@ 2013.10.19 , 16:14
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基于Linux民用系统的美海军最新战舰

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美国海军第一艘朱姆沃尔特级(Zumwalt)导弹驱逐舰,「朱姆沃尔特号」,战列编号 DDG-1000 正在船坞内涂装,这艘船各方面都是空前绝后地,但是舰载的软件系统,却是民用的。

当第一艘朱姆沃尔特级导弹驱逐舰在去年下水,它就成为了美海军船队里最特别的一艘。造价 3.5 35亿美元的新战舰被设计成耐用、能活,而且火力强劲的新一代驱逐舰,打包了最新的时尚高科技元素。不过在它大脑中枢的数据中心里,安装的却不是定制的硬件,而是市面上就能买到的民用货,装着 Linux 系统,和 600 万行新开发的代码。

在10月10日,原文作者跑到了罗德岛,访问位于朴次茅斯的「雷神海军武器研发中心」。在那里,工程师们正在测试组装朱姆沃尔特的核心电子设备,并且准备应用在下一艘该系列的新船,麦克·蒙苏尔号上,它已经造的差不多了。在DDG-1000开发团队的带领下,我有幸参观了一下系统的核心部分——完全模仿舰上环境的测试环境,指挥官和官兵在这里练习操作舰载侦查设备、导弹发射器、枪炮和其他系统设备。

20年前,我(原文作者)在离雷神公司数英里的海军军官学校里就学会了如何当一名海员。但是在朱姆沃尔特的中央控制室内,感觉这里更像是科幻小说中企业号的舰桥上。所有的控制界面都是触摸屏的,软件接管了所有的操作职责,中央正前方的大屏幕显示着所有的航线、气象、陆地等航线关键数据。

貌似这艘新船的第一任舰长名叫 James Kirik((⊙o⊙)…是的,他真的叫 Krik )。但是如此依赖IT设备操作的高科技军舰,我觉得最好再配一个名叫 Vint Cerf 的首席工程师为好。

民用变军用

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大箱里的数据中心

在过去,你不可能拿民用设备来承担导弹发射这样要紧的任务——当我随着美海军爱荷华号出海的时候,在开火之前,必须关掉所有电脑,以防剧烈的冲击和震动将摧毁计算机系统。基本上普通 PC 系统是没法承担军事任务的。但定制的军用设备意味着更加高昂的开发和维护成本。

朱姆沃尔特号上的系统则完全基于民用硬件——大部分是跑着「红帽(Red Hat)」Linux 系统的 IBM 刀片机 —— 然后塞进一个特别强化加固的机房里。这个加固的机房名叫「模块化电子附件 Electronic Modular Enclosures (EMEs)」,雷神公司建造了 16 个这样的打包加固的数据中心。

EMEs 有 35英尺长,8英尺高,12英尺宽,16 个 EMEs 有超过 235 个机架。交付使用前,它们都在这里进行安装配置,完成测试。 EME 追求的就是成本,而且这让雷神公司在安装前就能完成集成系统的开发。雷神 DDG-1000 的软件开发长 Tom Moore 说:「大部分的钱都花在船厂建造上,而且我们进行舰上安装调试的时间很紧张。」

每一台 EMEs 都安装了独立的防震缓冲、电源保护、水冷系统和电磁屏蔽系统,以防止受到其他大型雷达电子设备的干扰。

所有的 EMEs 都被集成进了全舰的电子系统,朱姆沃尔特的舰载网络系统,拥有多个光纤和铜缆链接的分区的网络,由 TSCE(全舰计算平台) 冗余路由控制系统负责连接整个舰船系统,包括 内部和外部通讯、武器、动力、感应探测设备等等,通过 TCP 和 UDP 网络协议通讯。几乎所有的人员联络都是通过IP电话(还有一些备用的,老式电话机。)

