Обчислювальна технiка для ракет та космiчних систем

Однiєю з трьох органiзацiй у колишньому СРСР (i єдиною в Українi), що створювала системи керування для ракет i космiчних апаратiв, включаючи бортовi ЕОМ, було i залишається Харкiвське науково-виробниче об'єднання "Хартрон" (ранiше "Електроприлад"), створене в 1959 роцi.

Близько 40 рокiв воно є головним розроблювачем систем керування, бортових i наземних обчислювальних комплексiв, складного електронного устаткування для рiзних типiв ракет i космiчних апаратiв. За цi роки створенi системи керування мiжконтинентальних балiстичних ракет СС-7, СС-8, СС-9, СС-15, СС-18, СС-19, самої могутньої у свiтi ракети-носiя "Енергiя", ракети-носiя "Циклон", орбiтальних модулiв "Квант", "Квант-2", "Кристал", "Природа", "Спектр", 152 супутникiв серiї "Космос" та iнших об'єктiв.

Першi системи керування будувалися з аналоговими приладами систем стабiлiзацiї i електро-механiчними, а з 1964 р. електронними лiчильно-обчислювальними приладами.

На етапi створення i наступного випуску електронних лiчильно-обчислювальних приладiв у Науково-виробничому об'єднаннi "Хартрон" було органiзовано сучасне i потужне виробництво модулiв, багатошарових друкованих плат, запам'ятовуючих пристроїв на феритових осердях, вирiшенi складнi науково-технiчнi проблеми забезпечення перешкодозахищеностi, високої надiйностi, стабiльностi параметрiв бортової обчислювальної технiки протягом 10-лiтнього (i бiльше) термiну експлуатацiї. Виросла цiла плеяда талановитих вчених i iнженерiв (В.П.Леонов, Г.С.Бестань, Д.Н.Мерзляков, Д.М.Смурний та iн.). Першим керiвником створеного в 1962 р. комплексу по розробцi бортової апаратури був А.Н.Шестопал. З 1966 р. по 1992 р. цей пiдроздiл очолював А.I.Кривоносов.

Генеральним директором i Головним конструктором систем керування для ракетних комплексiв у науково-виробничому об'єднаннi "Хартрон" з 1960 по 1986 рiк був Володимир Григорович Сергєєв.

Своїми спогадами про роботи виконанi в НВО "Хартрон" дiлиться головний конструктор бортових обчислювальних комплексiв "Хартрона" лауреат Ленiнської i Державної премiї України доктор технiчних наук Анатолiй Iванович Кривоносов.

"До середини 60-х рокiв визначилися, що принцип побудови систем керування на основi аналогових i дискретних лiчильно-обчислювальних пристроїв не має перспективи. Подальше удосконалення керування мiжконтинентальними балiстичними ракетами вимагало рiзкого збiльшення обсягiв iнформацiї, оброблюваної на бортi ракети в реальному масштабi часу. Було потрiбно також принципово змiнити iдеологiю регламентних перевiрок систем ракети, що базувалася на використаннi складної, дорогої i незручної в експлуатацiї пересувної iспитової апаратури, розташованої в кузовах декiлькох автомобiлiв.

Революцiйним кроком на цьому етапi стало використання в системах керування ракет бортових електронних обчислювальних машин, що забезпечували функцiонування ракетного комплексу при наземних перевiрках i в умовах польоту ракети. При цьому рiзко спрощувалася наземна апаратура, її можна було розмiстити в "оголовках" ракетних шахт, вiдмовившись вiд автопоїздiв. Можливiсть обчислення бiльш складних алгоритмiв дозволяла iстотно пiдвищити точнiсть пострiлiв.

У теоретичному комплексi, очолюваному доктором технiчних наук, лауреатом Ленiнської премiї Я.Є.Айзенбергом, було створено пiдроздiл (Б.М.Конорєв) по визначенню вимог до архiтектури й обчислювальних характеристик бортових ЕОМ та розробцi програмного забезпечення. Треба було створити не тiльки нову методологiю розробки всiх алгоритмiв i програм польоту наземних iспитiв, але i створювати нову технологiю проектування технiчних засобiв, включаючи моделюючi стенди, систему автоматизованого виробництва програм i т.iн.

