ПЕРВЫЕ ЭТАПЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАБОТКИ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЙ ПРИ ИСПЫТАНИЯХ РАКЕТ (исторические и технические аспекты) Б.И. Зобов Институт информатизации образования МГГУ им. М.А. Шолохова
Анализ содержания современных учебников и учебных пособий в области информатики, вычислительной техники, автоматизированных систем и информационных технологий обработки различных видов данных показывает, что большинство из них формируют у нашей молодежи не совсем полное и правильное представление о развитии отечественной вычислительной техники и автоматизированных систем, как основанном на повторении зарубежных образцов. При этом без должного внимания и отражения остаются как оригинальные образцы первых отечественных ЭВМ (типа БЭСМ, Стрела, Урал, Минск и др.), появившиеся практически одновременно с аналогичными западными машинами, так и, особенно, направления развития этой техники, связанные с обеспечением обороноспособности страны, где создание отечественных автоматизированных систем проходило, по понятным причинам, независимо и одновременно с западными (в основном американскими) аналогами в условиях практически полного отсутствия конкретной информации о принципах их построения и возможностях. К таким направлениям в первую очередь следует отнести автоматизированные системы:
противоракетной обороны;
управления атомными подводными лодками;
предстартовой подготовки и запуска стратегических ракет;
управления пилотируемыми космическими полетами;
послеполетной обработки больших объемов телеизмерений, получаемых при летно-конструкторских испытаниях ракет и ракет-носителей различного назначения.
Представление данной статьи в труды конференции «Информатизация образования – 2007», связано как со стремлением, хотя бы частично, поправить указанное положение, так и с особым значением 2007 года для ракетно-космической техники – годом:
150-летия со дня рождения К.Э. Циолковского;
100-летия со дня рождения С.П. Королева;
50-летия со дня запуска нашей страной первого в мире искусственного спутника Земли;
а также тем обстоятельством, что наша конференция проходит в г. Калуге, в которой более 40 лет жил и работал К.Э. Циолковский.
Сложившаяся к концу 50-х годов прошлого столетия на ракетных полигонах СССР система сбора и обработки телеметрической информации включала в свой состав следующую основную аппаратуру и подразделения:
датчики измеряемых параметров (давлений, расхода топлива и окислителя, углов поворота рулей, температур, перегрузок, вибраций и др.);
бортовую аппаратуру сбора, преобразования и передачи телеизмерений на наземную приемную аппаратуру;
наземных приемных телеметрических станций с регистраторами телеизмерений на фотопленку (в виде рулонных бабин);
подразделений ручной обработки исходной телеметрической информации на фотопленках и выпуска отчетов с графиками и таблицами значений измеряемых параметров в функции времени от момента старта ракеты.
Стартовая площадка ракеты Р-7 («Союз») и один из измерительных пунктов, на котором размещена часть наземных телеметрических станций полигона (космодрома) Байконур, представлены на рис. 1 и 2.
Основными задачами послеполетной первичной обработки телеизмерений при испытании ракет (с возможным количеством контролируемых параметров более 1000) по наиболее массовым и трудоемким в обработке параметрам (измеряемым с частотой порядка 100 изм/сек) являются:
пересчет значений измерений в относительные значения показаний датчиков с учетом значений калибровочных уровней измерительных каналов (с целью обеспечения необходимой точности телеизмерений);
пересчет относительных значений показаний датчиков в относительные значения измеряемых параметров с учетом градупровочных характеристик соответствующих датчиков с целью учета их нелинейности в диапазонах изменения параметров и представление их относительных значений в виде графиков функций послестартового времени;
вычисление абсолютных значений параметров и представление их в виде таблиц функций послестартового времени.
Вид реальной исходной телеметрической информации на электрохимическом бумажном носителе современной наземной телеметрической станции (аналог фотопленки) представлен на рис. 3.
