The Navy’s newest warship is powered by Linux

The Navy’s newest warship is powered by Linux

The USS Zumwalt getting a coat of paint at Bath Iron Works. The ship is exotic in many ways, but it runs on off-the-shelf computing technology.

General Dynamics Bath Iron Works

When the USS Zumwalt (DDG 1000) puts to sea later this year, it will be different from any other ship in the Navy's fleet in many ways. The $3.5 billon ship is designed for stealth, survivability, and firepower, and it's packed with advanced technology. And at the heart of its operations is a virtual data center powered by off-the-shelf server hardware, various flavors of Linux, and over 6 million lines of software code.

On October 10, I flew up to Rhode Island to visit Raytheon's Seapower Capability Center in Portsmouth, where engineers assembled and pre-tested the systems at the heart of the Zumwalt and are preparing to do the same for the next ship in line, the USS Michael Monsoor—already well into construction. There, Raytheon's DDG-1000 team gave me a tour of the centerpiece of the ship's systems—a mockup of the Zumwalt's operations center, where the ship's commanding officer and crew will control the ship's sensors, missile launchers, guns, and other systems.

Over 20 years ago, I learned how to be a ship watch stander a few miles from the Raytheon facility at the Navy's Surface Warfare Officer School. But the operations center of the Zumwalt will have more in common with the fictional starship USS Enterprise's bridge than it does with the combat information centers of the ships I went to sea on. Every console on the Zumwalt will be equipped with touch screens and software capable of taking on the needs of any operator on duty, and big screens on the forward bulkhead will display tactical plots of sea, air, and land.

Perhaps it's appropriate that the first commanding officer of the Zumwalt will be Captain James Kirk (yes, that's actually his name). But considering how heavily the ship leans on its computer networks, maybe they should look for a chief engineer named Vint Cerf.

Off the shelf and on the ship

Enlarge / Data center in a box: Electronic Modular Enclosures being configured at Raytheon's Portsmouth, Rhode Island, facility.

In the past, you couldn't just put off-the-shelf computer systems aboard a ship for mission critical tasks—when I was aboard the USS Iowa, we had to shut down non-tactical systems before the guns were fired because the shock and vibration would crash systems hard. So typically, individual computer systems are ruggedized. But that adds heavily to the cost of the systems and makes it more difficult to maintain them.

The design of the Zumwalt solves that problem by using off-the-shelf hardware—mostly IBM blade servers running Red Hat Linux—and putting it in a ruggedized server room. Those ruggedized server rooms are called Electronic Modular Enclosures (EMEs), sixteen self-contained, mini data centers built by Raytheon.

Measuring 35 feet long, 8 feet high, and 12 feet wide, the 16 EMEs have more than 235 equipment cabinets (racks) in total. The EMEs were all configured and pre-tested before being shipped to Bath, Maine, to be installed aboard the Zumwalt. The EME approach lowered overall cost of the hardware itself, and allows Raytheon to pre-integrate systems before they're installed. "It costs a lot to do the work in the shipyard," said Raytheon's DDG-1000 deputy program manager Tom Moore, "and we get limited time of access."

Each EME has its own shock and vibration damping, power protection, water cooling systems, and electromagnetic shielding to prevent interference from the ship's radar and other big radio frequency emitters.

The EMEs tap into the Total Ship Computing Environment, the Zumwalt's shipboard Internet. Running multiple partitioned networks over a mix of fiber and copper, TSCE's redundantly switched network system connects all of the ship's systems—internal and external communications, weapons, engineering, sensors, etc.—over Internet protocols, including TCP and UDP. Almost all of the ship's internal communications are based on Voice Over IP (with the exception of a few old-school, sound-powered phones for emergency use).

Enlarge / A diagram of the Zumwalt's control systems and their connections to the Total Ship Computing Environment.

There's also some wireless networking capability aboard the Zumwalt, but Raytheon officials giving me the tour were not at liberty to discuss just what sort of wireless this is. Still, that capability is supposed to allow for roving crew members to connect to data from the network while performing maintenance and other tasks.

