Наталья Дубова
Создание систем управления ракетой-носителем «Энергия» и космическим челноком «Буран»
В отличие от американского челнока, который с самого начала разрабатывался как пилотируемый корабль, советский «Буран» должен был уметь летать в беспилотном режиме. Это усложняло задачу разработчиков системы управления
15 мая 1987 года был совершен первый испытательный пуск сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия» со спутником «Полюс», который, правда, на орбиту выйти не смог. Но ровно через полтора года состоялся второй, успешный запуск, на этот раз вошедший в историю, — «Энергия» вывела на орбиту космический корабль многоразового использования «Буран». «Буран» совершил два витка вокруг Земли и завершил трехчасовой полет посадкой на специальную полосу в районе космодрома «Байконур». На борту корабля не было людей — более полусотни систем управления «Бураном» в свою очередь управлялись автоматически по программам, заложенным в бортовую ЭВМ.
Создание в 80-х систем управления ракетой-носителем «Энергия» и космическим челноком «Буран» можно, наверно, считать творческой вершиной советской школы бортовых ЭВМ.
Система управления для ракетного комплекса «Энергия» создавалась в харьковском НПО «Хартрон», где разрабатывались многие управляющие ЭВМ для боевых ракет стратегического назначения и космических аппаратов. Переход от аналоговых устройств к управлению ракетами с помощью цифровой вычислительной техники произошел в середине 60-х. К тому времени задачи управления межконтинентальными баллистическими ракетами потребовали резкого увеличения объемов информации, которые обрабатывались на борту ракеты в реальном времени. Это оказалось под силу только мощным бортовым ЭВМ. Первая ракета с системой управления, включающей бортовую вычислительную машину, была запущена в 1971 году. А в середине 80-х на «Хартроне» велась работа над двумя равными по сложности проектами — системами управления для «Энергии» и для супермощного ракетного комплекса СС-18, известного на Западе под грозным названием «Сатана».
В это же время в Москве и на Украине создавались бортовой вычислительный комплекс «Салют-5» для станции «Мир», аппаратура стыковки «Курс», которая с успехом работала и продолжает работать в комплексе «Мир-Союз-Прогресс», и другие управляющие системы для космических аппаратов. На запущенном в 1957 году первом спутнике стояла простейшая бортовая аппаратура, позволявшая на Земле диагностировать внутреннее состояние спутника. А на бортовые системы управления космических аппаратов 80-х возлагались задачи ориентации и стабилизации в пространстве, навигация, планирование работ, контроль, диагностика и многое другое. Разработанная для последней советской космической станции «Мир» система «Салют-5» до сих пор остается наиболее мощной и надежной из серийных бортовых ЭВМ.
И все же самой впечатляющей по уровню сложности и по достигнутому результату была работа над космическим кораблем многоразового использования «Буран». В отличие от американского челнока, который с самого начала разрабатывался как пилотируемый корабль, советский «Буран» должен был уметь летать в беспилотном режиме. Это усложняло задачу разработчиков системы управления. Надо было заранее предусмотреть все режимы диагностики, все случаи ликвидации неисправностей и выхода из сложных положений.
В ходе разработки бортовой машины для «Бурана» было найдено несколько оригинальных решений. Так, к системе управления предъявлялось обязательное требование: при любых двух отказах на критических участках она должна была продолжать работать и обеспечить возвращение корабля с орбиты. Система управления «Бурана» базировалась на четырех ЭВМ, работающих синхронно по одинаковым программам. В случае сбоя одной машины происходило ее автоматическое отключение, а три оставшихся продолжали работать. Если происходил еще один отказ, управление полетом возлагалось на оставшуюся пару машин. Но разработчики предусмотрели еще одну «меру» для повышения надежности системы: в случае отказа одной из двух оставшихся машин наудачу отключалась одна ЭВМ в паре, и с вероятностью 50% система продолжала работать.
Аппаратная избыточность вычислительной системы — четыре машины вместо одной — решала проблему надежности, но одновременно ставила задачу эффективной синхронизации. В отличие от американцев наши разработчики не пошли по пути программной синхронизации, а нашли решение на аппаратном уровне. Вычислительные машины в системе управления «Бураном» не имели автономных генераторов тактовой частоты. Вместо этого был сделан отдельный генератор, выдающий тактовые импульсы на все четыре ЭВМ. Чтобы увязать это с требованием работоспособности системы при любых двух отказах, генератор был построен с пятью каналами резервирования. То есть по сути работало пять вынесенных генераторов, объединенных в единую конструкцию и со своей системой синхронизации, которая обеспечивала функционирование при любых двух отказах.