Основными недостатками указанной ручной системы обработки телеизмерений, создававшими серьезные проблемы при испытаниях новых сложных ракет, являлись:
1) значительное (порядка 1 месяца) время обработки телеизмерений и представления отчета по результатам испытаний ракет их разработчикам, которые не успевали провести комплексный анализ работы систем и агрегатов ракеты до момента запуска следующей ракеты, что зачастую проводило к неудачам и задержкам летно-конструкторских испытаний, большим экономическим, а иногда и политическим потерям;
2) наличие в отчетах большого числа субъективных ошибок обработчиков телеизмерений, которыми в основном являлись жены офицеров и военнослужащие полигона, не имеющие соответствующего образования и подготовки.
В связи с этим в 1957 году перед ракетно-космической отраслью постановлением правительства СССР была поставлена задача создания нового автоматизированного телеметрического комплекса в составе:
наземной телеметрической станции «Трал-К» с цифровой записью телеизмерений на магнитную ленту (разработчик – ОКБ МЭИ, Главный конструктор А.Ф.Богомолов);
системы автоматической обработки телеизмерении «Старт» (разработчик – Центральный НИИ ракетно-космической отрасли, Главный конструктор И.И.Уткин).
Участие автора данной статьи в этой работе охватывало все ее основные этапы, начиная от проектирования системы до использования ее опытного образца на полигоне Байконур в течение 1960-61 гг.
В связи с ограниченной производительностью универсальных ЭВМ того времени система «Старт» создавалась как многоканальная специализированная система, каждый канал которой обрабатывал телеизмерения по одному телеметрическому параметру с помощью конвейерного вычислительного устройства (ВУ) и обеспечивал возможность представления результатов обработки как на общем графике, так и в виде отдельных таблиц (рис. 4).
Система содержала ряд новых технических решений и на нее было получено коллективное авторское свидетельство [1].
На полигоне Байконур опытный образец системы «Старт» был установлен (до строительства специального ВЦ) в здании штаба обслуживающей полигон войсковой части (на площадке 10) и использовался для испытаний ракет, создаваемых ОКБ-1 (НПО «Энергия») и ОКБ-586 (КБ «Южное»), а также разгонного блока Е, который совместно с ракетной Р-7 обеспечил 12 апреля 1961 г. исторический запуск в космос Ю.А. Гагарина.
Опытная серия системы (в количестве 8 комплектов) была изготовлена на оборонном заводе в г. Йошкар-Оле и установлена на основных испытательных полигонах и двигательных стендах страны.
Рис. 4. Структурная схема системы «Старт»
Второй этап автоматизации обработки телеизмерений при испытании ракет был связан с созданием в начале 60-х годов специализированной машины МО-9 (разработчик НИИ приборостроения Минобщемаша СССР), которая в отличии от системы «Старт» была выполнена на полупроводниковой элементной базе, требовала существенно меньших производственных площадей, вспомогательного энергетического оборудования и получила в связи с этим более широкое распространение.
Реализация первых двух этапов автоматизации обработки телеизмерений при испытании ракет сняла остроту проблемы, но оставила нерешенными целый ряд задач, которые не могли быть решены в рамках специализированной вычислительной техники, положенной в основу первых отечественных систем автоматической обработки телеметрической информации.
К указанным нерешенным задачам относились, в первую очередь, следующие:
отсутствие возможности получения значений «расчетных» параметров ракет и их агрегатов, которые непосредственно не измеряются, а вычисляются по нескольким измеряемым параметрам;
необходимость ручного до оформления выходных графических документов по результатам автоматической обработки телеизмерений (нанесение размерности шкал графиков, маркировка графических изображений параметров их сокращенными обозначениями и др.);
ограниченные возможности статистической обработки данных по результатам нескольких запусков однотипных ракет и ракет-носителей;
недостаточно высокое качество некоторых выходных отчетных материалов: графиков – по системе «Старт» и таблиц – по машине МО-9;
ограничения на использование нетрадиционных методов измерений, требующих различных (не типовых) алгоритмов обработки исходных телеизмерений;
недостаточно эффективное использование дорогостоящей специализированной вычислительной техники в условиях ее неравномерной загрузки.
