КОСМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ, 2015, том 53, № 3, с. 242-245
УДК 629.78:522.59
СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ПЛАНИРОВАНИЯ НАБЛЮДЕНИЙ В ПРОЕКТЕ "РАДИОАСТРОН"
© 2015 г. В. Е. Якимов
Астрокосмический центр Физического института им. П.Н. Лебедева РАН, г. Москва
yakimov@asc.rssi.ru Поступила в редакцию 16.12.2013 г.
В ходе подготовки к запуску космического радиотелескопа в качестве элемента наземно-космиче-ского радиоинтерферометра, проект "РадиоАстрон", было разработано программное обеспечение для планирования наблюдений радиоисточников. Создан набор инструментов для решения различных задач моделирования космической миссии в контексте радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами, когда один из радиотелескопов запущен в космос. Описана структура программного комплекса и приложения, которые позволяют выполнить планирование наблюдений источников с помощью наземно-космического радиоинтерферометра.
DOI: 10.7868/S0023420615030085
1. ВВЕДЕНИЕ
В последнее десятилетие прошлого века в связи с разработкой двух проектов наземно-кос-мических радиоинтерферометров в России ("РадиоАстрон") и Японии (VSOP) возникла задача создания программного обеспечения для решения различных задач по моделированию условий проведения наблюдений с использованием этих интерферометров. Такие программные пакеты были разработаны в России, США, Канаде и Венгрии. Это ASTRON, RAS S (Л.И. Гурвиц, В.Е.Якимов, АКЦ ФИАН, Россия), Fakesat (D.W. Murphy, Jet Propulsion Laboratory, USA), RPIS (A.R Taylor, University of Calgary, Canada) и SPAS (I. Fejes, SGO, Hungary) [1-3].
Специфика радиоинтерферометров с телескопом, запущенным в космос, предъявляет особые требования к планированию и проведению наблюдений с таким инструментом. Для правильной и эффективной работы всех элементов интерферо-метрической системы необходимо, чтобы в течение наблюдений выполнялся определенный набор условий на ориентацию космического телескопа и других устройств на борту спутника, а также связанных с ними наземных средств поддержки. В случае интерферометра " РадиоАстрон" эти условия детально обсуждаются в статье [4]. Учет ограничений представляет важнейшую часть функционала программного обеспечения для планирования наблюдений с наземно-космическим радиоинтерферометром.
В период подготовки к запуску в космос радиотелескопа проекта "РадиоАстрон" для решения различных задач, связанных с моделированием наблюдений, использовались два пакета — RASS
(RadioAstron Scheduling Software) и Fakesat. Имея практически идентичный функционал, данные пакеты отличаются в одном важном аспекте. Программный пакет RAS S создавался и развивался для решения различных задач моделирования прогнозируемых ситуаций, которые могли возникнуть в процессе реализации проекта "РадиоАстрон". По этой причине акцент был сделан на возможности детального анализа конфигурации всех элементов интерферометра. Пакет Fakesat создавался как инструмент в помощь наблюдателю, планирующему наблюдения исследуемого радиоисточника с наземно-космическим радиоинтерферометром. В связи с этим пакет снабжен множеством визуальных средств для облегчения составления заявки на планируемые наблюдения.
Пакет Fakesat был создан в Jet Propulsion Laboratory для работы на компьютерах фирм SUN/Hewlett Packard/DEC под управлением ОС Solaris/HP-UX/Open VMS, и он написан на диалекте языка программирования Fortran, не поддерживаемом стандартом ANSI f77. В ходе практической работы с пакетом Fakesat в Астро-космическом центре возникла необходимость его доработки с тем, чтобы можно было использовать пакет на компьютерах с операционной системой Linux. Однако прямая компиляция оригинального кода с помощью компилятора g77 невозможна
по указанным выше причинам. Поэтому в 1999 г.
1 Промыслов В.Г., Якимов В.Е., Сергеев А.Н. Модернизация пакета программ Fakesat (JPL) для моделирования наблюдений радиоисточников с использованием наземно-кос-мических радиоинтерферометров // Научно-технический отчет. АКЦ ФИАН. 1999.
СОЗДАНИЕ И РАЗВИТИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
243
была выполнена модернизация пакета с целью инсталляции его на компьютерах с ОС Linux.
Следующий важный этап модернизации пакетов RASS и Fakesat связан с переходом в проекте "РадиоАстрон" на орбиту с периодом обращения космического радиотелескопа в пределах 8—9 суток и высоким апогеем. Это обстоятельство потребовало глубокой перестройки пакетов как на алгоритмическом уровне, так и на уровне средств визуализации конечных результатов работы пакетов. В случае пакета Fakesat такая работа была проделана сотрудником АКЦ В.И. Журавлевым [5].
