Wylana na klawiaturę kawa lub energiczny lot ukochanego tabletu wprost na drewniana podłogę, bądź wdzięczne nurkowanie smarfonu w… sedesie (wbrew pozorom zdarza się często) – oto koszmarny sen użytkownika zwykłego sprzętu IT. Można uważać, że to zdarzenia błahe, ale przecież wiele modeli smartfonów, tabletów czy laptopów odmówiło po takim wypadku posłuszeństwa i wymagało kosztownego serwisu, a niekiedy nawet wymiany na sprawny model. Dostrzegli to producenci, oferując na rynku coraz szerszą gamę modeli o lepszej tolerancji na wilgoć czy zalanie albo wyposażonych w trwalszy ekran i stabilniej montowane podzespoły. Dla domowego sprzętu to już coś, ale wystarczy odrobinę zmienić warunki, w jakich sprzęt ma pracować, a problemy się mnożą.
Przykład: producent samochodów elektrycznych – Tesla – przez dość długi czas poszukiwał 17-calowego ekranu dotykowego dla swojego modelu Tesla S. Drgania w podróży oraz znacznie szerszy zakres temperatur, w których sprzęt ma działać, stanowiły przyczynę tego, że pracownicy departamentów rozwojowych dostawcy elektroniki współpracującego z firmą Tesla rozkładali ręce. W tym przypadku problem udało się rozwiązać. Ostatecznie do Tesli S trafiły ekrany laptopów, które choć nieopracowywane pod kątem takich zastosowań, w wewnętrznych testach firmy Tesla spisywały się bardzo dobrze. Dziś, po upływie czterech lat i sprzedaniu ponad 50 tysięcy egzemplarzy, wiadomo, że eksperyment się udał. Sprzęt może znieść naprawdę sporo, nawet gdy pracuje w warunkach nie do końca odpowiadających tym, z myślą o których był projektowany, ale gdy warunki stają się ekstremalne, konieczne jest zastosowanie czegoś znacznie trwalszego.
Sprzęt w krainie lodu
Przenikliwe zimno, skrajnie niskie temperatury, gwałtowne drgania – to czynniki, na które odporne powinny być urządzenia wykorzystywane przez badacza morskiego lodu w Oceanie Arktycznym dr. Thomasa Krumpena podczas misji polowych. Klimatolog z Instytutu Alfreda Wegenera (AWI) pracujący w Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung (Centrum Helmholtza ds. Badań Polarnych i Morskich) regularnie udaje się w regiony polarne, gdzie dokonuje m.in. pomiaru grubości lodu morskiego, lecąc nad nim nisko helikopterem. Podczas takich wypraw, kiedy helikopter unosi się metr nad powierzchnią lodu i morza, Krumpen przesyła dane pomiarowe za pośrednictwem sieci WLAN do stale działającego komputera znajdującego się w helikopterze. Loty śmigłowców są kosztowne już w zwykłych warunkach, w warunkach polarnych koszt misji znacznie wzrasta, dlatego nie można sobie pozwolić na fiasko badań z powodu komputera, który odmówił posłuszeństwa z racji nazbyt surowego klimatu.
Laptop badacza musi działać niezawodnie mimo bardzo niekorzystnych warunków panujących w trakcie misji, a i tak często się zdarza, że podczas takiej wyprawy sprzęt jest wymieniany na nowy. W temperaturach niższych od -36°C, co wcale nie jest rzadkością w warunkach polarnych, procesy elektrochemiczne odpowiedzialne za działanie baterii laptopa zachodzą znacznie wolniej, w efekcie pojemność akumulatora może znacznie spaść. Ponadto mechanika dysków twardych w bardzo niskich temperaturach zawodzi, powodując blokowanie się mechanizmu obracającego talerze dysku. Dr Krumpen w trakcie lotów pomiarowych używa wyłącznie z modeli z serii Panasonic Toughbook. Chociaż laptopy te są drogie, dzięki baterii o dużej pojemności zapewniają nawet w ekstremalnych warunkach 5–6 godzin pracy. W niektórych modelach dysk twardy czy inne elementy można ogrzać (przez obudowę) palnikiem, jeżeli to konieczne przed uruchomieniem. Wreszcie wyświetlacz tych urządzeń jest na tyle jasny, że umożliwia pracę na białym lodzie nawet przy pełnym nasłonecznieniu. Martin Schiller, odpowiedzialny za wyposażenie techniczne współpracownik dr. Krumpena, uzupełnia, że w badaniach wykorzystywane są pół-mechaniczne modele Toughbooków odporne na zachlapania, co jednak w zupełności wystarcza – upadek w śnieg takiemu laptopowi nie zaszkodzi.