Systems that weren't built to be wired into an IP network—other "programs of record" within the ship, which are installed across multiple classes of Navy ships—are wired in using adaptors based on single-board computers and the Lynx OS real-time Linux operating system. Called Distributed Adaptation Processors, or DAPs, these systems connect things like the ship's engineering systems, fire suppression systems, missile launchers, and radio and satellite communications gear into the network so they can be controlled by networked clients.

It looks like you want to launch a missile

Enlarge / The mock-up of the Zumwalt's operations center at Raytheon's Portsmouth facility, complete with haze-gray paint, has the exact dimensions of the space on the ship itself. The Zumwalt will include a second level to host the operations of units deployed with the ship.

Some of those networked clients were what I was looking at in the mocked-up Zumwalt operations center. The operations center isn't just where screens are watched and commands are shouted—the whole ship can be practically run from the space, from guns and missiles to engines. There's no "radio room" on the Zumwalt; all the communications are managed from the operations center. The ship's guns are fully automated and operated by an operations center watch stander instead of a gunner's mate in the mount. Theoretically, the ship could even be steered from the ops center—the ship is piloted by computer, not a helmsman. And all of these tasks are performed from the same type of console.

Enlarge / The Mark 57 vertical launch system, developed by Raytheon, can carry a mix of anti-ship, anti-aircraft, and land attack cruise missiles. It communicates with the operations center over the ship's network.

Called the Common Display System, or CDS (pronounced as "keds" by those who work with it), the three-screen workstations in the operations center are powered by a collection of quad-processor Intel motherboards in an armored case, which gives new meaning to the nautical phrase "toe buster." Even the commanding officer's and executive officer's chairs on the bridge have CDS workstations built-in. Each CDS system can run multiple Linux virtual machines atop LynuxWorx's LynxSecure, a separation kernel tthat has been implemented in CDS as a hypervisor. This allows the workstation to connect to various networks partitioned by security level and purpose. "Every watch stander station runs out of the same box," Raytheon's DDG-1000 developer lead Robert Froncillo told me. "So they can sit at any CDS and bring up their station."

This may not seem like a big deal to most people. But on past ships, workstations tended to be purpose-built for a specific weapons system or sensor. That meant every system had a different configuration and interface, and you couldn't have a watch stander handle multiple tasks without having to switch seats. The CDS workstation uses common USB interfaces for its peripheral devices (such as trackballs and specialized button panels) and is equipped with touchscreens, as well, so that watch standers have a choice between "classic" and touch interfaces.

That doesn't mean there's necessarily a "Clippy" to help new operators master their systems. The Raytheon team has had sailors in to perform usability assessments from before code was even written, showing them screen shots of interfaces to get feedback from users. "We had a chief that said, 'We don't want any 'wizards,'" said Froncillo.

A digital illustration of how the Zumwalt's operations center will look, complete with its second-level suite for hosting operations for air detachments and other units deployed aboard.

Raytheon

Putting all of the pieces together is a collection of middleware running on those IBM blade servers. Many of the shipboard systems use a commercial publish/subscribe middleware platform to send updates to operator consoles. But for other systems that need to be more tightly coupled (like, for example, missile launch commands), the Navy has specified the use of the Common Object Request Broker Architecture (CORBA)—the military's favorite mission-critical middleware model. (The software for the Joint Tactical Radio System's software-defined radios was also developed using CORBA.)

The next release

Enlarge / The Zumwalt bow-on at Bath Iron Works. DDG-1001, the USS Michael Monsoor, sits behind her, more than 60 percent complete.

The Zumwalt may not have sailed yet, but its software has already shipped six times. When Release 5 was completed, Raytheon brought in more sailors to test the system, tethering it to the company's Total Ship System Simulator to run through a number of combat scenarios. "We did antisubmarine warfare, air, and land attack missions," Froncillo said. The lessons learned were incorporated into release 6, and 7 will be installed on the ship before the ship's "shakedown" cruise. Another upgrade will be installed post-delivery, and continual improvements will be made as the software is deployed to the other two ships in the class.

But the life of the technology being deployed on the Zumwalt won't end there. CDS will be used as part of the Navy's Aegis Modernization Program to upgrade the systems of the fleet's guided missile cruisers and destroyers. "And there are a lot of things we're developing that will be reused," Moore said.

Considering how much has been spent over the past decade trying to get the Zumwalt built, and the other technologies that were developed in the process, one can hope that more than just the software gets some reuse.

