Радиотехнические системы корабля "Буран"

Эпиграф

> «Дети! Нельзя, чтобы к войнам таким ваши души привыкли! Грозною мощью своей не терзайте тело отчизны! Ты, потомок богов, ты первый о милости вспомни, Кровь моя, меч опусти!»

Публий Вергилий Марон «Энеида»

Вступление.

Крылатый орбитальный корабль «Буран» создавался в СССР для решения оборонных задач, выведения спутников и других объектов на орбиту Земли, доставки персонала и оборудования для сборки крупных сооружений и межпланетных комплексов и для других перевозок по маршруту Земля-космос-Земля. Реализация этого орбитального корабля была своеобразным ответом на схожий проект Америки «Спейс Шаттл», так как было выведено, что начав использовать подобный проект, Америка бы получила значительное преимущество над СССР для нанесения ядерного удара в гипотетических военных условиях. Так, общем плане, «Буран» должен был осуществлять решение целевых задач и в интересах обороны, и народного хозяйства, и науки. Это представляло собой крайне сложную задачу как в области механики и конструирования (многоразовость системы, физические характеристики, динамика полета и посадки), так и в области радиотехники и электроники (реализация оборудования, направленного на выполнение большого объема различных задач, систем управления).

Ведущим разработчиком корабля был Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский – один из ведущих разработчиков советской авиационно-космической техники (доктор технических наук, генеральный конструктор НПО «Молния»). И, после 10-ти лет разработки проекта в 1286 предприятиях и организациях, 86 министерствах и ведомствах, 12 ноября 1988 года космический корабль «Буран» совершает свой первый и единственный полет, который проводился в беспилотном режиме.

Краткая история создания корабля «Буран»

Вторая половина 50-х годов в Центральный аэрогидродинамический институте была ознаменована началом исследований гиперзвуковых пилотируемых и беспилотных летательных аппаратов. В 1958 году в планах Минобороны СССР появляются первые упоминания о «космопланах»-аппаратах, похожих внешне на самолеты, но способных летать на больших высотах и выходить на орбиту Земли. Это и задало основное направление разработок и деятельности ВВС СССР на ближайшие 25 лет. После того, как 1972 г. Ричард Никсон (президент США, на тот момент) объявил, что в его стране начинает разрабатываться программа, обьявленная национальной "Space Shuttle". Вот как вспоминал об этом в 1994-м году директор головного в ракетно-космической промышленности Центрального НИИ машиностроения Ю.А.Мозжорин: ... Это была не просто программа создания какой-то космической системы под девизом снижения затрат на транспортные расходы, она имела явное целевое военное назначение. И действительно, в это время начали говорить о создании мощных лазеров, лучевого оружия, оружия на новых физических принципах, которое - теоретически - позволяет уничтожать ракеты противника на расстоянии в несколько тысяч километров. Как раз вот создание такой системы и предполагалось для отработки этого нового оружия в космических условиях". Советское руководство в поисках «скрытой угрозы» рассматривало даже такие варианты как похищение с орбиты Земли советских спутников. Но, самая веская причина, по моему мнению, была возможность США получить решающее военное преимущество в плане нанесения ракетно-ядерного удара по жизненно-важным объектам на территории нашей страны в случае войны. Первые чертежи «Спейс Шаттла» были получены с помощью ГРУ в начале 1975 года, и, сразу же отправлены на исследования в несколько советских научно исследовательских институтов. Вероятно, поэтому первые чертежи «Бурана» в «Технических предложениях» ракетно-космической программы были практически копией «Шаттла». Спустя еще 13 лет напряженной работы более миллиона человек, «Буран» уже отличался достаточно от американского проекта, большое количество доработок и исследований сделали "Буран" таким, каким его узнал мир осенью 1988 года.

«Буран»

Производством орбитальных кораблей занимался Тушинский машиностроительный завод, и в 1984 году был готов первый полномасштабный экземпляр. Финальная версия корабля «Буран» включала в свой состав сложную установку из 48 двигателей, которые из единых блоков, питались жидким кислородом и углеводородным горючим «циклином». Двигатели орбитального маневрирования располагались в хвостовом отсеке, двигатели управления – в блоках хвостового и носового отсеков. Для «Бурана» была создана специально оборудованная взлетно-посадочная полоса на аэродроме «Юбилейный» космодрома Байконур. Так же были оснащены оборудованием два дополнительных резервных места для приземления «Бурана» в Крыму и в Приморье. Для проведения испытаний «Бурана» был создан фактически второй Центр управления полетами, который был сдан в эксплуатацию в начале 1987 года. Для вывода «Бурана» на околоземную орбиту была использована советская ракета-носитель сверхтяжелого класса «Энергия», разработанная одноименным НПО. «Энергия» являлась одной из самой мощных ракет, созданных на тот момент в мире. И даже не смотря на прекращение использования этого носителя в настоящее время, принципы и технологии, созданные для ракеты-носителя «Энергии» используются и сегодня (ракета-носитель Зенит, американская ракета Атлас-5).

