Человек — он вроде какой-нибудь медведки. Куда ни заглянешь, всюду проник: умело созданная искусственная среда позволила ему жить и работать почти повсеместно. Теплая одежда, очаг — и человек в Арктике. Прохладное укрытие и вода — в пустыне. Поднимешься на вулкан — вот он, в защитном костюме, уже что-то копает у самой кальдеры. Выйдешь в космос — и там человек. Как всегда, уткнулся в экран компьютера. Но вот самим компьютерам такие испытания даются нелегко.

Серверы и ноутбуки, лэптопы и планшеты, которыми мы привыкли пользоваться, — всё предметы тепличные, созданные для узкого комфортного диапазона. Их платы легко перегреваются, их жесткие диски быстро выходят из строя, контакты не переносят влаги и пыли, а о падении хотя бы с высоты человеческого роста лучше и не думать. Выдерживать все это способны лишь специальные защищенные компьютеры, устойчивые к неблагоприятным факторам среды. Они тяжелые, дорогие и не слишком удобные в пользовании. Зато они работают под проливным дождем и на льду, в горячем песке пустыни, в трясущемся по тундре вездеходе — везде, где работают люди.

Нередко их называют промышленными, хотя в числе основных пользователей защищенной электроники не только производственные предприятия. Компьютеры, способные работать в экстремальных условиях, требуются морякам и горнякам, геологоразведчикам и нефтедобытчикам, грузоперевозчикам и строителям, полицейским, спасателям и, конечно, военным. У каждой ситуации свои требования к защите, и для каждой задачи специализированная техника подбирается отдельно: стопроцентно и универсально защищенных компьютеров, способных вынести любые тяготы жизни, не существует.

Полицейские «планшетники» должны выдерживать дождь, вибрацию, падение и вообще грубое обращение, обычное в этой профессии. Ноутбук для работы на морской добывающей платформе необходимо защитить от соляного тумана и сильных перепадов температур. Военным требуется все сразу. «Был такой случай — наш ноутбук забыли на взлетно-посадочной полосе, и по нему проехал заправщик, груженный топливом для самолетов. Нельзя сказать, что компьютер не пострадал вовсе, но повреждения выглядели не слишком значительными. Его даже принесли к нам с просьбой «починить треснувший корпус», — рассказали нам создатели защищенных компьютеров из НПО «ТС-СКН». — Конечно, под многотонной машиной ноутбук сломался, но данные на жестком диске остались в сохранности».

К защищенным смартфонам и ноутбукам присматривается и широкая публика, уставшая заменять разбитые экраны и залитые чаем клавиатуры. Производители чутко реагируют на эти запросы, и многие из них освоили выпуск техники с той или иной степенью защищенности. Среди современных моделей можно обратить внимание на Dell Latitude 14 Rugged Extreme, Panasonic Toughbook 31 и американскую классику — Getac X500. Однако все такие ноутбуки относятся к категории «условно защищенных» и на защищенные всерьез похожи не больше, чем автомобили-«паркетники» — на внедорожники и вездеходы.

Стандартные неприятности

По‑настоящему защищенная техника должна выдерживать куда больше и пройти сертификацию согласно принятым стандартам — международному IEC 60529 и российскому ГОСТ 14254–96. Военные предъявляют свои требования, и в США они ориентируются на MIL-STD-810, выработанный министерством обороны страны, а в России пользуются собственным ГОСТ РВ 20.39.304−98 «Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам». В обоих случаях стандарты формализуют несколько десятков видов вредных воздействий, которые должна выдерживать техника. Это коррозионно опасный соляной туман, и агрессивные газы, снеговая нагрузка и механический удар, перепады температуры и давления, длительные вибрации и даже плесневые грибки.