Аппаратное решение проблемы синхронизации управляющих ЭВМ позволило упростить сложнейшие задачи разработки их программного обеспечения. Одним из наиболее важных вопросов, которые надо было решить, был вопрос языка — на каком языке программирования вести разработку, какие инструментальные средства использовать. Хотя к этому времени существовал инструментарий для разработки бортового ПО ракетных комплексов, при создании «Бурана» резко возрос масштаб и сложность работ. Надо было в сжатые сроки написать программы, объем которых значительно превышал объем традиционных управляющих программ. Значит, необходимо было повышать производительность труда программиста, то есть о программированиии на ассемблере не могло быть и речи.
Кроме того, масштаб проекта требовал подключения в нему множества разных организаций. «Буран» делала вся страна. Множество программистов должны были взаимодействовать между собой и со специалистами по бортовым системам. Все это ставило проблему языков программирования особенно остро. В ее решении активное участие принял Институт прикладной математики им. М. В. Келдыша, где работами руководил Михаил Романович Шура-Бура. В результате было создано два языка программирования — ПРОЛ-2 для разработки бортовых систем и «Диполь» для разработки наземного проверочного ПО, а также специальный язык описания объектов «Флокс», который обеспечивал объединение их между собой. Был также разработан язык моделирования «Лакс» и другие языковые средства. Все это вместе составило комплекс, который включал в себя языки для написания исходных кодов программ и инструментарий, позволявший перейти от исходных текстов к отработанным, проверенным, должным образом смоделированным объектным кодам, хранящимся в бортовой и наземной аппаратуре. Этот комплекс обеспечил эффективное сотрудничество всех разработчиков программной части системы управления «Бураном».
Другие работы по теме:
Технологии будущего
Основные технологии, которые будут определять будущее в ХХI веке. Нанотехнология - переход на новый технологический уровень. Генная инженерия.
Космические лучи и реликтовое излучение во Вселенной
О происхождении космических лучей. Атмосфера земли - защитный экран и детектор космических лучей сверхвысокой энергии. О распространении космических лучей сверхвысокой энергии от источника до солнечной системы. Эффект Грейзена, Зацепина и Кузьмина.
Спутниковые мультисервисные системы и цифровые РРЛ
Введение Системы спутниковой связи (ССС) появились в середине 60-х годов. ССС используются для обмена телефонными, документальными сообщениями и сигналами, а также для ТВ и радио вещания, организации конференцсвязии в системах глобального позиционирования. Все ССС включают в себя космические станции (КС) и сеть наземных станций (НС).
Наномир - спасение или конец света
Это чудо может покончить с болезнями и приравнять космические полеты к путешествиям между странами. Между тем, некоторые считают его величайшим злом, угрозой, способной привести к исчезновению человечества. Речь идет о нанотехнологии - создании крошечных механизмов, нанороботов размером порядка 10-9 м (в 80 тыс. раз тоньше человеческого волоса).
Перспективные космические композиционные материалы
Многообразие космических материалов. Новый класс конструкционных материалов – интерметаллиды. Космос и нанотехнологии, роль нанотрубок в строении материалов. Самоизлечивающиеся космические материалы. Применение "интеллектуальных" космических композитов.
Наномир - спасение или конец света
Это чудо может покончить с болезнями и приравнять космические полеты к путешествиям между странами. Между тем, некоторые считают его величайшим злом, угрозой, способной привести к исчезновению человечества.
Солнечная система
Солнечной системой, согласно нынешним представлениям, называется звездная система, которая состоит из девяти планет и Солнца – центральной звезды. Сегодня считается, что солнечная система сформировалась около 5 миллиардов лет назад.
Характеристика планеты Земля
Четыре ближайшие к Солнцу планеты называются планетами типа Земли, в отличие от планет-гигантов – Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Планеты в этих группах схожы между собой по физическим условиям. Это явление не случайно.
Лето — пора большой Луны
Полная Луна выглядит по-разному. Зимой Луна в умеренных широтах кажется маленьким блестящим пятачком высоко в небе. Анонс
Влияние Луны на земные процессы
Луна является естественным космическим спутником нашей планеты и в то же время является самым ярким объектом на ночном небе. В Солнечной системе Луна занимает пятое место по размерам естественных спутников планет.
