News - Papermoon: لینوکس با استانداردهای فضایی برای عصر نیواسپیس

توکیو — وقتی در دههٔ ۸۰ برای ناسا کار می‌کردم، هر ماهواره و فضاپیما که به مدار می‌رفت، با برنامه‌های دست‌نویس یک‌بار مصرف و تا حدودی نیمه‌مختص اجرا می‌شد. این رویکرد دردناک، گران و گاه فاجعه‌آمیز بود، همان‌طور که در سال ۱۹۹۹ با از دست رفتن مدارگرد اقلیم مریخ به خاطر یک اشتباه نرم‌افزاری اتفاق افتاد. اما اکنون اوضاع فرق کرده است. در سخنرانی کلیدی با عنوان «Space Grade Linux» در کنفرانس Open Source Summit Japan، رامون روچه، توسعه‌دهندهٔ باتجربهٔ رباتیک و مدیر کل بنیاد Dronecode، توضیح داد که چگونه لینوکس و نرم‌افزارهای متن‌باز به گزینهٔ پیش‌فرض برای هر پرتاب تبدیل می‌شوند — جایگزین برنامه‌های سفارشیِ یک‌بار مصرف گذشته. این تغییر مدتی بود که در راه بود. تا سال ۲۰۱۳، ایستگاه فضایی بین‌المللی لپ‌تاپ‌های ویندوزی خود را با ماشین‌های Debian Linux برای کارهای مأموریتی جایگزین کرده بود. امروزه موشک کارِ اصلی اسپیس‌اکس، فالکون ۹، و فضاپیمای Dragon هر دو از لینوکس استفاده می‌کنند. روچه همچنین اشاره کرد که نخستین هواگرد روی سیاره‌ای دیگر، هلیکوپتر Ingenuity بر سطح مریخ، با لینوکس پرواز کرده است. حتی اخیراً یک توسعه‌دهنده توانست Doomon، ماهواره‌ای ESA را با منبع باز اجرا کند. اما روچه تأکید کرد که یک چیز هنوز کم است: پلت‌فرم لینوکس فضاییِ مشترک تا شرکت‌های فضایی بتوانند از «رقابت بر سر لوله‌کشی‌ها» دست بردارند و به اشتراک‌گذاری زیرساخت‌های نرم‌افزاری پایه بپردازند. چالش نیواسپیس: پرتاب‌های ارزان‌تر، نرم‌افزار پیچیده‌تر پس‌زمینهٔ اقتصادی این داستان کلاسیک فناوری فضایی است: دسترسی به مدار ارزان‌تر از همیشه است، اما پیچیدگی نرم‌افزار و الزامات ایمنی همچنان افزایش می‌یابد. «می‌توانید ماهواره‌ای را با هزینهٔ معادل یک خودروی خوب به فضا پرتاب کنید»، روچه گفت، و اشاره کرد که هزینهٔ هر کیلوگرم به سرعت به کمتر از ۱۰۰ دلار برای پرتاب محموله به فضا نزدیک می‌شود، که این امر به چرخه‌ای از پرتاب‌های بیشتر، کاربردهای بیشتر و حتی «مرکز داده‌هایی در فضا» دامن می‌زند. «آن چه مقیاس‌پذیر نیست، این است که بسیاری از مأموریت‌ها هنوز به صورت بسته‌های نرم‌افزاری سفارشیِ یک‌بار مصرف مهندسی می‌شوند.» «اکنون ۲۰۲۵ است و ما هنوز در فازی مانند ۱۹۶۹ هستیم»، جایی که مأموریت‌ها یک‌بار مصرف و گران‌اند. این مدل «در زمانی که پرتاب‌ها میلیون‌ها دلار هزینه داشتند، خوب بود، اما دیگر با اقتصاد نیو‌اسپیس سازگار نیست.» چرا متن‌باز آیندهٔ مأموریت‌های فضایی است واقعیت‌های سخت فضا — رویدادهای تک‌گانهٔ ناشی از اشعاع که سیستم‌ها را بدون هشدار دوباره راه‌اندازی می‌کنند، تاخیرهای ارتباطی که «دقایق» اندازه‌گیری می‌شوند، و غیرممکن بودنِ اینکه به آنجا «SSH» کاری بفرستی تا یک ماهوارهٔ خراب را تعمیر کنی — توسعه‌دهندگان را به سمت متن‌بازهای قوی، با دانش عمومی و نگه‌داشتِ گروهی هدایت می‌کند تا به جای پشته‌های اختصاصی. مشکل از دیدِ روچه این است که آیا لینوکس لایهٔ پایهٔ مناسب برای سیستم‌های خودران است یا نه، بلکه اینکه چگونه از آن استفاده می‌شود. بررسی از میان توزیع‌های لینوکس Embedded Yocto را به‌عنوان «برندهٔ واضح» می‌دانست. با این حال باز هم منظره‌ای شکسته از تیم‌هایی داریم که «نسخهٔ لینوکس خود را از صفر می‌سازند» با «هیچ لایهٔ بنیادی مشترکی»، روچه گفت. «همه موافقند که لینوکس پاسخ است»، او گفت. «اما هیچ‌کس در مورد اینکه کدام لینوکس هست توافق ندارد.» یادگیری از موفقیت‌های متن‌باز در صنعت پهپاد این شکاف برای روچه آشناست، که بیش از یک دهه در اکوسیستم پهپاد around PX4 و پروژه‌های مرتبط کار کرده است. «سال ۲۰۱۰ بود که صنعت پهپاد بسیار شبیه بود. همه روی پشته‌های خود کار می‌کردند