В обычной жизни соляной туман и плесень — это все-таки экзотика, и самыми распространенными опасностями для компьютеров остаются банальные пыль и влага. Защищенность техники от этих воздействий сертифицируется отдельно, в рамках международной и межотраслевой классификации IP (Ingress Protection Rating — «Степень защиты оболочки»). Испытания проводятся в соответствии со стандартами IEC 60529 и ГОСТ 14254–96, а по результатам изделие получает код IPХХ, где Х может заменяться цифрами. В первой позиции (со значением от 0 до 6) они указывают на защищенность от проникновения посторонних предметов, будь то пальцы, отвертки, провода, песок или пыль. Цифра во второй позиции (значение от 0 до 8) говорит о защищенности от воды, вплоть до полной непроницаемости. Лишь в Германии принят стандарт DIN 40050−9, в котором показатель водонепроницаемости может доходить до 9, — это означает, что изделие способно переносить специальную мойку струями горячей воды под высоким давлением.

Бытовые уличные лампы обычно имеют класс IP23 — они защищены от пальцев и объектов примерно тех же размеров (IP2X), а также от дождя, льющего вертикально или под углом до 60 градусов (IPX3). Домашняя розетка может иметь защиту IP22. Настоящая защищенная компьютерная техника поднимается до уровня IP65, а иногда и выше. «У нас есть, конечно, ультразащищенный компьютер «Дозор» с IP68, работающий при температуре от -50 до +60°С. Но весит он около пуда, килограммов 16, — говорят в НПО «ТС-СКН». — Ноутбук таким не сделаешь. Создание подобной техники — это всегда поиск компромисса между характеристиками производительности, универсальности, стоимости, удобства — и собственно защищенностью».

Огонь, вода и плесень

Ультразащищенный ноутбук TS Strong@Master 7020T, тот самый, по которому проехался топливозаправщик, может похвастаться индексом IP65. Иначе говоря, он полностью пыленепроницаем (IP6X) и продолжает работать даже тогда, когда струи воды поливают его с разных направлений (IPX5). Выставочные стенды НПО «ТС-СКН» неизменно украшают три аквариума, только вместо рыбок и воды в них можно увидеть такие стойкие ноутбуки. Один из них лежит в песке, который непрерывно взметывает вентилятор, при температуре до +50°С. Второй зарос инеем и снегом, как старая морозильная камера. Третий — будто под тропическим ливнем: капли воды стекают по экрану, скапливаются на клавиатуре… Все три ноутбука включены — и работают, что на посетителей производит большое впечатление.

Примерно в таких пылевых камерах проводят и испытания защищенного оборудования. Только вместо песка ГОСТ требует использовать для тестов специальные виды порошков, соответствующие пыли с разными проводящими и абразивными свойствами. Это может быть непроводящий и неабразивный тальк с размерами частиц в пределах 75 мкм — по 2 кг на каждый кубометр камеры — или неабразивный проводящий порошок портландцемента. Похожим образом проверяют компьютер и на устойчивость к влаге. Например, для получения класса защищенности IPX5 он помещается в камеру и выдерживает не менее трех минут поливания небольшим брандспойтом с расстояния 2,5−3 м, при расходе воды 12,5 л/мин.

В закрытых камерах испытывают технику и на устойчивость к агрессивным газам — таким как озон, сероводород и многокомпонентная «кислотная» смесь, включающая оксиды серы, азота и аммиак. Особым образом тестируется даже устойчивость компьютера к плесневым микроорганизмам, для чего ноутбук подвергают довольно извращенной процедуре. Его засеивают грибами — аспергиллами, триходермой, пенициллами и др. Спустя месяц в замечательных для развития плесени условиях (29°С, влажность более 90%) компьютер должен включаться и работать.

