu. Представители компании говорят, что это в своём роде уникальное и революционное решение. Эксперимент должен подтвердить жизнеспособность идеи по передаче и хранению данных на Луне.

Начинка спускаемого аппарата Nova-C для второй миссии IM-2

Контракт на разработку оборудования заключён с калифорнийской компанией Skycorp, которая специализируется на орбитальной логистике, то есть разработке «критической инфраструктуры для современной космической экономики».

Skycorp разработала многоядерный сервер RISC-V, который и предоставит в пользование Lonestar. Данный сервер успешно опробован на МКС, где отработал приём и передачу данных с Земли как стандартный веб-сервер.

Коммерческая миссия входит в план CLPS (Commercial Lunar Payload Services), то есть расписание коммерческих миссий от частных компаний в сотрудничестве и по контрактам НАСА.

Этап 2. Дата-центр в лавовых туннелях

Подземный лавовый туннель на Гавайях

Сейчас Lonestar работает с архитектурным бюро BIG над внешним дизайном первого лунного центра обработки данных.

Скорее всего, для защиты от космического излучения дата-центр придётся оборудовать под лунной поверхностью. По крайней мере, хранилище данных должно быть там, в то время как сверху останутся только солнечные батареи и антенна приёмопередатчика.

Передатчик будет всегда на прямой видимости с Земли, обеспечивая постоянный канал связи. Как сообщается, компания получила разрешение на радиосвязь в диапазонах частот S (2–4 ГГц), X (8–12 ГГц) и Ka (26,5–40 ГГц).

Будущее подземное хранилище позиционируется как долговременное хранилище типа DRaaS (Disaster Recovery as a Service). Но путь маленького килограммового прототипа к подземному хранилищу будет долгим. В 2024 году планируется нарастить объём лунного хранилища до 5 ПБ, а к 2026 году — до 50 ПБ. Компания надеется установить постоянный канал связи с Землёй на 15 Гбит/с с помощью массива антенн (на КДПВ).

В перспективе долговременные хранилища данных будут размещать в лунных лавовых трубках — пещерах, вырытых под поверхностью Луны потоками древней базальтовой лавы. Внутри этих пещер температура более стабильна, чем на поверхности, а серверы лучше защищены от электромагнитных излучений.

В 2017 году японский радиолокационный зонд на орбитальном аппарате SELENE обнаружил такой туннель длиной около 50 км. Сейчас в рамках миссии European Large Logistics Lander планируется несколько роботов-скаутов «Дедал» для поиска других лавовых трубок.

Прототип робота-скаута «Дедал» с выносным 3D-лидаром и стереокамерами для поиска лавовых туннелей. Испытание в Вюрцбургском университете (Германия)

Альтернативная конструкция от испанского университета Овьедо предполагает запуск роя маленьких скаутов с подключением по Wi-Fi

В целом, дата-центр Lonestar в лавовых туннелях вполне вписывается в лунную программу НАСА (и ESA), которая предусматривает строительство обширной инфраструктуры в районе Южного полюса с помощью роботов и больших аппаратов 3D-печати.

«Официальный» ЦОД

НАСА планирует возобновить пилотируемые полёты на Луну с 2025 года в рамках программы «Артемида». Подробный план программы (35 МБ, PDF) см. здесь. Параллельные планы у ESA, JAXA и других космических ведомств, которые конкурируют в «лунной гонке», но сотрудничают в важных совместных инициативах, таких как строительство Лунной орбитальной станции.

Есть вероятность создания на Луне общей «официальной» IT-инфраструктуры. Например, итальянское космическое агентство ISA заказало в компании Thales Alenia Space разработку и изучение 16 дизайнерских концептов различных лунных модулей, включая ЦОД.

Изображение: NASA/Sebastian Moss

По программе «Артемида», после 2025 года начинается последовательное строительство лунной инфраструктуры для долгосрочной базы. Лунный дата-центр должен её обслуживать. В этом отличие от дата-центра Lonestar, который проектируется для передачи данных с Земли и долговременного хранения.

В данный момент Thales Alenia Space и партнёры предлагают несколько первоначальных решений, которые «чрезвычайно отличаются друг от друга». Так что пока трудно сказать, как будет выглядеть официальный ЦОД на лунной базе.