Спочатку створення систем керування з бортовими ЕОМ у НВО "Хартрон" йшло двома напрямками:

- застосування бортової ЕОМ, розробленої головним пiдприємством з обчислювальної технiки Мiнiстерства радiопромисловостi СРСР - Науково-дослiдним центром обчислювальної технiки;

- використання бортової ЕОМ власної розробки.

На однiй з нарад вищого керiвництва "Хартрона" у квiтнi 1967 року Генеральний директор i Головний конструктор Володимир Григорович Сергєєв запропонував обговорити i вирiшити питання про концентрацiю сил на одному з цих напрямкiв. Усi керiвники головних пiдроздiлiв: Я.Є.Айзенберг, А.I.Кривоносов, Б.М.Конорєв, А.С.Гончар та iн. висловилися за використання бортової ЕОМ власної розробки, оскiльки в "потрiбну" машину було практично неможливо вносити необхiднi змiни в програмне забезпечення, що рiзко сповiльнило б розробку нових систем керування. Вже в 1968 роцi був випробуваний перший експериментальний зразок бортової ЕОМ на гiбридних модулях. Через 6 мiсяцiв з'явилася її трьохканальна модифiкацiя на монолiтних iнтегральних схемах. У 1971 роцi, вперше в СРСР, проведено запуск нової ракети 15А14 iз системою керування, що включала бортову ЕОМ.

Вдало обраний i успiшно реалiзований комплекс обчислювальних характеристик (розряднiсть 16, обсяг ОЗП 512-1024 К слiв, обсяг ПЗП 16 К слiв, швидкодiя 100 тис. опер/сек), надiйна елементна база забезпечила бортовiй ЕОМ унiкальний термiн життя - близько 25 рокiв, а її трохи модернiзований варiант знаходиться в експлуатацiї на бойовому чергуваннi i зараз.

З метою забезпечення малих габаритно-масових характеристик ЕОМ вперше в галузi були створенi гiбриднi мiкрозбірки схем керування оперативним запам'ятовуючим пристроєм, плоскi мiкромодулi погоджуючих пристроїв з гальванiчною розв'язкою, багатошаровi друкованi плати, виготовленi методом вiдкритих контактних площадок та iнше.

У 1979 роцi були прийнятi на озброєння ракети 15А18 i 15А35 з унiфiкованим бортовим обчислювальним комплексом. Для систем керування цих "супервиробiв" вперше в СРСР була розроблена нова технологiя вiдпрацювання програмно-математичного забезпечення, що включала так званий "електронний пуск", при якому на спецiальному комплексi, який включав ЕОМ БЕСМ-6 та виготовленi блоки системи керування ракетою моделювався полiт ракети i реакцiя системи керування на вплив основних збуджуючих факторiв. Ця технологiя забезпечила також ефективний i повний контроль польотних завдань. Колектив розроблювачiв "електронного пуску" (Я.Є.Айзенберг, Б.М.Конорєв, С.С.Корума, I.В.Вельбицький та iн.) було удостоєно Державної премiї УРСР.

У наступнi роки були створенi ще чотири поколiння бортових ЕОМ якi мали однi з кращих у колишньому Радянському Союзi обчислювальнi й експлуатацiйнi характеристики та ефективну технологiю розробки програмного забезпечення, що не поступалася закордонним аналогам.

Однiєю з наших "iзюминок" була оригiнальна система динамiчної корекцiї програм (Б.М.Конорєв, В.П.Каменєв, А.В.Бек, Ю.М.Златкін, А.I.Бондарєв). Саме вона забезпечила можливiсть (при наявностi ПЗП з жорсткими "прошивками" програм за допомогою "косичок", що вставляються в П-подiбнi феритовi осердя) оперативного внесення необхiдних змiн у програмне забезпечення на всiх етапах робiт вiд передстартових iспитiв до роботи на орбiтi.

Досвiд експлуатацiї перших бортових ЕОМ показав нагальну потребу удосконалення структурних методiв пiдвищення надiйностi. Вченими й iнженерами пiдприємства (А.I.Кривоносов, В.I.Спиридонов, Ю.Г.Нестеренко, I.I.Корнiєнко, В.В.Шеiн, А.В.Сичов, Н.Ф.Меховськой та iн.) були розробленi теоретичнi основи синтезу високонадiйних обчислювальних структур з багатоярусним мажоритуванням i адаптацiєю. Вони лягли в основу наступних поколiнь бортових ЕОМ.