Gorsze od zimna – kondensacja
Podczas badań oprócz pomiarów znaczenie ma również dokumentacja – aby ją przygotować, potrzebny jest aparat. Martin Schiller korzystający z Canon EOS-1D Mark IV opowiada o problemach, które nie istnieją w naszym umiarkowanym klimacie: “wystarczy mieć świadomość, że jeżeli nie będziemy korzystać ze specjalnie uszczelnionych obiektywów, to ekstremalne wahania temperatury powodują osadzanie się pary, a tym samym uniemożliwią zrobienie jakiegokolwiek zdjęcia”.
Do wierceń w lodzie naukowcy z AWI używają największej profesjonalnej wkrętarki akumulatorowej marki Bosch. Schiller: “wielokrotnie zastanawiałem się, jak ten sprzęt może dalej funkcjonować po tym, jak mnóstwo razy wylądował w śniegu, lodzie czy błocie”. Duży i pojemny akumulator zapewnia dostateczne rezerwy również w niskich temperaturach. Aby zajrzeć pod lód po wykonaniu odwiertu, Thomas Krumpen wykorzystuje odpowiednio zamocowaną kamerę – to dobrze znany miłośnikom sportów ekstremalnych model GoPro. Naukowcy dzielą się też anegdotami, z których m.in. wynika, że powodzeniu misji mogą zaszkodzić nie tylko warunki klimatyczne. Podczas misji na Syberii wynajętemu śmigłowcowi, dużemu rosyjskiemu Mi-8, mało nie zabrakło paliwa, bo okazało się, że w komputerze zabranym na misję zainstalowano system Windows, ale nie dokonano jego aktywacji – trzeba było to zrobić w trakcie misji przez telefon satelitarny…
Zanurzenie w Oceanie Arktycznym
Podczas misji polarnych i morskich badacze korzystają oczywiście z wodoodpornych radiotelefonów, ale Thomas Krumpen zwraca uwagę, że sama wodoodporność to za mało. Modele kupowane na misje dodatkowo muszą umieć… pływać. Krumpen: “kiedyś używaliśmy wodoodpornego, ale nie pływającego sprzętu, do czasu aż jeden z radiotelefonów wpadł do wody i poszedł na dno jak kamień”. Na szczęście nie było to jedyne urządzenie tego typu, dzięki czemu badacze wciąż mieli kontakt ze światem.
Fotografowanie w upale pustyni
Przeciwieństwem lodu i zimna w regionach polarnych są bardzo wysokie temperatury i piach pustyni. To również warunki, którym zwykły domowy sprzęt nie sprosta. Zwłaszcza gdy dodatkowo urządzenia są przymocowane do jeżdżących po bezdrożach motocykli. Drgania, ciepło, zimno, kurz, wilgoć – istne tortury dla elektroniki. W takich warunkach pracuje fotograf Michael Martin. Podczas każdej publicznej prezentacji swoich prac podkreśla, że nie tylko stara się robić spektakularne zdjęcia, ale również przywieźć je do domu bez szwanku.
Aktualnie Martin korzysta z profesjonalnej lustrzanki cyfrowej Nikon D4S. Jak sam twierdzi: “niezależnie od tego, czy panuje temperatura -50 czy +50°C – zawsze działa idealnie”. Aby zminimalizować ewentualne straty i przywieźć do domu możliwie jak największą liczbę zdjęć, fotograf korzysta z wielu kart pamięci o stosunkowo niewielkiej pojemności. To znacznie lepsze rozwiązanie niż używanie kilku bardzo pojemnych kart – utrata jednej oznacza wtedy stratę bardzo wielu cennych ujęć. Dzięki mniejszym pojemnościom uszkodzenie pojedynczego nośnika nie jest już tak dotkliwe. Gdy wróci z terenu do obozu, Martin dokonuje przeglądu wykonanych danego dnia fotografii. Wykorzystuje do tego celu zwykłego Macbooka Apple, w którym dokonano tylko jednej modyfikacji – zastąpiono dysk twardy odpornym na wstrząsy nośnikiem SSD. Podczas każdej ze swoich wypraw Martin “produkuje” około 80 GB zdjęć zapisanych oczywiście w formacie RAW, pozwalającym na największą elastyczność w trakcie późniejszej ewentualnej obróbki fotografii.
