Enterprise Java на страже космоса

Научно технический прогресс постепенный по своей природе. Никто не берет горсть песка с пляжа и делает из нее компьютер. Мы берем грубые инструменты и создаем с помощью них более качественные. Затем с помощью последних еще более точные и так далее. Каждое малое усовершенствование — это ступенька прогресса и все они должны быть пройдены.

Председатель Шенчжи Ян.

В сознании каждого человека есть одна простая мысль: космические технологии — это сложно. На самом деле это не так. Не все технологии, применимые в космической отрасли — это Rocket science. И последние успехи в космонавтике, ренессанс космической тематики сподвигли меня на поиск проблемных областей, которые простой Enterprise Java разработчик может улучшить.

Предисловие

Самый простой способ — это пойти на сайт любой компании, работающей в космической отрасли, и поискать вакансии. Несмотря на то, что SpaceX ^[1] ищет программистов, мне было отказано на этапе резюме. Видимо, государственные контракты от NASA не позволяют им нанимать людей из других стран. Видимо, по этой же причине NASA ^[2] даже не ответили на моё резюме. JAXA ^[3] набирает не-программистов и тех, у кого японский не ниже уровня jlpt2.

С небольшими частными компаниями должно было бы быть значительно лучше. Но Planetary Resources ^[4] отказали на этапе резюме. Видимо, слишком маленькие, чтобы держать под рукой Enterprise Java разработчика. Planet ^[5] попросили написать программу на Си. Я конечно вспомнил синтаксис и смог, но после пары интервью они отказали. Видимо, слишком маленькая компания, у которой нет офиса в России, и переезд в другую страну они не потянут.

Ну и, наконец, дефолт сити. Роскосмос ^[6] — ни списка вакансий, ни требований.

Станции наблюдения за спутниками

Но мне повезло, и я случайно обнаружил проект Satnogs ^[7]. Это проект по созданию любительских станций наблюдения за спутниками по всему миру. Можно самому распечатать на 3д принтере части станции и по инструкции собрать. Также у них есть центральный сервер, который рассылает на станции запросы для наблюдения за пролетающими спутниками и собирает данные со всего мира: https://network.satnogs.org ^[8].

Для меня, как новичка в этой области, было не совсем понятно кому и зачем это нужно. Однако, повертевшись на форумах ^[9] и в mailing листах cubesat ^[10], я стал немного представлять проблематику.

Обычно маленькие спутники и кубсаты запускают университеты для отработки той или иной технологии ^[11]. Иногда их запускают даже солидные коммерческие компании для финальных тестов своих наработок ^[12]. Обычно эти компании и университеты достаточно небольшие и не могут себе позволить флот ^[13] для наблюдения за спутниками. Однако, понимание того, как ведет себя технология, важно в течении всего времени ^[14] полета, а не только во время пятиминутного интервала связи. Именно поэтому университеты и компании заинтересованы ^[15] в постоянном слежении за своими спутниками.

И тут на помощь должны прийти интернет и глобальная сеть наблюдения ^[16].

Телеметрия

По мере того, как спутник вращается на орбите, он периодически посылает телеметрию. Телеметрия ^[17] — это текущее состояние системы: напряжение батарей, момент вращения, температура и пр. Если постоянно получать эту информацию, то можно построить график изменения данных во времени и провести анализ.

Поскольку я прежде всего программист, меня заинтересовала именно программная часть, а в особенности digital signal processing. Как из .wav файла можно получить данные. Но прежде чем расчехлять прибор и начать кодить необходимо проанализировать существующие решения. Если вкратце, то эта область застряла где-то в 60х. Энтузиасты пересылают данные в виде скриншотов ^[18] к windows программам.

Хотелось бы что-то более современное. Например, облачный сервис, который на вход получает .wav файл, а на выходе возвращает json. Почему именно такая архитектура?

1. для того, чтобы отправить данные и получить результат не нужно специального ПО. Достаточно лишь curl, который есть во всех linux дистрибутивах;
2. результат в текстовом формате упрощает разработку и интеграцию;
3. микросервисная архитектура. Такой сервис будет отлично встраивается в другие более сложные системы.

Следующим этапом был выбор технологий. Поскольку специализированные железки для декодирования радио сигналов ну совсем никак не поставить в обычные датацентры, то необходимо программное декодирование. Тут все просто: gnuradio ^[19]. Это стандарт де-факто для программного декодирования — достаточно мощный и бесплатный инструмент, который поддерживает множество режимов и способов работы. Как раз то, что нужно для того, чтобы работать с зоопарком различных способов кодирования сигнала. Daniel Estévez написал ^[20] замечательные скрипты по декодированию сигналов различных спутников и приложил рабочие примеры.

Казалось бы вот оно, счастье. Однако, и тут есть несколько ложек дегтя:

1. GPLv2 ^[21]. Это не позволит вам писать коммерческий софт по декодированию сигналов. И уж точно не подходит для облачного сервиса — кто-то должен платить за хостинг ^[22].
2. Безумная связка C/C++/Python/Swig. Если вкратце, то в gnuradio есть понятие блока. Это такой атомарный преобразователь сигнала. Когда сигнал декодируется данные проходят через множества, связанных между собой, блоков, и на выходе из последнего блока получается результат. Так вот, блоки можно писать на С++ и python. А раз можно писать, значит кто-то обязательно напишет. В итоге, часть блоков написана на Python 2, часть на Python 3 ^[23], часть на C++, который иногда не компилируется ^[24] и не всегда устанавливается ^[25], и все это связано через SWIG ^[26].

Переписывать уже рабочий код, который используется уже много лет и знаком многим энтузиастам, задача неблагодарная. Но помучившись с виртуальными машинами и продравшись сквозь десяток ошибок компиляции, я решил пойти на невозможное: переписать ключевые блоки на Java ^[27]. Разумеется бездумно переписывать все подряд блоки не имеет смысла, поэтому я решил проверить концепцию, переписав только блоки, нужные для декодирования aausat-4 ^[28]. В итоге у меня получилось сделать бинарно совместимые с gnuradio блоки и декодировать сигнал.

Поскольку концепция оказалась успешной, я решил запустить облачный сервис ^[29], который по сути предоставляет REST интерфейс к библиотеке jradio ^[27]. Следующим этапом я планирую подключить его к satnogs ^[8] для декодирования данных.

Выводы

Даже если вы Enterprise Java разработчик, вы можете помочь Элону. Возможно, по прошествии времени Вы сможете говорить внукам что шаттл, который летает между Марсом и Землей, каждую секунду выполняет Ваш код. Дерзайте!

Автор: dernasherbrezon

Источник ^[30]