A NASA é conhecida pela sua exploração espacial, mas o que podem não se saber é que a agência também utiliza uma variedade de diferentes plataformas informáticas. Muitas pessoas têm curiosidade em saber se a NASA  utiliza Macs ou PCs com Windows. Vamos dar uma vista de olhos mais atenta ao uso de computadores da agência e ver o que podemos descobrir.

A NASA, o programa espacial dos Estados Unidos, é conhecida pela sua tecnologia e inovação de ponta. Então, que tipo de computadores utiliza? Alguns podem achar que a escolha recai sobre Macs em vez de PCs Windows na NASA. Mas será que é assim?

Quais são os sistemas operativos que mantêm as coisas a funcionar no espaço?

O Solar Orbiter da ESA lançado há 2 anos  passará anos num dos lugares mais inóspitos do Sistema Solar: o Sol. Durante a sua missão, o Solar Orbiter irá aproximar-se mais do Sol do que Mercúrio. E, atenção, Mercúrio está suficientemente perto para ter temperaturas que atingem os 450°C na sua superfície virada para o Sol.

Para resistir a tais temperaturas, o Solar Orbiter vai depender de um escudo térmico intrinsecamente concebido. Este escudo térmico, contudo, protegerá a nave apenas quando for apontada directamente para o Sol – não há proteção suficiente nos lados ou na parte de trás da sonda. Assim sendo, a ESA desenvolveu um sistema operacional em tempo real (RTOS) para o Solar Orbiter que pode actuar sob requisitos muito rigorosos. O desvio máximo permitido a partir do Sol é de apenas 6,5 graus. Qualquer desvio superior a 2,3 graus é aceitável apenas por um período de tempo muito curto; quando algo corre mal e é detetado um desvio perigoso, o Solar Orbiter tem apenas 50 segundos para reagir.

Maria Hernek, chefe da secção de sistemas de software de voo da ESA, diz: “Temos requisitos extremamente exigentes para esta missão. Tipicamente, o Reboot de uma plataforma como esta demora cerca de 40 segundos. Aqui, tivemos um total de 50 segundos para encontrar o problema e tomar medidas de recuperação. Este sistema operacional, precisa de reiniciar e recuperar remotamente em 50 segundos. Caso contrário, o Solar Orbiter está frito.”

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Para lidar com prazos tão implacáveis, naves espaciais como a Solar Orbiter são quase sempre geridas por sistemas operativos em tempo real que funcionam de uma forma diferente dos que utilizamos nos nossos computadores portáteis. Os critérios pelos quais avaliamos o Windows ou macOS são bastante simples: efetuam um cálculo, e se o resultado deste cálculo estiver correto, então a tarefa é considerada como sendo feita corretamente. Os sistemas operacionais utilizados no espaço acrescentam pelo menos mais um critério central: um cálculo tem de ser feito corretamente dentro de um prazo estritamente especificado. Quando um prazo não é cumprido, a tarefa é considerada falhada e terminada. E em voos espaciais, um prazo não cumprido significa muitas vezes que a nave espacial já se transformou numa bola de fogo ou se desviou para uma órbita incorreta.

A cada tarefa possível é atribuída uma prioridade específica, pelo que uma tarefa de maior prioridade pode ter precedência sobre a tarefa de menor prioridade. E desta forma, os engenheiros sabem exactamente que tarefa será executada em qualquer cenário e quanto tempo demorará a realizá-la.

 

Um pequeno reboot para o homem

Durante a sua famosa descida, Buzz Aldrin e Neil Armstrong apontaram a antena de “Rendez Vouz”  para o Módulo de Comando Apollo que orbita a Lua. Esta foi uma medida de segurança para o módulo de aterragem para saber onde estava o CM, caso precisasse de abortar a aterragem. Mas verificou-se que o radar estava a inundar o computador com dados, o que fez com que a AGC ficasse rapidamente sem memória. Os infames erros 1201 e 1202 significavam simplesmente que não havia núcleos magnéticos ou de memória livres e não havia áreas livres de acumulação vectorial, respectivamente. A falta de memória tornou impossível que os programas de aterragem completassem a tempo, e isto, por sua vez, causou reinícios do computador. Ainda assim, devido a medidas de segurança incorporadas no sistema operativo, não se perderam dados críticos de navegação durante essas reinicializações – a aterragem podia prosseguir como planeado. O SO simplesmente executou as suas tarefas programadas, recuperando exatamente onde tinha parado – exceto para as partes que exigiam memória, que tiveram de ser reiniciadas a partir do zero.

Eventualmente, a solução preferida da NASA veio da WindRiver, uma empresa sediada em Alameda, Califórnia. WindRiver lançou em 1987 um sistema operacional em tempo real comercial totalmente operacional e pronto a funcionar, chamado VxWorks. Embora o VxWorks não tenha sido o primeiro sistema deste tipo, rapidamente se tornou o mais amplamente implantado de todos eles, o que significa que o VxWorks rapidamente chamou a atenção dos designers da missão da NASA.

A primeira missão a voar VxWorks foi a sonda Clementine Moon, também conhecida como a Experiência Científica do Programa do Espaço Profundo. No início da década de 1990, Clementine marcou o afastamento da NASA dos programas tipo Behemoth, Apollo. Tudo deveria ser desenvolvido rapidamente, e com um orçamento apertado. Como tal, uma das escolhas de design feitas para a sonda Clementine foi utilizar o VxWorks, e o sistema causou uma impressão suficientemente boa para conseguir um segundo encontro. O VxWorks foi a escolha para a missão Mars Pathfinder.

Mas nem tudo foi rosas para este RTOS. Um erro – um problema de inversão prioritário – causou problemas à equipa de controlo terrestre da NASA. Pouco depois da aterragem, o sistema Pathfinder começou a reiniciar sem razão aparente, o que atrasou a transmissão dos dados recolhidos de volta à Terra. Foram necessárias três semanas para encontrar o problema e mais de 18 horas para o resolver.

Conclusão

A NASA não utiliza Windows, Mac ou Linux nas suas missões espaciais porque precisam de sistemas que sejam deterministas e possam lidar com as necessidades de cálculo em tempo real. RTOS como o VxWorks podem fornecer estas capacidades, tornando-os a escolha ideal para missões espaciais.

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