Пакет RASS в процессе использования для решения в рамках проекта различных задач моделирования претерпел множество модификаций. Фактически был создан новый программный комплекс для решения модельных задач в астрономии: SSAM — Software System for Astronomical Modelling. В новом пакете реализованы следующие принципы организации кода — модульность, расширяемость и возможность генерации бинарных файлов приложений для операционных систем Linux и MS Windows практически на основе одной и той же кодовой базы за исключением вызовов системных функций. Кроме того, в пакете осуществлена возможность чтения исходных данных в свободном формате независимо от типа их представления во входном потоке. Подробнее с пакетом можно ознакомиться на информационном ресурсе проекта "РадиоАстрон" webinet.asc.rssi.ru/software/AstroCom .
2. ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА SSAM
На самом верхнем уровне комплекс состоит из двух директорий — data и AstroCom. Первая директория содержит множество поддиректорий с начальными данными для различных приложений, а также поддиректории для конечных результатов их работы.
Вторая директория содержит по существу "движок" комплекса, и она включает командную оболочку, приложения, разработанные в рамках комплекса SSAM, и набор библиотек. Возможно наличие еще двух поддиректорий bin и lib для внешних приложений и поддиректории scripts для сценариев. Внешние приложения и сценарии, если в этом есть необходимость, запускаются в AstroCom под управлением аналога командной оболочки, которая является, по существу, одним из внутренних приложений комплекса.
Любое приложение, разработанное для комплекса SSAM, на структурном уровне имеет идентичное устройство, включающее два конфигурационных файла, главный файл программы, написанный на стандартном ANSI f77, и набор библиотек, задающих функционал приложе-
ния. Язык программирования Fortran 77 использован в целях совместимости с обширной библиотекой программ для научных исследований, разработанных в предыдущие годы. В случае генерации приложения для операционной системы MS Windows главная программа может содержать расширения к стандарту языка, характерные для компилятора Fortran PowerStation.
Имена конфигурационных файлов одинаковы в любом приложении: "app.cfg" и "task.ini". Оба файла являются текстовыми со строками, содержащие данные необходимые для конфигурации и определения текущего состояния приложения. Формат представления данных типичный для конфигурационных файлов: "key = value" или "key = value_1 value_2 ...value_n". Тип данных в переменной key — текстовый. Допустимые типы для переменной value — текстовый, целочисленный или вещественный (двойной точности), размещенных в строке без ограничений на позицию и порядок следования. Для оптимизации чтения конфигурационных файлов строки с ключами могут быть организованы в секции.
Файл "app.cfg" содержит глобальные фактические параметры, определяющие работу приложения в целом. Кроме того, в этом файле может быть указано состояние приложения для текущей задачи, заданной файлом "task.ini". Например, выбрав значение ключа "mode = ground", "mode = space" или "mode = ground + space" в файле "app.cfg" приложения zROSSAT (см. ниже), задача будет решена для наземной сети радиотелескопов, космического сегмента или наземно-космического радиоинтерферометра в целом соответственно. Файл "task.ini" включает фактические параметры для текущей задачи.
Файл приложения на языке Fortran 77 содержит только главную программу и несколько вспомогательных программ, определяющих специфику приложения. И вновь, как и случае конфигурационных файлов, структурно все приложения имеют практически идентичные главные программы, отличие только в вызовах процедур из подгружаемых библиотек, что и определяет функционал конкретного приложения. Каждое приложение содержит повторно используемый код на уровне главной программы. Унификация структур различных приложений облегчает их сопровождение в течение жизненного цикла и разработку новых приложений.
И последнее, что надо отметить при общем описании программного комплекса SSAM, это правила наименования приложений внутри директории AstroCom. Имя любого приложения, имеющее осмысленное звучание, определяемое спецификой приложения, содержит префикс в виде одного из символов x, y или г. Префикс x в имени приложения указывает на то, что оно име-
244
ЯКИМОВ
ет графический интерфейс, graphical user interface или GUI. Префикс y в имени имеет только одно приложение — yash. Это особое приложение, командная оболочка, под управлением которой можно запустить на исполнение несколько приложений в пакетном режиме. Префикс г в имени свидетельствует о том, что в приложении используется интерфейс командной строки, command-line interface или CLI.
3. ПЛАНИРОВАНИЕ НАБЛЮДЕНИЙ В ПРОЕКТЕ "РАДИОАСТРОН"
Приложение zROSSAT программного комплекса SSAM является естественным развитием пакета RASS в рамках нового подхода к разработке программного обеспечения для планирования наблюдений.
Планирование наблюдений радиоисточников с использованием наземно-космического интерферометра "РадиоАстрон", как это представлялось в предпусковой период подготовки проекта, состоит из несколько этапов. Ниже описан начальный и заключительный этапы процедуры планирования. Эти этапы являются достаточными в случае так называемой стандартной моды процедуры планирования. В исключительных, нетипичных случаях конфигурации наземно-космического радиоинтерферометра возникает необходимость детального анализа
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.