Отдельную задачу представляет ударное воздействие. Тут различают одиночные удары — те, которые компьютер еще способен выдержать, но начинает разрушаться — и многократные, не достигающие разрушительного уровня. Одиночных требуется выдержать хотя бы три, многократных — тысячи. Особый вид нагрузок — это вибрация, сбивающая движение головки жесткого диска. Защищенные накопители используют тот же прием, что и автомобильные CD-плееры, считывая дополнительные объемы информации заранее, с упреждением — в буферную память, откуда она может быть извлечена при тряске. Техника испытывается на устойчивость к длительной вибрации на разных частотах, от 5 до 500 Гц, которые встречаются при использовании в «грубом» транспорте, от вездеходов до бронетехники. Фактор утечки Любой компьютер создает побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН), которые могут быть перехвачены и расшифрованы специальными средствами. К такому дистанционному считыванию информации уязвимы практически все компьютеры, в том числе и большинство защищенных. Для предотвращения утечки данных через ПЭМИН требуется использовать дополнительное электромагнитное экранирование. Защищенным компьютерам – защищенные аксессуары Дополнительный «зимний» чехол позволяет использовать ноутбук при температуре до -50°C, а для повышенной защиты от вибраций в кабине его рекомендуется устанавливать на виброизолирующую платформу с пружинными тросовыми амортизаторами.

Как в подводной лодке

Создатели защищенных ноутбуков применяют подход, заимствованный у конструкторов подводных лодок: прочный корпус разделен на ряд внутренних непроницаемых отсеков, щели между которыми тщательно герметизируются. Как современный корабль не уйдет на дно при получении пробоины в одном из отсеков своего корпуса, так и защищенный компьютер при нарушении герметичности одной из частей может сохранить работоспособность, а самое главное — данные. Для съемных компонентов — аккумуляторной батареи, устройства для чтения CD/DVD, накопителя — иногда предусматриваются отдельные отсеки. Это позволяет заменять их в полевых условиях, не опасаясь, что пыль или влага проникнет до материнской платы и других «жизненно важных органов» ноутбука.

Корпус из магниевого сплава (например, марки AZ91D) обеспечивает определенный уровень защиты от внешнего электромагнитного излучения, а резиновые амортизаторы на углах смягчают удары и износ. Резиновые заглушки предусматриваются и для внешних разъемов, хотя не для всех защищенных ноутбуков они жизненно необходимы. Например, в том же TS Strong@Master 7020T герметизированы сами разъемы, поэтому даже без заглушек он демонстрирует защищенность уровня IP65. «Упругие распорки при закрытии отсека дополнительно прижимают и блокируют разъемы, так, чтобы они не выскакивали при вибрации», — добавляют инженеры.

В лучших образцах защищенной техники вообще нет движущихся механических частей, легко подверженных поломке. Вместо вращающегося жесткого диска практически повсеместно используются твердотельные SSD-накопители, а вместо обычных для смартфонов емкостных сенсорных экранов — более стойкие резистивные. Такие дисплеи знакомы нам благодаря платежным терминалам: устанавливаемые на улице, они также нуждаются в надежных экранах, переносящих и влагу, и перепады температуры. Покрывает экран закаленное боросиликатное стекло, спокойно выдерживающее падение 100-граммовой гирьки с высоты 1 м. Все внутренние детали и платы надежно закрепляются на своих местах, экранируются от излучения металлизированными прокладками и покрываются герметичной лаковой пленкой. Отдельное внимание уделяется регуляции рабочей температуры. «Конечно, используются специальные электронные компоненты на основе полупроводников, работающих в большом диапазоне температур, — говорят в НПО «ТС-СКН», — но кроме того, продумывается охлаждение». Обычные вентиляторы и кулеры слишком ненадежны, поэтому их роль обычно выполняет воздушный радиатор или замкнутая система трубок системы жидкостного охлаждения.

Особых подходов требует и низкая температура эксплуатации. Прежде всего это касается матрицы дисплея: жидкие кристаллы на морозе элементарно замерзают, и весь экран заливает молочно-белым цветом. Поэтому для экранов таких ноутбуков устанавливается дополнительный подогрев, как и для жестких дисков. «Не стоит думать, что ультразащищенный компьютер выдержит все. Поражающие факторы ядерного взрыва или удар электромагнитного оружия, конечно, выведут его из строя, — говорят разработчики НПО «ТС-СКН». — Но в таких условиях вам вряд ли понадобится ноутбук. А вот там, где вы в принципе сможете работать, будет работать и такое оборудование».

Статья «Сломай меня, если сможешь» опубликована в журнале «Популярная механика» (№11, Ноябрь 2015).