و هیچ‌کس با هیچ‌کس صحبت نمی‌کرد.» او چنین خاطرنشان کرد، و سال‌ها تلاشِ پیچیده و «هر شرکت دوباره اختراع می‌کرد، پروتکل‌های ناسازگار» را توصیف کرد تا اینکه جامعه تصمیم گرفت «دیگر بر سر لوله‌کشی رقابت نکند و بر نوآوری رقابت کند.» به گفتهٔ او، این تغییر موجب شد تا نرم‌افزار متن‌باز به نیروی غالب برای «اکثر پهپادهای تجاری و حرفه‌ای در جهان» تبدیل شود، از کشاورزی و بازرسی تا نقشه‌برداری، جست‌وجو و نجات و حتی دفاع. معرفی Papermoon: پشتهٔ لینوکس فضایی پیشنهادی Papermoon یک پشتهٔ لینوکس فضاییِ پیشنهادی است. روچه آن را به‌عنوان «یک پروژهٔ متن‌باز و یک بنیادِ جدید» توصیف کرد که حول لینوکس به‌عنوان «معماری لایهٔ میانی با قابلیت اجرای خودکار» ساخته شده و با مجوز MIT ارائه می‌شود، با گواهی منبع توسعه‌دهنده (Developer Certificate of Origin) به‌جای قراردادهای مشارکت که موجب اصطکاک می‌شود. هدف از این یک پشتهٔ لایه‌ای است: - بالاترین سطح: فریم‌ورک‌های فضای کار کاربری مخصوص مأموریت در بالا. - لایهٔ میانی: پشتیبانی برد و زیرساخت مدیریتی. - زیرین: Yocto/OpenEmbedded به‌عنوان سیستم ساخت که تصاویر تکرارپذیر، نگهداری بلندمدت و کراس‌کامپایل را فراهم می‌کند. از نظر سخت‌افزار، اهداف اولیه شامل بردهای توسعهٔ RISC‑V هستند که «همان قیمتِ Raspberry Pi» دارند، به گفتهٔ روچه، و در کنار پلتفرم‌های طراحی‌شده برای فضا مانند MPSoC مقاوم در برابر تشعشات Microchip، با یکپارچه‌سازی مداوم که در هر کامیت اجرا می‌شود و تصاویر روی بردهای واقعی بوت می‌شوند. «این همان چیزی است که می‌گیرید»، روچه به حضار گفت و استدلال کرد که تیم‌هایی که Papermoon را قبول می‌کنند «از صفر آغاز نمی‌کنند» — لایهٔ پایه، سیستم سازنده و «پیکربندیِ ایمنی‌محور» نمایانگر «ماه‌ها است که اگر با ما همکاری کنید، لازم نیست دوباره اختراع کنید.» ساخت یک سیستم ایمنی-بحرانی با ابتکار ELISA برای مقابله با ایمنی و صدور گواهی، این پروژه در چارچوب ابتکار Enabling Linux in Safety Applications (ELISA) بنیاد لینوکس در حال شکل‌گیری است. روچه کار کیت استوارت، معاون ELISA، را نمادِ جامعه‌ای دانست که Papermoon می‌خواهد با آن همسو باشد. «اگر شما در حال ساخت سیستم‌های بحرانی ایمنی هستید که روی لینوکس کار می‌کنند، هیچ‌کس بهتر از او برای یادگیری نیست»، گفت. «ELISA از سال ۲۰۱۹ به این مسئله می‌پردازد: چگونه از لینوکس در سیستم‌هایی استفاده کنیم که شکست‌های آن‌ها به جان انسان‌ها پایان می‌دهد؟» یک سال پیش، حدوداً ۳۰ نفر به‌صورت حضوری در مرکز گودارد ناسا جمع شدند — پایگاه من در دوران کار در ناسا — و حدود ۴۰ نفر دیگر به‌صورت مجازی از بیش از ۲۰ سازمان، آژانس و گروه پژوهشی به آنها پیوستند تا «جهت‌گیری این پروژه را تعیین کنند»، که روچه آن را «نه مذاکرات نگهداری صرف، بلکه تعهد واقعی» توصیف کرد. نقشهٔ راه آینده: از Incubation تا بنیاد جدید گام بعدی این است که از دورهٔ ELISA خارج شویم و بنیاد خود را با overheadهای بی‌طرف و با محوریت اعضا بسازیم؛ همان مدل‌هایی که برای لینوکسِ خودرو کار می‌کند—جایی که بنیان‌گذارانِ پروژه «به ما کمک می‌کنند تا شکل بدهیم این پروژه چه می‌شود: حاکمیت، نقشهٔ راه و استانداردهایی که تعیین می‌کنیم». سخن روچه به توسعه‌دهندگان و شرکت‌های حاضر در جلسه صریح بود: Ingenuity «ثابت کرد لینوکس باید در فضا باشد»، اما «ماموریت بعدی نباید از صفر آغاز شود». «سوال این است که آیا هر تیم پس از این از صفر بازسازی می‌کند یا ما به آنها همان پایه را می‌دهیم؟» او پرسید و Papermoon را به عنوان آن پایهٔ مشترک معرفی کرد و از کسانی که «برای فضا می‌سازند» و الگوی پهپادها و خودروسازی را درک می‌کنند خواست تا «به سمت ما بیایند» و «در ساخت پایه برای عصر بعدی فضا به ما کمک کنند».