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朱姆沃尔特 号上的网络通讯架构图

朱姆沃尔特号上也具备无线通讯能力,但是雷神公司没打算和我讨论这方面的技术细节,所以我也不清楚这是基于何种「无线方案」,它的作用就是让那些需要来回移动工作的人员可以和总部联系。

船上还有分布在很多层面上的大量的「数据记录程序」,它们没有通过IP网络连接起来的,而是通过单片机嵌入式系统,Lynx OS —— 一种实时 Linux 系统连接起来。被称之为「分布式自适应处理系统( Called Distributed Adaptation Processors)」,缩写是 DAPs,通过这些DAPs,再把动力系统,火力压制系统,导弹发射系统和无线电以及卫星通讯系和主网络连接,让用户通过客户端控制。

它们时刻都在勾引我发射导弹

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朱姆沃尔特的模拟控制舱,拥有和舰上一模一样的尺寸和布置,在朱姆沃尔特上的控制舱内,还会有一个二层楼提供给行动指挥部门

现在我正看着的,就是船上控制中心的模拟舱。这里不光是盯着屏幕看,听着船长吼——船上一切的一切操作,都可以在这里完成,从火炮到导弹发射。在朱姆沃尔特号上是没有「无线电通讯室」的;所有联络都被到了这里。火炮的操作完全在显示器前面完成,不会有炮手在炮塔里操作。理论上,这艘船的航行控制也可以在这里完成——这艘船完全是电脑导航的,而不是舵手。这一切,都在一个统一的平台上完成。

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这是雷神公司开发的 Mark 57 垂直发射系统,同时兼容反舰、对空和巡航导弹的发射。通过舰载网络系统与控制中心连接。

那边由三个显示器的控制台,叫做CDS(常规显示系统 Common Display System)(听操作它的人的发音是 "keds"),主机是英特尔架构的主板和四核CPU。这让海员的黑话「toe buster(让你玩命跑腿的混蛋)」有了新的含义,就算是端坐在舰桥上的指挥官和执行官面前都有一个 CDS 工作站。

每一个 CDS 工作站可以运行多个Linux虚拟机客户端,他们都宿主于 LynuxWorx 的 LynxSecure 系统上,它拥有自己独立的系统内核,在 CDS 系统中起到一个超级管理员的角色。使各个子系统在一个统一的安全平台上进行通讯。这套系统的开发总监 Robert Froncillo 告诉我说「所有的在岗的监控者,都可以在任何一台CDS上调出自己的系统界面。」可能你不觉得这有什么好处,但在以前的船舰上,所有武器系统的操作界面都是独立开发的,都有自己的处理器或者系统设置和界面,这让操作人员没法坐在一个地方,同时进行多个任务。CDS工作站有普通的USB接口,可以接入外围设备(比如轨迹球或者特别的控制台。)而且都是大触摸屏,当然,操作员的可以自己选择用传统方式,或者用触摸界面。

但这一切并不意味着大兵们得捧着说明书打仗。早在写代码之前,雷神就派出了开发团队和水兵们沟通,对系统的易用性进行确认,让水兵们对界面设计图纸进行反馈。Froncillo 说:「有个炊事班的老哥告诉我们,他可不想看什么操作教程。」

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朱姆沃尔特号控制舱的三维视图,注意还有一个二层楼给指挥官,空军部门以及其他联席行动部门。

把这些设施全都整合起来的,就是那些运行在IBM的刀片机上的中间件。大部分设备都是商用零售的产品,传递着各种操作指令。但是对于某些特别关键的系统,比如导弹发射指令, 海军还是使用了特别开发的符合「公共对象请求代理架构」 Common Object Request Broker Architecture标准的中间件来完成(包括无线电通讯系统也是由海军自行开发的CPRBA中间件完成的。)

下一艘新船

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在朱姆沃尔特号身后,是正在巴斯钢铁厂建造的 DDG-1001, 麦克·蒙苏尔号,已经完成了 60%。