W czasach fotografii analogowej Martin musiał przewozić filmy i slajdy tak zabezpieczone, by nie spowodować ich przypadkowego prześwietlenia. Fotografia cyfrowa jest więc dla niego ogromnym ułatwieniem – przede wszystkim dlatego, że ma możliwość sprawdzenia zdjęć bezpośrednio na miejscu. Wcześniej o tym, że np. ziarnko piasku przedostało się do wnętrza aparatu i zarysowało film, czego efektem były nieudane zdjęcia, – można się było dowiedzieć dopiero w domu.
Sprzęt fotograficzny jest przewożony na motocyklu w specjalnym, przypominającym zbiornik, odpornym na drgania i uderzenia pojemniku marki Touratech – firma ta specjalizuje się w produkcji motocyklowych systemów bagażowych. Jak zapewnia Martin, “w takim pojemniku mój SLR i trzy obiektywy są najlepiej chronione przed wibracjami i ewentualnymi uszkodzeniami”. W swoich bagażach przewozi również mniejszy aparat zapasowy, który mógłby być użyty w nagłych wypadkach, ale jeszcze nigdy nie okazał się potrzebny.
Co interesujące, kurz i brud nie są głównym problemem podczas wypraw pustynnych. Największym zagrożeniem okazuje się gruboziarnisty piasek, który przylega do elementów urządzeń i może powodować zarysowania. To wymaga znacznie uważniejszej konserwacji: nie jest wymagany tu jakiś specjalistyczny sprzęt, wystarczy zwykła szczoteczka do czyszczenia, odpowiednio często używana.
Aktualne problemy fotografa obieżyświata
Z dala od cywilizacji kluczowa kwestia to energia. Dopóki jest paliwo, Michael Martin może do ładowania baterii zasilających elektronikę używać przetwornika wykorzystującego 12-woltowy prąd z motocyklowego akumulatora. Próbował też korzystać z przenośnych ładowarek słonecznych, ale – jak sam twierdzi – nie miał z nimi najlepszych doświadczeń. “To było kłopotliwe w użyciu, podczas jazdy nie dało się tego stabilnie umocować. Postoje były na tyle krótkie, a ładowanie na tyle powolne, że całość nie spełniła moich wymagań”. Obecnie Martin korzysta z pokaźnego zestawu akumulatorów zapasowych.
Średni żywot aparatów cyfrowych towarzyszących fotografowi wynosi 2–3 lat, ale niektóre z używanych przez Martina obiektywów jeżdżą z nim po świecie już od ponad dekady. “Kiedy używamy rzeczy, zachowując zdrowy rozsądek, zazwyczaj nic się nie dzieje”.
Niestety, co jakiś czas i doświadczonego obieżyświata spotykają nieprzyjemne niespodzianki. Podczas wyprawy do Tanzanii na obóz Martina i jego towarzysza napadli Masajowie. Część sprzętu udało się odzyskać po wpłaceniu okupu, ale to był ułamek tego, czym dysponowali. “Później ze zdumieniem zobaczy- łem, że Masajowie próbowali robić zdjęcia. W pamięci urządzenia znalazłem mnóstwo prześwietlonych i nieudanych fotografii z wioski Masajów”. Prawdopodobnie brak umiejętności korzystania z aparatu przez masajskich wojowników pozwolił Martinowi odzyskać sprzęt i cenne zdjęcia.
Notebooki na stacji kosmicznej
Paradoksalnie środowisko wewnątrz Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) jest najbardziej przyjazne zwykłym “domowym” notebookom, tabletom, aparatom cyfrowym itp. Dopóki sprzęt nie opuszcza względnie bezpiecznego wnętrza stacji – nic się nie dzieje. W przypadku dowolnego urządzenia funkcjonują- cego na pokładzie ISS w praktyce większą wagę przykłada się do tego, by sprzęt nie stanowił zagrożenia dla stacji niż na odwrót – przekonuje dr Raimund Lentzen, szef działu szkoleniowego z Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki odpowiedzialny za przygotowanie załogi stacji w ramach zadań realizowanych przez ESA (Europejską Agencję Kosmiczną). Do zadań grupy dr. Lentzena należy również zaopatrzenie załogi w odpowiedni fabrycznie produkowany (tj. niemodyfikowany) sprzęt IT, który obecnie w dużych ilościach już działa na pokładzie ISS.