Пока процесс находится на ранней стадии. Инженеры для начала пытаются определить, для чего будет использоваться ЦОД. Затем, исходя из этих требований, они оценят различные конфигурации, чтобы найти наиболее перспективную.

В настоящее время луноходы и другие системы используют гибридные вычисления: часть расчётов выполняют бортовые системы, а часть данных отправляется для обработки на Землю. Лунный ЦОД поможет оптимизировать эту систему.

Для многих потребностей полагаться на земные вычислительные ресурсы неприемлемо. При связи с Землёй задержка на порядок превышает приемлемую для VoIP, и на два порядка превышает стандарт для приложений с низкой задержкой, таких как виртуальные машины и сетевые хранилища.

Хотя будущая орбитальная станция Lunar Gateway будет находится на лунной орбите, её не предполагают использовать в качестве дата-центра. Она будет работать как узел связи, научная лаборатория, модуля для кратковременного проживания и зона хранения для роботов. При этом она не рассчитана на большие вычислительные нагрузки от внешних клиентов.

В то же время инженеры допускают размещение ЦОД в отдельном орбитальном модуле.

Будущий спутник связи Lunar Pathfinder

Сеть LunaNet

В рамках инициативы ESA Moonlight и программы НАСА LunaNet разрабатывается проект универсальной сети связи на протоколах Delay/Disruption Tolerant Networking (DTN).

LunaNet представляет взаимосвязанную суть орбитальных аппаратов, а также мобильных и стационарных базовых станций, обеспечивающих ретрансляцию сигнала и PNT (позиционирование, навигация, служба времени), аналог земной GPS.

Если вышеупомянутый ЦОД заработает, его поначалу подключат к сотовой сети 4G, которую развернёт компания Nokia. Она тоже станет частью LunaNet.

Вообще, до настоящего времени почти все лунные аппараты не использовали местные ретрансляторы, а управлялись напрямую с Земли (кроме станции «Чанъэ-4», которые совершила посадку на обратной стороне Луны в 2019 году и общается через спутник-ретранслятор «Цюэцяо»).

Сеть LunaNet исполнит роль «универсального ретранслятора» для всех аппаратов, в том числе на обратной стороне Луны, а также для аппаратов, у которых отсутствует видимость с Землёй из-за рельефа местности: кратеров, камней или лавовых трубок.

В перспективе сеть LunaNet сможет обслуживать весь лунный флот из десятков роверов, сенсоров и модулей научного оборудования. Это будет гораздо эффективнее и дешевле, чем прямая связь каждого объекта.

Как и с обычным интернетом, LunaNet станет всеобщим достоянием человечества. Им будут пользоваться все: и государственные, и коммерческие, и научные организации, но она не будет принадлежать никому конкретно, в том числе никакой одной стране или корпорации. Никто не сможет навязывать свои правила — и от такой свободы выигрывают все.

3D-печать зданий из реголита

Судя по всему, перспективным вариантом строительства лунной базы НАСА считает 3D-печать из реголита.

Правда, до сих пор не придумали способ доставки на Луну массивного оборудования для 3D-печати.

Финальный рендер посадочных площадок Lunar Pads для взлёта и посадки ракет. Высокий предмет на посадочном модуле Blue Moon Lander на рендере — это 3D-печатная машина

Но вообще приятно наблюдать, как лунная программа набирает ход — десятки научных проектов стартовали по всему миру, от Евросоюза до Японии, рассматриваются перспективы космического туризма, добычи полезных ископаемых, в том числе гелия-3, захвата астероидов, в том числе с редкими металлами. НАСА надеется к концу десятилетия наладить постоянное присутствие на Луне с перспективой создания постоянной пилотируемой базы, а в будущем — и постоянной базы на поверхности.

Идут конкурсы проектов на строительство наиболее комфортных и безопасных жилых зданий, на создание лунной системы энергоснабжения, на роботизированную добычу ресурсов (выемка, перемещение и обработка ледяного реголита, получение ракетного топлива, питьевой воды и других материалов).

В то же время не стоит забывать, что лунная база — это важный этап на пути к освоению Марса.

Иногда создаётся впечатление, что важные исторические события происходят буквально на наших глазах. Словно мы живём на страницах будущего учебника истории… Возможно, в первой половине 21 века человечество наконец-то выйдет за пределы материнской планеты.