У 1984-1988 рр. була створена i вiдпрацьована система керування для унiкальної суперпотужної ракети СС18, вiдомої по закордоннiй класифiкацiї як "Сатана". У цiй розробцi було успiшно впроваджено всi кращi технiчнi рiшення, напрацьованi на попереднiх замовленнях, а також цiлий ряд принципово нових iдей:

- забезпечення працездатностi пiсля впливу ядерного вибуху в польотi;

- високоточне iндивiдуальне розведення бойових блокiв;

- "прямий" метод наведення, який не потребує ранiше пiдготовленого польотного завдання;

- забезпечення дистанцiйного нацiлювання i т.iн.

Рiшення цих задач забезпечувалося новим могутнiм бортовим обчислювальним комплексом з використанням напiвпровiдникових постiйних, якi можливо було "перепалювати" i електронних оперативних запам'ятовуючих пристроїв.

Основна елементна база розроблялася i виготовлялася в Мiнському виробничому об'єднаннi "Iнтеграл" i забезпечувала необхiдний рiвень радiацiйної стiйкостi. Крiм стандартних блокiв до складу бортового комплексу входив уперше реалiзований у СРСР блок спецiалiзованого запам'ятовуючого пристрою на феритових осердях iз внутрiшнiм дiаметром 0,4 мм, через який прошивалися три проводи тонші за людську волосину. Для одного з видiв бойових блокiв було розроблено i вперше в Радянському Союзi проведено льотнi iспити запам'ятовуючого пристрою на цилiндричних магнiтних доменах.

Однiєю iз самих складних задач було створення бортового багатомашинного обчислювального комплексу для ракети-носiя "Енергiя", що вирiшує надскладнi задачi стабiлiзацiї, виведення (з урахуванням позаштатних ситуацiй керування численними рухомими установками), аварiйного захисту двигунiв, м'якої посадки розгiнних спускаємих ступенів ("боковушок"). Високi вимоги по надiйностi i безвiдмовностi збiльшувалися у зв'язку з використанням у ракетi-носiї кисневих i водневих компонентiв, що зажадало реалiзацiї в системi керування комплексу заходiв для забезпечення пожежо- та вибухобезпеки.

У 1984-1988 рр. в НВО "Хартрон" одночасно виконувалося два самих об'ємних i вiдповiдальних замовлення - розробка систем керування для СС-18 i ракети-носiя "Енергiя". Це вимагало вiд керiвництва i усiх фахiвцiв максимальної напруги сил. Роботи йшли цiлодобово, без вихiдних, найчастiше люди ночували на робочих мiсцях. Самою головною нагородою за працю були два успiшних запуски ракети-носiя "Енергiя" (22.02.1986 р. та 15.11.1988 р.) а також успiшне проведення натурних iспитiв та здача на озброєння ракети СС-18.

Великий обсяг робiт був проведений по створенню бортового обчислювального комплексу для систем керування космiчних апаратiв. Для лiтаючих зi станцiєю "Мир" модулiв "Квант", "Квант-2", "Кристал", "Природа", "Спектр" був створений комплекс iз багатоярусним мажоритуванням, що зберiгав працездатнiсть при наявностi 10-20 несправностей. Досвiд його безвiдмовної експлуатацiї на орбiтi на протязi бiльш ніж 10 рокiв пiдтвердив правильнiсть прийнятих технiчних рiшень.

Наприкiнцi 80-х рокiв для нового поколiння систем керування космiчних апаратiв було створено два нових бортових обчислювальних комплекси, що мали, на вiдмiну вiд попереднiх, iстотно бiльш низьке енергоспоживання. Успiшнi запуски об'єктiв, якi використовували цi комплекси, показали здатнiсть "Хартрона" i в даний час забезпечувати космiчну технiку надiйними бортовими ЕОМ".

За створення унiкального радiацiйностiйкого бортового обчислювального комплексу його головному конструктору А.I.Кривоносову була присуджена Ленiнська премiя.

Характеристики бортових комп'ютерiв, створених у "Хартронi"