Los avances en la electricidad 'sin cables' dan vida a la utopía de Tesla

Los avances en la electricidad 'sin cables' dan vida a la utopía de Tesla



Aunque las primeras bases teóricas de la electricidad inalámbrica proceden de principios del siglo XIX, con la demostración de los campos magnéticos generados a partir de la corriente o la formulación de la ley de inducción, fue Nikola Tesla el primero en aplicar estos conocimientos, dando vida a experimentos donde la energía se transportaba sin cables.

Se bautizó a esta tecnología, que ha sobrevivido al paso del tiempo, en parte, como un mito, como el efecto Tesla, cuya manifestación más utópica en el pensamiento del inventor de origen serbio planteaba la posibilidad de surtir de energía a todo el planeta como si se tratase de una red wifi universal. La falta de financiación lastró aquel colosal proyecto, pero el sueño de Tesla se ha mantenido vivo desde entonces, generando a lo largo del siglo XX una bibliografía científica inabarcable que en los últimos años ha comenzado a cristalizar en aplicaciones reales.

La falta de financiación lastró el proyecto, pero el sueño de Tesla se ha mantenido vivo, generando a lo largo del siglo XX una amplia bibliografía científica que en los últimos años ha comenzado a cristalizar en aplicaciones realesQuizás la innovación más popular es el denominado estándar Qi, una tecnología auspiciada por Wireless Power Consortium, y que ha dado lugar a una generación de cargadores de inducción que, aunque de momento cuentan con una potencia limitada (5W) que impide la carga de dispositivos con altas necesidades energéticas, funciona con éxito.

No obstante, la aplicación de Qi hace necesario el contacto entre el dispositivo y una base de carga, igual que ocurre con el estándar A4WP, desarrollado por el consorcio Alliance for Wireless Power, del que forman parte -entre otros muchos- Samsung, Broadcom o Qualcomm; y que en su caso aplica la tecnología de resonancia magnética de campo cercano.

El sistema Cota

Precisamente, una de las ventajas principales de las tecnologías anteriores es la gran cantidad de empresas que forman parte del movimiento, permitiendo una carrera constante de innovación que fructifica en una normalización de la que, finalmente, se benefician los usuarios.

Algo que todavía no ocurre con el sistema Cota, lanzado este mismo año por la startup norteamericana Ossia. Se trata de una tecnología revolucionaria que consiste -con elementos similares a las conexiones wifi- en la integración de un cargador y un receptor para conectar el flujo de electricidad a cualquier dispositivo de forma inalámbrica.



La compañía comenzó a desarrollar la tecnología, prácticamente en secreto, en 2006, y a día de hoy su camino parece imparable, después de haber recibido una inyección de 3,2 millones de euros en una ronda de financiación. Apostamos a que no será la única. En el caso de Cota no es necesario el contacto con ninguna base de carga: su alcance es superior a los diez metros y puede alimentar hasta 30 dispositivos al mismo tiempo. A priori, parece el sistema idóneo para llevar la electricidad inalámbrica al hogar a corto plazo.

Autopistas con electricidad

No es casualidad que una de las startups llamadas a marcar el paso del futuro lleve el nombre del inventor. Si Tesla Motors se encuenta hoy por hoy en la vanguardia tecnológica de los vehículos eléctricos, la firma Qualcomm, por su parte, lidera la carrera de innovación en el ámbito del suministro energético de este tipo de vehículos. Recordemos, además, que el almcaneamiento de energía está llamada a ser una de las tecnologías que generen mayor volumen de negocio en 2025.

En la actualidad, existen sistemas que permiten recargar un coche eléctrico de forma inalámbrica colocándolo sobre una plataforma, de un modo similar al sistema para cargar los móviles y tablets a través de Qi o A4WP.

Más allá de esto, Qualcomm ha desarrollado un revolucionario sistema capaz de cargar un coche en movimiento, sentando las bases de lo que pueden ser las autopistas del futuro, donde el pavimento estaría dotado de un sistema capaz de alimentar los vehículos en ruta. Combinando este tipo de tecnología con la del pavimento inteligente, cuyo objetivo último es absober la energía del propio tráfico, podemos imaginar el sistema más eficiente y ecológico del mundo.



