Создание стандартизованной аппаратной платформы космических компьютеров — это лишь первый шаг в автоматизации управления космической станцией. Следующая проблема — объединить десятки и сотни работающих на орбите компьютеров в единую сеть, обеспечить возможность построения единой комплексной, распределенной, отказоустойчивой, работающей в реальном времени компьютерной сети автоматического управления сложнейшим динамическим объектом с множественными контурами управления большим числом взаимодействующих между собой бортовых систем МКС. Задача усложняется еще и тем, что отдельные орбитальные модули и, соответственно, отдельные бортовые вычислительные подсети МКС изготавливаются в различных странах различными коллективами разработчиков, с различными технологическими традициями и различным опытом создания компьютерных систем управления космическими аппаратами. Собрать полный натурный комплекс МКС где-нибудь в одном месте на Земле для проведения отладок и испытаний практически невозможно, орбитальные модули реально стыкуются только в космосе и там они сразу становятся единым космическим объектом с общей динамикой полета, единой внутренней средой, единой системой электропитания и терморегулирования, с общими ресурсами и единым международным экипажем. Все это требует быстрых, продуманных и отлаженных механизмов интеграции управляющих вычислительных комплексов отдельных модулей и систем МКС в единую управляющую компьютерную сеть станции в целом.

Определяющую роль для решения этих задач выполняют базовые архитектурные принципы построения вычислительной сети МКС и широкое применение открытых стандартов и технологий всех уровней — от совместимости разъемов до совместимости операционных систем, протоколов передачи данных и прикладного программного обеспечения. Архитектурные принципы построения управляющей вычислительной сети МКС жестко привязывают каждый управляющий компьютер МКС к одному из трех уровней управления (рис. 6).

На первом (высшем) уровне обеспечивается управление в масштабах всей Международной космической станции.

Хотя каждый космический модуль или отдельные системы МКС имеют собственные компьютерные управляющие сети, на станции выделены главные управляющие компьютеры первого уровня управления (для надежности их три одинаковых: основной — работающий; резервный — дублирующий, в режиме горячего резерва; и запасной — в режиме холодного резерва, т.е. выключенный). Именно с этими главными компьютерами взаимодействуют компьютеры интерфейса экипажа и Центров управления полетами.

Именно эти главные компьютеры обеспечивают управление на уровне режимов станции: на основании сбора и анализа обобщенной информации о состоянии всех подсистем МКС и команд, поступающих от интерфейсных компьютеров экипажа или с Земли, определяется один из заранее заданных режимов, в которых может находиться станция: стандартный, режим микрогравитации для выполнения научных экспериментов; режим сближения и стыковки с транспортными кораблями; режим для выхода экипажа в открытый космос; режим выживания с отключением наименее важных экспериментов и систем; режим аварийного покидания экипажем МКС.

Компьютеры следующего, второго уровня управляют модулями МКС и отдельными подсистемами в целом, например, системами движения, электропитания, термоконтроля и т.д.

И только на третьем уровне управления находятся компьютеры, непосредственно управляющие датчиками и исполнительными механизмами (клапанами, двигателями, насосами, переключателями и т.д.), относящимися к конкретной системе.

Все компьютеры бортовой сети связаны с целым набором шин, проложенных как по каждому модулю (локальные шины), так и через все модули станции (общие шины), что обеспечивает обмен командами и данными, как по вертикали через все уровни управления, так и по горизонтали — между компьютерами, относящимися к одной системе и расположенными в разных местах станции.

Общие шины проложены по всем модулям станции и выведены на специальные разъемы в стыковочных узлах, таким образом при стыковке МКС с новым модулем или транспортным кораблем происходит объединение бортовой вычислительной сети МКС с компьютерной сетью вновь прибывшего космического объекта.

В качестве стандартной шины обмена на МКС применяется шина стандарта MIL1553В. Хотя передача данных по шине MIL1553В весьма медленна (1 Мбит/с), скоростью было пожертвовано по нескольким причинам. Шина MIL1553В хорошо себя зарекомендовала в условиях космоса, она имеет хорошие характеристики по резервированию. Каждая шина состоит из двух каналов. Если один из каналов отказывает, другой принимает на себя его функции с минимальным отрицательным воздействием на операции. Каналы прокладываются отдельно, обычно по разным сторонам космических модулей.

Вообще, резервированию бортовой вычислительной системы по вполне понятным причинам уделяется большое внимание. Главные компьютеры имеют трехкратное аппаратное резервирование, компьютеры второго уровня — двукратное. Уровень резервирования в Российском сегменте МКС в целом выше, чем у зарубежных партнеров, все наши компьютеры имеют трехкратное резервирование. Существуют также специальные программные средства для обеспечения отказоустойчивости, то есть выявления, локализации и устранения отказов как шин обмена данными, так и компьютерного оборудования.

Таким образом, архитектурное построение бортовой вычислительной системы предусматривает поэтапное наращивание вычислительной сети МКС и ее надежное и длительное функционирование на орбите — ведь эксплуатация станции предусматривается в течение десятков лет.