虽然朱姆沃尔特号还不会很快出海打架,但是软件系统已经迭代了 6 次。当第五次测试的时候,雷神请来了更多的海军来测试系统,通过公司的模拟机进行实战演练。Froncillo 说:「我们进行了海空,对陆地攻击演练,测试结果将在第 6 次升级中得到改进,并在试航前,部署第 7 次迭代的系统,正式服役前,还会再部署一次更新。软件系统会随着后面新朱姆沃尔特级驱逐舰的建造而不断升级。」

但是朱姆沃尔特号上的技术不会只限于这几艘船,CDS系统将会成为美国海军「Aegis 舰载导弹发射导航系统升级计划」的一部分,而且在更多的未来部署中会得到应用。

考虑到海军在过去几十年在这套系统上的投入,和在这个过程中开发出来的新技术,可预见朱姆沃尔特号上的软件将会被更多地复用在其他领域。


翻译到一半的时候,有人问我,如果它的数据中心被打中不就完蛋了。我想了想(顺便逛了一圈军迷论坛),我觉得这种船,真打仗的时候你根本连他的浪花都看不见,它就已经盯着你好久了……作为敌军,你是很难活着看见它的机房的。

本文译自 arstechnica,由译者 Junius 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 48+1

  1. sunny昀呀呀
    @4 years ago
    2223687

    表示没看完全文

    [15] XX [5] 回复 [0]
  2. 酱板鸭
    @4 years ago
    2223688

    不错不错,值得学习

  3. 天や罚
    @4 years ago
    2223689

    小黄鸡无孔不入

    [37] XX [2] 回复 [0]
  4. 茶会
    @4 years ago
    2223692

    打仗越来越像打游戏了,而且还是MMO-RPG

    [53] XX [2] 回复 [0]
  5. 马赛克
    @4 years ago
    2223693

    如果用win8的话

  6. 西奥笑
    @4 years ago
    2223695

    以后转向不灵,导弹发射不出是不是只要重启一下就好了?

    [41] XX [6] 回复 [0]
  7. 2223697

    这船长的名字。。。。。
    USS Enterprise么

    [10] XX [1] 回复 [0]
  8. 2223699

    -,-不是3.5e,是 35e美元的造价,要是只有3.5e,美帝早就下饺子了

  9. Junius_Lou
    @4 years ago
    2223700

    @bdkov: 哟西,体教数……

  10. 深蓝の日
    @4 years ago
    2223702

    某士兵:我在值班的时候打电脑游戏,船沉了—-FML

    [119] XX [2] 回复 [0]
  11. 米醋人
    @4 years ago
    2223703

    这种船主打的就是隐蔽性

  12. 2223708

    @Junius_Lou: 话说。。。好多超载鸡啊,是因为这船用了高端大气的新的垂发系统,导弹更大,已经可以携带超载鸡打击别人了吗

  13. 2223709

    如果装的是Windows…………

  14. 2223715

    DDG1000是今年10.10下水的……

  15. 没吃早饭
    @4 years ago
    2223719

    美帝最后为他聘用超载鸡管理机房孵出了惨重的代价。

    [58] XX [3] 回复 [0]
  16. 2223733

    船会很热吧?

  17. 2223735

    @ORZ:

    如果装windows,那就直到退役都还在打补丁——-sp1 sp2 sp3……

    [17] XX [0] 回复 [0]
  18. 2223738

    一走进作战室就察觉到一丝异常——这个网吧空气这么好?!

    [41] XX [1] 回复 [0]
  19. 2223761

    触摸显示屏将是本船最大弱点。想像一下,显示屏点不亮后,他们能做什么?

  20. 2223765

    以后开战一炮打坏数据中心是不是比命中弹药库、动力系统还要致命啦?