В 1990-х годах программа «Энергия-Буран» была приостановлена. К окончательному закрытию программы в 1993 году на космодроме «Байконур» находилось не менее пяти ракетоносителей «Энергия». К 2012 году хранившиеся на «Байконуре» ракетоносители были уничтожены, а те, что находились на заводе «Энергия» были либо разрезаны, либо выброшены на задний двор предприятия, где продолжают находиться по сей день.

Радиотехнические системы корабля «Буран»

«Буран содержал более 50 бортовых систем, включающих в себя датчики и системы терморегулирования, навигации, энергоснабжения; системы жизнеобеспечения, радиотехнические телевизионные системы, объединенные в единый бортовой комплекс на основе ЭВМ, обеспечивающий продолжительность нахождения «Бурана» на околоземной орбите на протяжении тридцати суток.

Система «Вымпел»

Автономная бортовая система корабля управляла движением «Бурана» при полете, посадке на полосу и пуске, корректировала орбиту, погружение в атмосферу, сход с орбиты, стыковку, программные развороты, обеспечивала навигацию и работу бортовых систем. В НПО Электроприборов города Харьков, под руководством Генерального конструктора В.Г. Сергеева (воспитанника Николая Алексеевича Пилюгина), был создан уникальный комплекс автономного управления. При его разработке пересматривалось значительное количество различных вариантов аварийных ситуации, с целью обучить систему выходу из подобных. Комплекс радиотехнических систем "Вымпел" в целом представлял собой большую систему, построенную по иерархическому принципу, при этом каждая из систем, входящих в комплекс могла была использована самостоятельно. Радиотехническая система «Вымпел» включала в себя: -Инерциальную систему навигации, основывавшуюся на гидростабилизированной платформе, получавшей информацию о параметрах движения космического корабля на всех этапах полета, от звездных датчиков и от построителей инфракрасной вертикали, определяющих положение корабля относительно Земли, а так же от системы спутниковой навигации. Точность определения собственных координат в автономном режиме составляла от 0,5 до 1 км, а при использовании спутниковых систем навигации около 300 м. Дальность обнаружения целей при наличии указаний с Земли-400 км, при их отсутствии-20 км.

-Всепогодную систему автоматической посадки и взлета,

-Систему радиолокационного контроля движения корабля

Система «Вымпел» была полностью продублирована на основе принципов горящего резервирования для выполнения радиотехнических задач с вероятностью 0,999.

Система управления «Бурана»

Николай Алексеевич Пилюгин, член Совета главных конструкторов ракетной и ракетно-космической техники, возглавляемого С. П. Королёвым, занимался разработкой системы управления орбитального корабля, обеспечивающую совместную работу и анализ информации о 380-ти физических параметрах, передаваемой от измерительных датчиков систем контроля и диагностики, определяя неисправности и переходя на резервные режимы работы. Так же бортовая оконечная аппаратура расшифровывала, усиливала и преобразовывала команды управления от бортового вычислительного центра или систем ручного управления (в который были включены системы индикации параметров полета и характеристик функционирования бортовых систем «Бурана» и визуализации инструктивной информации) до непосредственно исполнительных органов. Бортовой центральный вычислительный комплекс «Бисер-4», разработанный научно-производственным центром автоматики и приборостроения во главе с с заместителем генерального конструктора Виктором Андреевичем Немцовым и начальником отделения Вячеславом Ивановичем Сорокиным. Система «Бисер-4» представляла собой четыре устройства, организующие отдельные вычислительные каналы, аппаратно синхронизирующиеся через компаратор, представленный как пятикратно резервированный кварцевый генератор частотой 4МГц, который непрерывно сравнивал данные с выходов вычислительных каналов. БЦВМ «Бисер-4» имела следующие характеристики, при весе в 33,6 кг :

