Очерки истории отечественной программной инженерии в 1940-е – 80-е годы - Владимир Липаев

Первые системы управления строились с аналоговыми приборами систем стабилизации, а с 1964-го года электронными счетно-решающими приборами. На этапе создания и последующего выпуска электронных счетно-решающих приборов в Научно-производственном объединении «Хартрон» было организовано современное и мощное производство модулей, многослойных печатных плат, запоминающих устройств на ферритовых сердечниках, решены сложные научно-технические проблемы обеспечения помехозащищенности, высокой надежности, стабильности параметров бортовой вычислительной техники длительного срока эксплуатации.

Генеральным директором и Главным конструктором систем управления для ракетных комплексов в научно-производственном объединении «Хартрон» с 1960 – го по 1986-й год был Владимир Григорьевич Сергеев. К середине 60-х годов стало ясно, что принцип построения систем управления на основе аналоговых и дискретных счётно-решающих устройств не имеет перспективы. Дальнейшее совершенствование управления межконтинентальными баллистическими ракетами требовало резкого увеличения объёмов информации, обрабатываемой на борту ракеты в реальном масштабе времени. Требовалось также принципиально изменить идеологию регламентных проверок систем ракеты, которая базировалась на использовании сложной, наземной, дорогой и неудобной в эксплуатации передвижной испытательной аппаратуры, размещаемой в кузовах нескольких автомобилей.

Революционным шагом на этом этапе явилось использование в системах управления ракет бортовых электронных вычислительных машин, обеспечивающих функционирование ракетного комплекса при наземных проверках и в условиях полета ракеты. При этом резко упрощалась наземная аппаратура, ее можно было разместить в ракетных шахтах, отказавшись от автопоездов. Возможность решения более сложных алгоритмов позволяла существенно повысить точность стрельбы.

В предприятии, было создано подразделение (Борис Михайлович Конорев) по определению требований к архитектуре и вычислительным характеристикам бортовых ЭВМ и разработке программного продукта. Потребовалось создать не только новую методологию разработки всех алгоритмов и программ полета, наземных испытаний, но и создавать новую технологию проектирования технических средств, включая моделирующие стенды, систему автоматизированного производства комплексов программ.

Вначале создание систем управления с бортовыми ЭВМ в «Хартроне» шло по двум направлениям:

• применение бортовой ЭВМ, разработанной головным предприятием по вычислительной технике Министерства радиопромышленности СССР – Научно исследовательским центром вычислительной техники;

• использование бортовой ЭВМ собственной разработки.

В апреле 1967-го года Генеральный директор и Главный конструктор Владимир Григорьевич Сергеев предложил обсудить и решить вопрос о концентрации сил на одном из этих направлений. Все руководители ведущих подразделений: высказались за использование бортовой ЭВМ собственной разработки, поскольку в «чужую» машину было практически невозможно оперативно вносить необходимые изменения в аппаратуру и программы, что резко замедлило бы разработку новых компонентов систем управления. Уже в 1968-м году был испытан первый экспериментальный образец бортовой ЭВМ на гибридных модулях. В 1971-м году, впервые в СССР был произведен запуск новой ракеты 15А14 с системой управления, включающей бортовую ЭВМ.

Удачно выбранный и успешно реализованный комплекс вычислительных характеристик ЭВМ (разрядность 16, объём ОЗУ 512-1024 слов, объём ПЗУ 16 слов, быстродействие 100 тыс. опер/сек.), надежная элементная база обеспечили этой бортовой ЭВМ уникальный срок жизни – около 25 лет, а ее несколько модернизированный вариант находится в эксплуатации на боевом дежурстве. В целях обеспечения малых габаритно-массовых характеристик ЭВМ впервые в отрасли были созданы гибридные микросборки схем управления оперативным запоминающим устройством, плоские микромодули согласующих устройств с гальванической развязкой, многослойные печатные платы, изготовленные методом открытых контактных площадок.

В 1979-м году были приняты на вооружение ракеты 15А18 и 15А35 с унифицированным бортовым вычислительным комплексом. Для систем управления этих изделий, была разработана новая технология отработки программно-математического обеспечения, включающая так называемый «электронный пуск», при котором на специальном имитационном моделирующем комплексе, включающем ЭВМ БЭСМ-6 и изготовленные блоки системы управления ракетой, моделировался полет ракеты и реакция системы управления на воздействие основных возмущающих факторов. Эта технология обеспечила также эффективный и полный контроль полетных заданий.