Teoretycznie sprzęt elektroniczny w warunkach mikrograwitacji działa dobrze, ale diabeł tkwi w szczegółach. “Fragmenty szkła unoszące się w powietrzu po stłuczeniu ekranu tabletu mogą stanowić zagrożenie dla życia astronautów”, informuje Lentzen. Dlatego też ekrany urządzeń trafiających na ISS są zastępowane egzemplarzami wykonanymi z tworzywa sztucznego lub są pokrywane folią uniemożliwiającą rozproszenie szklanych odłamków. Proces kwalifikacji, który musi być przeprowadzony dla każdego sprzętu IT, jaki ma trafić na ISS, trwa od półtora roku do dwóch lat. Dopiero gruntownie przetestowane i sprawdzone urządzenia mogą być przesłane, a następnie używane na pokładzie stacji kosmicznej. Badania są naprawdę dokładne: analizowany jest np. skład chemiczny tworzyw sztucznych wykorzystanych do konstrukcji danego urządzenia, by wyeliminować ewentualny negatywny wpływ tworzywa na jakość powietrza na ISS. “Pokrywa czy obudowa urządzenia są często bardziej problematyczne niż sam sprzęt”, mówi Raimund Lentzen.
Tak długi czas dopuszczania do użytku urządzeń IT na pokładzie stacji powoduje, że astronauci okrążający wraz z ISS naszą planetę siłą rzeczy nie korzystają z najnowocześniejszych modeli. Obecnie w użyciu są notebooki z serii IBM/Lenovo Thinkpad T61p i A31. Egzemplarze pierwszego z wymienionych modeli (T61p) trafiły na rynek już w 2007 roku. Na pokładzie ISS sprzęt funkcjonuje co najmniej siedem lat, później jest stopniowo wymieniany, głównie ze względu na coraz trudniejszy dostęp do części zamiennych. Komputery trafiające na ISS są w zasadzie niemodyfikowanymi wersjami handlowymi. Niestandardowe elementy, których nie kupimy w sklepach, to specjalna stacja dokująca, zasilacze zoptymalizowane pod kątem sieci energetycznej funkcjonującej na pokładzie ISS oraz wymuszona wentylacja. Dlaczego wymuszona wentylacja? Pasywne chłodzenie komponentów nie działa na ISS – w stanie nieważkości ciepłe powietrze nie unosi się ku górze (pojęcia “góra” i “dół” bez grawitacji są raczej abstrakcyjne), lecz tworzy nagrzewającą się “bańkę” otaczającą emitujący ciepło komponent. Brak konwekcji oznacza, że ciepło nie jest rozpraszane, co powoduje przegrzanie i uszkodzenie danego elementu. Wymuszona wentylacja rozwiązuje problem.
Na ISS działają również drukarki atramentowe, ale nie dotyczy to modeli, w których tusz ma pod wpływem grawitacji spływać ze zbiorników na nośnik. Jedynie urządzenia wykorzystujące siły kapilarne są w stanie poprawnie funkcjonować na pokładzie orbitującej stacji.
Chipy a promieniowanie
Innym problemem, szczególnie zauważalnym w przypadku aparatów cyfrowych wyposażonych w matryce o wysokiej rozdzielczości, są uszkodzenia matryc światłoczułych przez wysokoenergetyczne cząstki promieniowania. Jeżeli w wyniku bombardowania promieniowaniem aparat ulega uszkodzeniu, jest traktowany podobnie jak wszystkie inne uszkodzone sprzęty na ISS – nikt nie odsyła ich na Ziemię. Transport orbitalny jest niezwykle drogi, zatem zamiast serwisowania uszkodzone komponenty są po prostu pakowane razem z innymi śmieciami w puste kapsuły dostaw, następnie wyrzucane i w kontrolowany sposób spalane w ziemskiej atmosferze.
Wyzwaniem, gdy mowa o korzystaniu z rozwiązań informatycznych na pokładzie krążącej 400 km nad Ziemią z prędkością 28 000 km/h stacji ISS, jest zapewnienie łączności z naszą planetą. Zapewnia ją zbudowany przez NASA system satelitów TDRS (Tracking and Data Relay Satellite). W każdej chwili ISS może wymieniać dane z Ziemią, z prędkością od zaledwie 192 kb/s aż po 300 Mb/s – to prawdopodobnie najdroższe łącze internetowe świata. Do obowiązków grupy naukowców kierowanej przez Raimunda Lentzensa należy również przygotowywanie codziennych, zindywidualizowanych pakietów danych dla astronautów, które są wysyłane w okresach niskiego wykorzystania sieci TDRS – to coś w rodzaju codziennej porannej “prasówki” dla ISS.