Учитывая эти обстоятельства, в середине 60-х годов в Центральном НИИ ракетно-космической отрасли совместно с Пензенским КБ ЭВМ (Главный конструктор Б.И.Рамеев) был разработан эскизный проект принципиально новой конвейерной системы автоматической обработки телеметрической информации «Лотос», основанной на универсальной ЭВМ «Урал-11» и специализированной аппаратуре преобразования этой информации. Структурная схема системы «Лотос» представлена на рис.5.
С целью обеспечения необходимой производительности этой системы в режиме первичной обработки телеизмерений были реализованы следующие основные технические решения [2, 3]:
1. Выполнение задач выбора одновременно обрабатываемых измерений из их общего потока и формирование кода текущего послестартового времени для снижения вычислительной нагрузки на универсальный вычислитель системы («Урал-11»), обеспечивалось с помощью специализированных устройств преобразования исходной телеметрической информации (УВИ, УПВ, УВД).
Рис. 5. Структурная схема системы «Лотос».
2. Ввод выбранной телеметрической информации в реальном масштабе времени в ЭВМ «Урал-11» осуществлялся с помощью стековой памяти, организованной в ОЗУ этой вычислительной машины.
3. В состав системы команд ЭВМ «Урал-11» введено несколько специальных команд, обеспечивающих ввод исходной и вывод обработанной информации с минимальными потерями машинного времени этой ЭВМ.
4. В состав ЭВМ «Урал-11» системы «Лотос» было введено дополнительное устройство умножения (УМ), учитывая большой относительный объем этих операций в алгоритмах первичной обработки телеизмерений.
Реализация указанных технических предложений позволила создать новое поколение систем автоматизированной обработки телеизмерений, обеспечить производительность системы «Лотос» в режиме первичной их обработки на уровне 4000 изм/сек (на порядок более высокую по сравнению с системой «Старт») и решить все основные нерешенные задачи автоматизации обработки телеметрической информации, отмеченные выше.
Общий вид системы «Лотос» (макета) представлен на рис. 6.
Серийное производство системы «Лотос» было организовано на Пензенском заводе ЭВМ. Выпущенные 40 комплектов системы были установлены на всех основных ракетно-космических полигонах страны, испытательных стендах ракетных двигателей, во многих конструкторских бюро и заводах, в том числе в НПО «Энергия» и КБ «Южное».
В 1975 году, учитывая большой вклад системы «Лотос» в обеспечениелетно-конструкторских испытаний основных образцов отечественной ракетной техники и новизну технических решений, положенных в основу ее построения, она была отмечена Государственной премии СССР в области науки и техники.
В конце 60-х годов началось создание современного отечественного Центра управления пилотируемыми космическими полетами, обеспечившего совместно с американским ЦУП в г.Хьюстоне выполнение программы «Союз-Аполлон», но это уже другая история. Являясь непосредственным участником и этих работ, собираюсь осветить ее фрагменты в трудах следующей конференции – «Информатизация образования – 2008».
Литература
Уткин И.И., Джанумов С.А., Милицин А.В., Немиров В.М., Костюкевич П.А., Степанов В.А., Зобов Б.И., Захаров Ю.А., Хаминов Д.В., Григоренко А.И., Трубников Н.В., Ремизов В.В., Колобовников К.С., Грибков Н.М. Авторское свидетельство №23493 (с приоритетом 25 июня 1960 г.). Машина автоматической обработки телеизмерений («Старт»). Комитет по делам изобретений и открытий при СМ СССР, 1961.
Зобов Б.И. Исследование и разработка принципов построения средств преобразования и обработки телеметрической информации системы «Лотос», дисс. … канд. техн.наук, М.; 1969 – 151 с.
Зобов Б.И. Принципы построения и оценка эффективности комплекса средств обработки телеизмерений. Сборник трудов Юбилейной научно-технической конференции ОКБ МЭИ, М.; 1970 – 8 с.
|
