Космические ЭВМ

КосмическиеЭВМ Создание систем управленияракетой-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 сверхтяжелойракеты-носителя Энергия со спутником Полюс , который, правда, на орбитувыйти не смог. Но ровно через полтора года состоялся второй, успешный запуск,на этот раз вошедший в историю, Энергия вывела на орбиту космическийкорабль многоразового использования Буран . Буран совершил два витка вокругЗемли и завершил трехчасовой полет посадкой на специальную полосу в районекосмодрома Байконур . На борту корабля не было людей более полусотни системуправления Бураном в свою очередь управлялись автоматически по программам,заложенным в бортовую ЭВМ. Создание в 80-х систем управления ракетой-носителем Энергия и космическимчелноком Буран можно, наверно, считать творческой вершиной советской школыбортовых ЭВМ.Система управления для ракетного комплекса Энергия создавалась вхарьковском НПО Хартрон , где разрабатывались многие управляющие ЭВМ длябоевых ракет стратегического назначения и космических аппаратов. Переход отаналоговых устройств к управлению ракетами с помощью цифровой вычислительнойтехники произошел в середине 60-х. К тому времени задачи управлениямежконтинентальными баллистическими ракетами потребовали резкого увеличенияобъемов информации, которые обрабатывались на борту ракеты в реальном времени.Это оказалось под силу только мощным бортовым ЭВМ. Первая ракета с системойуправления, включающей бортовую вычислительную машину, была запущена в 1971году. А в середине 80-х на Хартроне велась работа над двумя равными посложности проектами системами управления для Энергии и для супермощногоракетного комплекса СС-18, известного на Западе под грозным названием Сатана .В это же время в Москве и на Украине создавались бортовой вычислительныйкомплекс Салют-5 для станции Мир , аппаратура стыковки Курс , которая суспехом работала и продолжает работать в комплексе Мир-Союз-Прогресс , идругие управляющие системы для космических аппаратов.

На запущенном в 1957 годупервом спутнике стояла простейшая бортовая аппаратура, позволявшая на Земледиагностировать внутреннее состояние спутника.

А на бортовые системы управлениякосмических аппаратов 80-х возлагались задачи ориентации и стабилизации впространстве, навигация, планирование работ, контроль, диагностика и многоедругое. 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 результатубыла работа над космическим кораблем многоразового использования Буран . Вотличие от американского челнока, который с самого начала разрабатывался какпилотируемый корабль, советский Буран должен был уметь летать в беспилотномрежиме. Это усложняло задачу разработчиков системы управления.

Надо былозаранее предусмотреть все режимы диагностики, все случаи ликвидациинеисправностей и выхода из сложных положений.В ходе разработки бортовой машины для Бурана было найдено несколькооригинальных решений.

Так, к системе управления предъявлялось обязательноетребование при любых двух отказах на критических участках она должна былапродолжать работать и обеспечить возвращение корабля с орбиты.

Системауправления Бурана базировалась на четырех ЭВМ, работающих синхронно поодинаковым программам.

В случае сбоя одной машины происходило ее автоматическоеотключение, а три оставшихся продолжали работать.

Если происходил еще одинотказ, управление полетом возлагалось на оставшуюся пару машин.Но разработчикипредусмотрели еще одну меру для повышения надежности системы в случае отказаодной из двух оставшихся машин наудачу отключалась одна ЭВМ в паре, и свероятностью 50 система продолжала работать.

Аппаратная избыточность вычислительной системы четыре машины вместо одной решала проблему надежности, но одновременно ставила задачу эффективнойсинхронизации. В отличие от американцев наши разработчики не пошли по путипрограммной синхронизации, а нашли решение на аппаратном уровне. Вычислительныемашины в системе управления Бураном не имели автономных генераторов тактовойчастоты.Вместо этого был сделан отдельный генератор, выдающий тактовыеимпульсы на все четыре ЭВМ. Чтобы увязать это с требованием работоспособностисистемы при любых двух отказах, генератор был построен с пятью каналамирезервирования.

То есть по сути работало пять вынесенных генераторов,объединенных в единую конструкцию и со своей системой синхронизации, которая обеспечивалафункционирование при любых двух отказах. Аппаратное решение проблемы синхронизации управляющих ЭВМ позволилоупростить сложнейшие задачи разработки их программного обеспечения.Одним изнаиболее важных вопросов, которые надо было решить, был вопрос языка на какомязыке программирования вести разработку, какие инструментальные средстваиспользовать.

Хотя к этому времени существовал инструментарий для разработкибортового ПО ракетных комплексов, при создании Бурана резко возрос масштаб исложность работ. Надо было в сжатые сроки написать программы, объем которыхзначительно превышал объем традиционных управляющих программ.Значит,необходимо было повышать производительность труда программиста, то есть опрограммированиии на ассемблере не могло быть и речи. Кроме того, масштаб проектатребовал подключения в нему множества разных организаций.

Буран делала всястрана. Множество программистов должны были взаимодействовать между собой и соспециалистами по бортовым системам. Все это ставило проблему языковпрограммирования особенно остро.В ее решении активное участие принял Институтприкладной математики им. М. В. Келдыша, где работами руководил МихаилРоманович Шура-Бура. В результате было создано два языка программирования ПРОЛ-2 для разработки бортовых систем и Диполь для разработки наземногопроверочного ПО, а также специальный язык описания объектов Флокс , которыйобеспечивал объединение их между собой.

Был также разработан язык моделирования Лакс и другие языковые средства.Все это вместе составило комплекс, которыйвключал в себя языки для написания исходных кодов программ и инструментарий,позволявший перейти от исходных текстов к отработанным, проверенным, должнымобразом смоделированным объектным кодам, хранящимся в бортовой и наземнойаппаратуре. Этот комплекс обеспечил эффективное сотрудничество всехразработчиков программной части системы управления Бураном.