Как разрабатывались бортовые компьютеры для самых мощных ракет. | История ИТ в Украине

Как разрабатывались бортовые компьютеры для самых мощных ракет.

Для выпускаемых в СССР ракет и космических кораблей требовались системы управления, включающие вычислительные средства. Вначале они были аналоговыми, затем произошел переход на цифровые средства – бортовые компьютеры. Эта задача была решена усилиями многих научных и производственных коллективов. Были созданы системы управления с бортовыми ЭВМ, в том числе, самой мощной ракеты, которую на Западе прозвали “Сатана”, а также для первого советского космического корабля многоразового использования “Буран”.
EVM_Raketi_02

Биография:

Vasilenko
Василенко Борис Емельянович

Sergeev
Сергеев Владимир Григорьевич

Использование вычислительной техники в ракетно-космической промышленности началось с сотрудничества киевского Института кибернетики АН УССР с Южным машиностроительным заводом (ЮМЗ), причем по не по вопросу создания бортовых компьютеров, а совсем другому поводу. В середине 60-х годов ЮМЗ обратился в киевский Институт кибернетики с просьбой помочь автоматизировать процесс съема и обработки данных при испытании ракетных двигателей на уникальном испытательном стенде. В это время Киевский завод вычислительных и управляющих машин только начал выпуск первых в Советском Союзе управляющих машин "Днепр", разработанных в Вычислительном Центре АН УССР. Институт кибернетики согласился помочь ЮМЗ, рассчитывая использовать только что созданную машину. Появившись на объекте, где намечалась установка системы, ученые увидели высокий, похожий на гигантский опрокинутый стакан, бункер из бетона и стали.

Внутри, на специальной площадке надежно устанавливался для испытаний только что изготовленный ракетный двигатель. На нем были различные датчики, характеризующие работу двигателя. Рядом с бункером находилось помещение с измерительными приборами, подсоединенными к датчикам на двигателе.

Когда в этом помещении появилась машина "Днепр", то вместо  десятков измерительных приборов стала использоваться всего одна машина. После проведения испытания двигателя машина за считанные минуты (вместо многих часов ранее) выдавала (печатала) результаты экспресс-анализа о качестве двигателя.

В конце 60-х годов началась совместная работа Института с одной закрытой подмосковной организацией по созданию уникальной компьютеризированной системы, имитирующей космос, на которой должен был проходить проверку космический корабль «Буран» и другие космические объекты.

На этот раз перед учеными стояла значительно более сложная задача: помимо измерений и обработки данных, получаемых на стенде, нужно было осуществлять управление искусственным «солнцем», положением испытуемого объекта на стенде и другими «частями космоса». Стенд размещался в железобетонном корпусе высотой примерно в 10 этажей, внутри которого не было перекрытий. Компьютеры, входящие в систему для имитации космоса, устанавливались на некоем подобии балконов, имеющихся в башне. Разработка системы, к которой подключилось Специальное Конструкторское Бюро (СКБ) Института кибернетики, заняла несколько лет. На тот момент аналогичный испытательный стэнд был только в США.

В 1971 году на стенде было проведено  успешное испытание созданной на ЮМЗ ракеты с использованием бортовой ЭВМ, разработанной в НПО “Хартрон”. Успешный запуск ракеты на полигоне положил конец недоверию к цифровой вычислительной технике. Стало понятно, что пора запускать первые бортовые ЭВМ в серийное производство. Для этого был привлечен «Киевский радиозавод». Последующая слаженная работа ЮМЗ, НПО “Хартрон” и “Киевского радиозавода” позволила создать ракетно-космические комплексы, которые стали единственными в своем роде в СССР.

Днепропетровский Южный машиностроительный завод (ЮМЗ или ЮЖМАШ) изначально создавался как автомобильный завод, но начавшаяся «холодная война» внесла коррективы – его перепрофилировали на выпуск ракет. Коллектив ЮМЗ создал 4 поколения ракетных комплексов. Почти четверть века (1961-1986 годы) директором завода оставался Александр Максимович Макаров. Затем его сменил будущий президент Украины Леонид Данилович Кучма.

При заводе работало свое конструкторское бюро (КБ) «Южное» во главе с главным конструктором М.К. Янгелем, а позднее -  В.Ф. Уткиным. Коллектив КБ занимался  разработкой двигателей межконтинентальных баллистических ракет, космических ракет-носителей и космических аппаратов.