De momento, la tecnología Qualcomm Halo se probará a lo grande en 2014 en una competición automovilística, también organizada por la FIA, que llevará el nombre de Fórmula E, un campeonato que recorrerá diez ciudades del mundo y en el que participarán exclusivamente coches eléctricos, que en su caso pueden alcanzar velocidades superiores a los 220 kilómetros por hora.

Una tecnología emergente

El hecho de que el estudio considerado como el definitivo, hasta el momento, en el ámbito de la electricidad inalámbrica, proceda del reciente 2007, ejemplifica que se trata de una tecnología todavía en ciernes. Hablamos del trabajo de varios investigadores del Massachusetts Institute of Technology (MIT) difundido por la revista Science.

El hecho de que el estudio considerado como el definitivo, hasta el momento, en el ámbito de la electricidad inalámbrica, proceda del reciente 2007, ejemplifica que se trata de una tecnología todavía en ciernesEn este artículo se acuñó el término witricity (witricidad), hoy una marca registrada de la empresa WiTricity, de Eric Giler, quien se ha convertido, a su manera, en una especie de Nikola Tesla moderno, siendo habituales sus demostraciones públicas, igual que el inventor serbio, sobre el funcionamiento de la electricidad sin cables. Una de sus exhibiciones más famosas ocurrió en 2009, en Oxford, donde usó su tecnología para encender un televisor y tres teléfonos móviles.

Contra todo lo anterior, la base filosófica de Nikola Tesla consistía en crear un sistema global de energía eléctrica gratuita que abarcase todo el proceso, desde la generación de la energía a su distribución, pero según los sistemas actuales parece improbable que esta tecnología pueda saltar por encima de los proveedores habituales y su sistema de tarificación del consumo.

La NASA muestra cómo pudo ser Marte antes de sufrir un dramático cambio climático

La NASA muestra cómo pudo ser Marte antes de sufrir un dramático cambio climático


Hoy, Marte es un mundo desierto, frío y estéril, sin ningún signo de vida, al menos en la superficie. Sin embargo, miles de millones de años atrás, cuando el planeta rojo era joven, podría haber tenido una atmósfera densa lo suficientemente caliente para albergar océanos de agua líquida -un ingrediente esencial para la vida-.

El agua líquida no puede existir en la superficie de Marte en la actualidad debido a la baja presión atmosférica y a la temperatura de la superficie, aunque hay evidencia de regueros de flujo líquido que podrían responder a una solución salada ligeramente congelada, según relata Joseph Grebowsky, del Centro Goddard de Vuelos Espaciales de la NASA. El agua en las actuales condiciones atmosféricas de Marte puede ser hielo o estar sublimada directamente en vapor, sin estar en una fase líquida.

El vídeo muestra cómo podría haber sido la superficie de Marte durante este período antiguo, clemente atmosféricamente, mostrando, en el inicio del mismo, lo que pudo haber sido un lago marciano.

El concepto del autor de la recreación visual se basa en la evidencia de que Marte una vez fue muy diferente. Las características superficiales y composiciones minerales sugieren que el antiguo Marte tenía una atmósfera más densa y agua líquida en su superficie, según Grebowsky.

"Hay característicos canales dendríticos estructurados que, al igual que en la Tierra, cuadran con la erosión de la superficie que provocan las corrientes de agua. Los interiores de algunos cráteres de impacto tienen cuencas que sugieren lagos de cráter, con muchos canales de conexión que albergaban flujos de agua dentro y fuera del cráter. Pequeños cráteres de impacto se han eliminado con el tiempo y cráteres más grandes muestran signos de la erosión por el agua de hace 3.700 millones años. Y la estratificación sedimentaria se puede ver en las paredes del valle. Los minerales que están presentes en la superficie, hematita y arcillas, solo se pueden producir gracias a la presencia de agua líquida", explica Grebowsky.

Inyecciones de oxígeno

Inyecciones de oxígeno: Scientists Invent Oxygen Particle That If Injected, Allows You To Live Without Breathing - Entertainment, Science and Technology

Un equipo de científicos del Hospital de Niños de Boston han inventado lo que se considera uno de los grandes avances médicos en los últimos años. Ellos han diseñado una micropartícula que se puede inyectar en la corriente sanguínea de una persona que rápidamente puede oxigenar la sangre.