В последующие годы, были созданы еще четыре поколения бортовых ЭВМ, имеющих одни из лучших Советском Союзе вычислительные и эксплуатационные характеристики, а также разработана эффективная технология производства программных комплексов. Одной из «изюминок» была оригинальная система динамической коррекции программ. Именно она обеспечила возможность (при наличии ПЗУ с жёсткой «прошивкой» программ с помощью «косичек», вставляемых в П-образные ферритовые сердечники) оперативного внесения необходимых изменений в программный комплекс на всех этапах работ от предстартовых испытаний до работы на орбите.

Опыт эксплуатации первых бортовых ЭВМ показал настоятельную необходимость совершенствования структурных методов повышения надежности. Учеными и инженерами предприятия, были разработаны теоретические основы синтеза высоконадёжных, вычислительных структур, с многоярусным мажоритированием и адаптацией. Они легли в основу последующих поколений бортовых ЭВМ.

В 1984-м – 88-м годы была создана и отработана система управления для уникальной мощной ракеты СС18, известной по зарубежной классификации как «Сатана». В этой разработке были успешно внедрены все лучшие технические решения, наработанные на предшествующих заказах, а также целый ряд принципиально новых идей:

• обеспечение работоспособности после воздействия ядерного взрыва в полёте;

• высокоточное индивидуальное разведение боевых блоков;

• прямой метод наведения не требующий ранее подготовленного полетного задания;

• обеспечение дистанционного нацеливания.

Решение этих задач обеспечивалось новым мощным бортовым вычислительным комплексом с использованием полупроводниковых «пережигаемых» постоянных и электронных оперативных запоминающих устройств. Основная элементная база разрабатывалась и изготавливалась в Минском производственном объединении Интеграл и обеспечивала необходимый уровень радиационной стойкости. Для одного из видов боевых блоков было разработано и впервые в Советском Союзе прошло летные испытания запоминающее устройство на цилиндрических магнитных доменах.

Одной из самых сложных задач было создание бортового многомашинного вычислительного комплекса для ракеты-носителя «Энергия», решающего сложнейшие задачи стабилизации, выведения (с учетом нештатных ситуаций управления многочисленными двигательными установками), аварийной защиты двигателей, мягкой посадки спускаемых разгонных ступеней.

Высокие требования по надёжности и безотказности усугублялись использованием в ракете-носителе кислородных и водородных компонентов, что потребовало реализации в системе управления комплекса мер по обеспечению пожаро– и взрывобезопасности. Самой главной наградой за труд были два успешных запуска ракеты-носителя «Энергия» (22.02.1986 г. и 15.11.1988 г.) и успешное проведение натурных испытаний и сдача на вооружение ракеты СС-18.

Большой объём работ был проведен по созданию бортового вычислительного комплекса для систем управления космических аппаратов. Для летавших со станцией «Мир» модулей: Квант, Квант-2, Кристалл, Природа, Спектр, был создан комплекс с многоярусным мажоритированием, сохраняющий работоспособность при наличии 10–20 неисправностей. Опыт его безотказной эксплуатации на орбите в течение более 10 лет подтвердил правильность принятых технических решений. В конце 80-х годов для нового поколения систем управления космических аппаратов были созданы два бортовых вычислительных комплекса, имеющих, в отличие от предыдущих, существенно более низкое энергопотребление. Успешные запуски объектов, использующих эти комплексы, показали способность «Хартрона» обеспечивать космическую технику надежными бортовыми ЭВМ.

6.5. Космические аппараты информационных систем

На вычислительный центр (ВЦ) в Государственном союзном научно-исследовательском институте № 88 (ныне Центральный НИИ машиностроения Росавиакосмоса) и баллистическое подразделение НИИ-88 с 1963-го года возлагалась функция баллистического центра отрасли – БЦ-2 (БЦ-1 – в Министерстве обороны, БЦ-3 – в Академии наук СССР). БЦ-2 начал участвовать в управлении космическими аппаратами (КА) [11]. Преобразование ВЦ в Координационно-вычислительный центр (КВЦ) с возложением на него информационного обеспечении государственных задач, по обработке и отображению информации при лётно-конструкторских испытаниях пилотируемых кораблей и автоматических станций, спутников научного и народнохозяйственного назначения. БЦ-2 стал головным по автоматическим межпланетным станциям («Венера», «Марс») и спутникам народнохозяйственного и научного назначения («Метеор», «Протон», АУОС), он выполнял функции дублирующего БЦ, по пилотируемым программам (корабли «Союз», станция «Салют»).