О структуре вселенной
Структура Вселенной необычайно сложна и для ее описания не обойтись без математики. Но читателю нечего опасаться: мы воспользуемся лишь математикой из школьной программы (возведением в степень и извлечением корня).
Астрономия
Астрономия — наука о Вселенной и населяющих ее объектах: планетах, звездах и гигантских звездных системах — галактиках. Название этой древней науки, изучающей небесные тела, образовано от греческих слов "астрон" — звезда и "номос" — закон.
Венера
Венера - это самое яркое светило на небе после Солнца и Луны. На самом деле Венера — не звезда, а планета, то есть такой же спутник Солнца, как и наша Земля.
Европейское космическое агентсво ЕКА
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Человек и природа 2
Человек и природа В настоящий момент, в начале двадцать первого столетия, мы уже, кажется, знаем роль человека в мире. Именно он, уничтожив природу, создал вокруг себя «окружающую среду», именно он поставила планету на край бездны своим атомным безумием; он словно угрожает всему живому. И все же, мы тоже часть этой природы.
Десять технологий, которые могут исчезнуть
Технологическая революция неизбежно будет сопровождаться серьезной ломкой в системах государственных отношений, методов управления, общество вынуждено будет искать выход из сложнейших ситуаций.
Как летают космические ракеты
Больше всего меня поражает в наших российских космических ракетах их высочайшее технологическое качество. То качество, без которого ракета не сможет взлететь, несмотря на все технические новшества и вложенные средства.
Предыстория космической радиосвязи
Из многих имен людей, чьими вкладами отмечено начало космической эры, заслуживают быть названными два, связанные с самыми первыми шагами в этом направлении: Карл Джански и Артур Кларк.
Будущее человечества в свете концепции циклов
Автор нижеприведённых прогнозов хорошо отдаёт себе отчёт в том, что изучение будущего – самый неблагодарный вид деятельности из всех практикуемых человечеством. Данное обстоятельство хорошо понимали мудрые пророки прошлого и потому старались избегать точных предсказаний по конкретным датам.
Хозяйственное право 6
Министерство образования Российской Федерации Уральский Государственный экономический Университет Контрольная работа по курсу «Хозяйственное право»
Географические исследования Украины
Более 5 тыс. лет длится познания Земли. Люди проникли в глубины океанов, поднялись на высокие горы, одолели строжайшие пустыни. Они освоили космическое пространство. На карте уже не осталось "белых пятен ". Географию начали изучать в школах и университетах. Мир стал одинаковым в представлении разных народов, т.е. сформировался общий взгляд на Землю.
Билеты для зачёта на военную кафедру
. Вооруженные Силы Российской Федерации (ВС РФ) включают в себя: Сухопутные войска (СВ), Военно-воздушные силы (ВВС), Военно-Морской Флот (ВМФ), рода войск (Ракетные войска стратегического назначения, Космические силы, Воздушно-десантные войска), а также Тыл Вооруженных Сил. Виды войск делятся на рода войск (рода авиации в ВВС, рода сил в ВМФ) и специальные войска.
Исскуственные спутники Земли
Искусственные спутники Земли — космические летательные аппараты, выведенные на околоземные орбиты. Они предназначаются для решения различных научных и прикладных задач.
Взаимосвязь космоса и живой природы 3
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (МИНТРАНС РОССИИ) ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА (РОСЖЕЛДОР) ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
Космические скорости
Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный университет экономики и финансов»
Верн Жюль
На самом деле Жюль Верн не был ни знаменитым ученым-географом, ни великим путешественником. Просто он любил мечтать и был страстно влюблен в науку.
Проблема космического мусора
Влияние запусков ракет на поверхность планеты. Малоизвестные факты космической деятельности человечества и анализ негативных сторон этой деятельности. Космические угрозы (вспышки на Солнце, астероиды, метеориты). Роль угроз для Земли в массовом сознании.
Виды космических аппаратов
Космические аппараты исследования природных ресурсов Земли и контроля окружающей среды серии Ресурс-Ф. Основные технические характеристики КА Ресурс-Ф1 и фотоаппаратуры. Космические аппараты космической медицины и биологии КА Бион, материаловедения Фотон.