В случае отклонения результатов одного из каналов от остальных, он отключался, и БЦВМ продолжала работу в обычном режиме. Так же мог быть отключен еще один вычислительный канал, что значительно повышалась надежность БЦВМ, позволяя управлять «Бураном» даже в условиях ядерной войны, что входило в ТЗ по требованию военных. Есть предположения, что в основу элементной базы данной БЦВМ на тот момент при условии ее быстродействия и разрядности мог входить 32 разрядный процессор из серии 1807, такой как КМ1807ВМ2 выпущенный в период с 1985 (1806 серия) до 1987 (1808 серия), изготавливавшийся в НПО «Электроника», в Воронеже. И являвшейся аналогом одного из микропроцессоров для компьютера DEC MicroVAX, созданным в 1985 году американскими разработчиками. В микропроцессоре использовалась технология n-Mop, то есть он состоял из униполярных транзисторов, в котором управляющий электрод (затвор) отделён от канала слоем диэлектрика, что давало преимущество в том, что уменьшались габариты микропроцессора, но быстродействие его было много меньше возможного сейчас при использовании более современных технологий. Дальнейшее повышение быстродействия подобных интегрированных полевых транзисторов было связано с отказом от металлических затворов и переходом на затворы из поликристаллического кремния. В ходе разработке СУ корабля «Буран» считалось, что одна из самых сложных задач была разработка программного обеспечения. В то время советские программисты в основном писали программы на ассемблере, так как объемы памяти компьютеров тех времен были весьма ограничены.

В материалах Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН о трудностях и свершениях того периода говорится так: «В 1983 году разработчики космического корабля Буран обратились в Институт прикладной математики с просьбой помочь в разработке бортового программного корабля. После изучения задачи было решено разработать проблемно-ориентированные языки, основанные на терминах, понятиях и форме представления алгоритмов управления и испытаний, используемых разработчиками корабля» Это был специализированный язык реального времени ПРОЛ2 и базирующаяся на нем система автоматизации программирования и отладки САПО ПРОЛ2, а так же проблемно-ориентированный язык ДИПОЛЬ. И, хотя языки успешно решали поставленные задачи, вскоре стало ясно, что узкая специализация языков мешает делу. В связи с этим был создан язык ДРАКОН, легкий язык настолько, что он позволял заниматься написанием программ не только программистам, но и простым инженерам. Это позволило избавиться от больших затрат и заметно ускоряло ход работ и позволило достигнуть СУ наибольшего совершенства.

БЦВМ «БИСЕР-4»

БЦВМ «БИСЕР-4» резервировалась четырехкратно. Так, как объем внешних абонентов на порядок превысил обычный состав для ракетных комплексов, например, вместо одного или двух дешифраторов на 256 разовых команд в СУ орбитального корабля «Буран» был 21 дешифратор. Аппаратную синхронизацию БИСЕР-4 советских разработчиков, в отличие от американской программной синхронизации, выполнял пятикратно резервированный сверхнадежный кварцевый генератор. Большой объем программ, значительно превышающих объем ОЗУ «БИСЕР-4» в 128к, реализовался с помощью перезагрузки ОЗУ с магнитофона емкостью 2000Кб. Поэтому при втором пуске Бурана планировалось добавить периферийную систему Бисер-4 к работе основной, то есть подключить еще 4 вычислительные машины.

С самого начала разработок, в этажерке, в которой размещалась бортовая аппаратура «Бурана» были предусмотрены 8 мест, для размещения 8 БЦВМ типа Бисер-4. Но, не смотря на это, система автоматического управления была настолько совершенной, что экипаж в бедующих полетах рассматривался лишь как звено, дублирующее автоматику.

Заключение

«Энергия-Буран» - система, опередившая свое время, но советская промышленность была еще не готова ее использовать. Спад промышленности и критика непосредственным образом отразились на этом проекте. С 1991 года систему перевели из Программы вооружений в Государственную космическую программу решения народнохозяйственных задач. В 1992 был уже полностью собран второй экземпляр орбитального корабля, но пуск не состоялся, потому, что проект был законсервирован. Это стало трагедией для людей, посвятивших более 10-ти лет решению этой грандиозной задачи. «Выполняя межправительственное соглашение о стыковке корабля «Спейс Шаттл» со станцией «Мир» в июне 1995 года, наши инженеры использовали технические материалы по стыковке корабля «Буран» со станцией «Мир». И хотя во время этой стыковки были подтверждены все технические решения по «Бурану», было немного грустно наблюдать, что стыкуется не «Буран», а чужой «Шаттл». Хотя этой стыковкой были подтверждены все технические решения, принятые специалистами по кораблю «Буран». Свой первый и единственный космический полет «Буран» совершил 15 ноября 1988 года. Космический корабль был запущен с космодрома Байконур, совершил два витка вокруг Земли, после чего произвел посадку на аэродроме Юбилейный. Полет прошел без экипажа в автоматическом режиме с использованием бортового компьютера, в отличие от «Шаттла», который традиционно совершает последнюю стадию посадки на ручном управлении. Кстати, данный факт – полет «Бурана» в космос и спуск его на Землю в автоматическом режиме под управлением бортового компьютера – вошел в Книгу рекордов Гиннеса. За три часа полета корабль только на секунду отклонился от графика. И автоматическая посадка с ювелирной точностью – это действительно триумф отечественной науки и техники. Тогда, двадцать шесть лет назад, полет «Бурана» обсуждал весь мир и все газеты пестрели заголовками «Русское чудо».