  21. 自娱自乐
    @4 years ago
    2223771

    中国立马山寨 哈哈 万能的天朝

  22. 爱情拆迁办
    @4 years ago
    2223781

    倒数第二幅图终于有点超时空要塞舰桥的感觉了。

  23. 江哥
    @4 years ago
    2223785

    超载鸡出品!!刚刚的。

  24. greyroar
    @4 years ago
    2223786

    政府关门,所以下水延期

  25. 2223792

    @深蓝の日: 呵呵 Linux还想完游戏?!

    [2] XX [10] 回复 [0]
  26. MR。憨
    @4 years ago
    2223804

    这个不应该分类到爷有钱里面吗。。。一艘70亿美刀。。。

  27. 神响
    @4 years ago
    2223810

    也就是说,我们黑不了他的系统了?(@微软)

  28. ifacae
    @4 years ago
    2223815

    关键是能活。。。。能活 啊。。。。。。。。

  29. Alessio
    @4 years ago
    2223833

    小黄鸡入侵雷神公司。。

  30. blhawkue
    @4 years ago
    2223834

    Kirik Krik Kirk,傻傻分不清楚,喂,不用翻译照抄的怎么也会抄错?!

  31. 二手临时工
    @4 years ago
    2223838

    @blhawkue: 手打的!~

  32. 2223848

    @BBK: 这是完全不可能实现的任务。仔细看原文,有16个EME,每个都有集装箱大小,而且每一台 EMEs 都安装了独立的防震缓冲、电源保护、水冷系统和电磁屏蔽系统。你不会认为海军把这16个集装箱都放在一起吧?显然它们分散放在船的各处,而且可以相互备份,即使几台被打坏了,别的也可以替代其功能。假如16台全被打坏了……船竟然还没沉?

    另外,鉴于每个EME的体积不算太大,因此可以放在船上最安全的地方,比方说两台燃气轮机的中间。这样即使燃气轮机被打坏了,EME也不会坏。

    [15] XX [0] 回复 [0]
  33. sanders
    @4 years ago
    2223850

    地球人的船 好难看

  34. 2223852

    我们有宇宙真理加海带 怕毛?

  35. 琪露诺
    @4 years ago
    2223897

    在AC匿名版看到于是就来了

  36. 日人民报
    @4 years ago
    2223907

    卧槽这科幻的玩意真的造出来了?
    我总觉得他下一秒会变形。。。

  37. 朴克
    @4 years ago
    2223926

    @琪露诺:
    额,是我转去AC文章区的,借匿名版当下图床。。。。。。。。。。

  38. vatanoo
    @4 years ago
    2223946

    天朝的效率要造这样的船,不知道要到哪一年。。。。。

  39. Edmundlyy
    @4 years ago
    2224031

    中国的055巡洋舰都还在图纸上呢,DDG-1000都已经下水了,等2018年瞩目沃尔特级装备电磁炮的第三舰下水,那战斗力比世界上其他战舰比起来,又形成了代差优势了!中国的052D好不容易才将差距缩小到10几年,结果又被抛离十万八千里了,恐怖的美帝!
    别老说外交部是怂货,看看中国的军力,咱们现在还真的没那硬气的底子!

  40. yumeko
    @4 years ago
    2224082

    @e: 呵呵,linux不能玩游戏?

  41. 2224172

    第三张图里没有超载鸡,恩

  42. 2224344

    有没有懂的人说下数据存储是用什么介质的?

  43. SockWhite
    @4 years ago
    2224448

    给Linux装显卡驱动是个噩梦

  44. 小卡
    @4 years ago
    2224628

    @SockWhite: Linus: (nvidia) fuck you

  45. 2224839

    对付这种武器上的差距,损人不利己的无差别脏弹和轨道自由落体运动攻击是好办法

  46. 2225068

    @Jack 必须是SSD+RAID了

  47. 森海的鱼
    @4 years ago
    2225260

    超载鸡也是大杀器么

  48. 林夕合鸟
    @4 years ago
    2235412

    我给咱们国家做过雷达处理机的部分~

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