Esto es muy útil si la capacidad de respirar se ha limitado, o incluso se corta por completo.

Este descubrimiento tiene el potencial de salvar millones de vidas cada año. Las micropartículas pueden mantener vivo una persona en un máximo de 30 minutos después de la insuficiencia respiratoria. Se logra a través de una inyección en las venas de los pacientes. Una vez inyectado, las micropartículas pueden oxigenar la sangre a niveles casi normales.

Tiene innumerables usos potenciales, ya que permite que la vida continúe cuando se necesita oxígeno, pero no está disponible. Para el personal médico, se trata del tiempo suficiente para evitar el riesgo de un ataque cardíaco o una lesión cerebral permanente cuando el oxígeno se limita o se corta a los pacientes.

El Dr. John Kheir, que comenzó el estudio, trabaja en el departamento de pediatría del Hospital de Boston en Cardiología. Encontró la inspiración para la droga en 2006, cuando él estaba tratando a una chica en la UCI, que tenía un caso de neumonía severa. En ese momento, la chica no tenía un tubo de respiración, cuando en el momento en que ella sufría de una hemorragia pulmonar. Esto significa que sus pulmones habían comienzan a llenarse de sangre, y finalmente sufrió un paro cardíaco. Tomó médicos unos 25 minutos para eliminar suficiente sangre de los pulmones para que le permita respirar. Sin embargo, el cerebro de la niña fue gravemente herido debido a la privación de oxígeno durante tanto tiempo y que finalmente murió. 

Crean refrigerador magnético que ahorra 90% de energía

mientras no funcione con el mismo principio que las PowerBalance..


Crean refrigerador magnético que ahorra 90% de energía


Científicos mexicanos desarrollaron un prototipo de refrigerador revolucionario donde aplicaron un concepto de la física originado hace 300 años. A lo largo de casi cinco años, investigadores del Centro de Investigación en Materiales Avanzados (Cimav) han trabajado en este sistema que no emplea compresores ni gases refrigerantes, principio utilizado desde mediados del siglo XIX, sino del efecto magnetocalórico, que es la variación de la temperatura de un material magnético cuando se aplica o retira un campo magnético.

La clave del proyecto está en las propiedades de ese material, “puesto que hasta ahora no se habían podido desarrollar aquellos con capacidad de disminuir la temperatura en unos 35 grados Celsius”, señala Jesús González Hernández, director del Cimav.

Pero los investigadores de la institución, centro Conacyt con sede en Chihuahua, trabajaron en una mezcla de materiales capaz de llegar por debajo de los cero grados desde una temperatura ambiente. “Son una mezcla de 7 materiales, entre ellos manganeso, estroncio y oxígeno, con partículas nanométricas que potencian la propiedad magetocalórica”, añade el doctor en física.

Un refrigerador común tiene un compresor con un gas refrigerante que bombea a áreas que se busca enfriar. Estos gases pueden ser nocivos cuando se liberan al medio ambiente y todo el sistema puede consumir, en promedio, 200 watts de energía. El refrigerador magnético sólo emplearía 8 watts, carecería de gases, compactaría el espacio diseñado para compresor y además no emite ruido alguno.

MERCADO. El proyecto surgió debido a un intercambio académico con científicos de Irlanda, donde se han hecho avances importantes en el área. El proyecto en el Cimav ha sido coordinado por el investigador José Matutes.

El prototipo fue obtenido en conjunto con una empresa del estado y ahora el centro está en pláticas con Mabe y General Electric, quienes están interesadas en desarrollar la tecnología, refiere González Hernández.

“Ahora trabajamos en el diseño final, que no sería más que el de una caja común de refrigerador; el asunto es que sea competitivo y el precio de producción tenga ventajas. Esperaríamos que este tipo de tecnología esté disponible en el mercado en, aproximadamente, cinco años”.

Ahora mismo, añade, podrían hacer uno de tipo comercial, pero los científicos buscan optimizar su “licuado” de materiales y procesos, para desarrollar un producto que no pueda ser superado en los próximos años. “Tenemos que optimizar los materiales porque otros grupos pueden intuir el concepto, por lo que debemos llevarlo a un nivel más de maduración”.