Тезисы доклада "ЭВМ в космонавтике"

ЭВМ в космонавтике

Тезисы доклада ЯРМУХАМЕТОВА А.У. на конференции «Космические решения земных задач», посвященной 50-летию полета в космос Ю.А.Гагарина

Чтобы «полезный груз» был доставлен в нужную точку на земле или в космосе, выполняется большой объем сложных расчетов траектории полета. Первые расчеты выполнялись у Келдыша коллективом девушек-расчетчиц на механических калькуляторах. И это только для «одноразовой» траектории. При выводе объекта в космос понадобились еще более трудоемкие расчеты, имея в виду, что объекты могли совершать маневры на орбите. Стало очевидно, что без применения вычислительной техники не обойтись. Необходимость применения ЭВМ для расчетов траектории, наряду с атомными проектами, стала побудительной причиной разработки и производства отечественных ЭВМ.

Для получения данных о фактической траектории объекта необходимо проводить траекторные измерения на всех этапах полета. Для этого был создан Командно-измерительный комплекс (КИК), состоящий из Центра, оснащенного ЭВМ, и ряда Научно-измерительных пунктов (НИП). НИП были размещены на территории СССР от Мукачева до Камчатки и на судах в акваториях Тихого и Атлантического океанов.

Карта нип

Данные измерений передавались в Центр для обработки. С ростом количества отслеживаемых Космических объектов (КО), загрузка ЭВМ Центра превысила его вычислительную мощность. В связи с этим некоторые ключевые НИП были оснащены автономными ЭВМ типа М-220, на то время самыми мощными и надежными из серийно выпускаемых машин с военной приемкой. Это НИП в Евпатории, Симферополе, Щёлкове, Сары-Шагане, Енисейске, Колпашеве, Улан-Удэ, Уссурийске, на Камчатке.

М220

КИК не только выполнял траекторные измерения, но и функции управления КО, путем передачи на борт определенных команд. Команды передавались через КРЛ - Командные радиолинии (Куб, Коралл, Подснежник), представляющие собой радиолокаторы, сопровождающие объект в зоне видимости НИП с одновременной передачей на борт некоторой закодированной цифровой комбинации-команды. Команды воспринимались бортовыми командоаппаратами, которые задавали последовательность действий по выполнению маневра. Разработку команд выполнял Центр КИК и заранее передавал на соответствующий НИП по линиям связи с помощью комплекса аппаратуры ЛУЧ, который был разработан СКБ-245 в 1961-1967 гг. и представлял собой ЛУЧ-1 – передатчик в Центре, ЛУЧ-2 – приёмник на НИП. Данные выводились на перфоленту. При нахождении КО в зоне видимости НИП, данные с перфоленты вводились в ЛУЧ-3, затем передавались на командные радиолинии и далее на борт. Система была рассчитана на закладку максимально 32 слов, что соответствовало уровню техники того периода.

Абсолютное большинство наших сограждан связывают победы СССР в космосе с именем С.П. Королёва. Это неудивительно: первый спутник, первый человек в космосе, первая орбитальная станция! Большинству невдомек, что было три конкурирующих, примерно равного масштаба, главных конструкторов МБР: Королёв, Челомей и Янгель. И если Янгель не претендовал на космос, то Челомей активно выполнял космические проекты. Королёв «работал на ТАСС», а Челомей занимался исключительно военным космосом, за что на Западе его прозвали «космическим ястребом».

Пока Королёв и его последователи (Мишин, Глушко) лихорадочно готовили очередной запуск к «очередной дате», Челомей разрабатывал космические проекты военного назначения, самым масштабным из которых был проект «Алмаз».

Комплекс состоял из тяжелой МБР «Протон», орбитальной посещаемой станции (ОПС) космической разведки, транспортного корабля снабжения (ТКС) и соответствующей наземной инфраструктуры. ТКС (20 т) стартовал с экипажем на борту, мог выполнять маневры на орбите, служить буксировщиком, имел многоразовые спускаемые аппараты.

ОПС также весом 20 т и диаметром 4 м, имела на борту экипаж (2-3 человека), радиолокаторы и оптическую аппаратуру с фоторегистрацией. Самый большой фотоаппарат имел диаметр объектива 2 м. Отснятые материалы сбрасывались на землю в специальных капсулах. Для обороны ОПС имела перископ кругового обзора, пушку калибра 23 мм и 2 ракеты «космос-космос».

Самым примечательным была бортовая ЭВМ ОПС и ТКС. Челомей заказал ее профессионалам – главному конструктору БЦВМ Крутовских в НИИ «Аргон». Это была современная, на интегральных схемах, троированая универсальная ЭВМ.

Возникла проблема с наземной инфраструктурой – на БЦВМ необходимо было передавать не краткие команды, а полноценные программы объёмом до 2 тыс. слов, что не обеспечивалось устаревшим комплексом ЛУЧ-КРЛ. КИК объявил тендер на разработку аппаратуры с нужными характеристиками. Было предложено несколько вариантов, но принято предложение СКБ Казанского завода ЭВМ. Проект отличался экономичностью, простотой и сжатыми сроками реализации. Предлагалось задействовать ЭВМ М-220, уже установленные на НИП, для хранения программ БЦВМ и выдачи их на борт напрямую от ЭВМ М220 на БЦВМ «Аргон» с максимальной скоростью, обеспечиваемой КРЛ.

Проект, названный «УСЛ-2», предусматривал полное сохранение существующей системы с «врезкой» в нее устройств сопряжения, исключающих механические ограничения (перфоленты) при закладке на борт. Устройство УС-2 устанавливалось рядом с ЛУЧ-2 и ЛУЧ-3 в здании КРЛ. Второе устройство УС-1 – в машинном зале М-220. Информация, передаваемая из Центра на ЛУЧ-2, вводилась в УС-2 , передавалась на УС-1 и записывалась в оперативную память ЭВМ, где и сохранялась до очередного сеанса связи с бортом. Во время сеанса данные из оперативной памяти ЭВМ через УС-1, линию связи, УС-2. ЛУЧ-3 выдавались на КРЛ и на борт КО. Скорость работы такого комплекса обеспечивала закладку информации объёмом до 2 тыс. слов троекратно за время прохождения объекта (орбитальной станции) в зоне НИП (около 6 минут). Задача в рамках проекта «Алмаз» была решена.

Однако данная работа имела гораздо большее значение для компьютеризации космонавтики. Впервые была создана сеть из ЭВМ КИК, протяженностью от Крыма до Камчатки. По сети передавались далеко не только программы для БЦВМ КО, а, в основном, масса разнообразной информации, такой как эфемериды, служебная информация и пр., причем она обрабатывалась немедленно по вводу в ЭВМ, что исключало ошибки и существенно сокращало время и трудоемкость. Во-вторых, впервые была осуществлена связь наземной ЭВМ с бортовыми вычислительными устройствами в реальном масштабе времени.

Презентацию к докладу смотреть здесь
Дополнительные материалы:
УСЛ-2 – космическая сеть
Статья К. Мурафы «ЛУЧ-Восток»
Статья и фотогаллерея «ЭВМ в космонавтике»
ЭВМ М-220
Проект «Алмаз»