Ведущим разработчиком систем управления, бортовых и наземных вычислительных комплексов, сложного электронного оборудования для различных типов ракет и космических аппаратов, которые создавались на ЮМЗ, было харьковское научно-производственное объединение  «Хартрон», созданное в 1959 году.

Первым руководителем созданного в 1962 году комплекса по разработке бортовых компьютеров был А.Н.Шестопал. С 1966 г. по 1992 г. это подразделение возглавлял А.И.Кривоносов. Генеральным директором и Главным конструктором систем управления для ракетных комплексов в научно-производственном объединении «Хартрон» с 1960 по 1986 год был Владимир Григорьевич Сергеев.

На “Хартроне” впервые в СССР была разработана новая технология отработки программно-математического обеспечения, включающая так называемый "электронный пуск", при котором на специальном комплексе, включающем ЭВМ БЭСМ-6 и изготовленные блоки системы управления ракетой, моделировался полёт ракеты и реакция системы управления на воздействие основных возмущающих факторов. Эта технология обеспечила также эффективный и полный контроль полётных заданий.

Дальнейшее совершенствование управления межконтинентальными баллистическими ракетами требовало резкого увеличения объемов информации, обрабатываемой на борту ракеты в режиме реального времени. Для этого было создано подразделение по определению требований к архитектуре и вычислительным характеристикам бортовых ЭВМ и разработке программного обеспечения. Потребовалось разработать новую технологию проектирования технических средств, включая моделирующие стенды, систему автоматизированного производства программ и т.д.

В 1968 году на «Хартроне» был испытан первый экспериментальный образец бортовой ЭВМ на гибридных модулях. Через 6 месяцев появилась ее трехканальная модификация на монолитных интегральных схемах. В 1971 году, впервые в СССР, был произведен запуск новой ракеты 15А14 с системой управления, в которую входила новая бортовая ЭВМ. Ее характеристики: разрядность 16, объем ОЗУ 512-1024 слов, объем ПЗУ 16К слов, быстродействие 100 тыс. опер/сек., микроэлектронная база. Эта бортовая  ЭВМ прослужила около 25 лет. Ее несколько модернизированный вариант и в настоящее время находится в эксплуатации на боевом дежурстве.

В последующие годы были созданы ещё 4 поколения бортовых ЭВМ, имеющих одни из лучших в мире вычислительные и эксплуатационные характеристики и эффективную технологию разработки программного обеспечения. Важной составляющей программного обеспечения была оригинальная система динамической коррекции программ, которая обеспечивала возможность оперативного внесения необходимых изменений в программное обеспечение на всех этапах работ от предстартовых испытаний до работы на орбите.

В 1984-1988 гг. была создана и отработана система управления для уникальной супермощной ракеты СС18, известной  на Западе как "Сатана". В этой разработке были успешно внедрены все лучшие технические решения, а также целый ряд принципиально новых идей, таких как обеспечение работоспособности после воздействия ядерного взрыва в полёте, высокоточное индивидуальное разведение боевых блоков, "прямой" метод наведения, не требующий ранее подготовленного полётного задания, обеспечение дистанционного нацеливания.

Решение этих задач обеспечивалось новым мощным бортовым вычислительным комплексом с использованием полупроводникового "пережигаемого" постоянного запоминающего устройства и электронных оперативных запоминающих устройств.

Ракетный комплекс «Сатана» составлял главную мощь Ракетных войск стратегического назначения СССР. По своим характеристикам он не имел аналогов в практике мирового боевого ракетостроения. Эта ракета, используемая до сих пор, практически неуязвима для всех видов противоракетной обороны, и ее не может остановить даже взрыв термоядерной бомбы. Когда одну из ракет пытались утилизировать, то разрезать ее специальное “черное” радиационнозащитное покрытие не смогли даже алмазными резцами. Считается, что именно его создание поставило последнюю точку в истории «холодной войны», и подтолкнуло противостоящие стороны к подписанию договора об ограничении стратегических вооружений.

«Сатана» представляла собой двухступенчатую ракету массой 210 тонн и длинной 34,3 метра. Главной особенностью «Сатаны» были ее боевые качества. Первая модификация ракеты могла закинуть термоядерный заряд мощностью 8 мегатонн на расстояние 16 тыс. км, а тяжелую боеголовку на 25 мегатонн – на 11,2 тыс. км. И в первом, и во втором случае «Сатана» могла поразить любую точку на территории вероятного противника. По мощности ядерного заряда «Сатана» в 77 раз превышала бомбу, сброшенную на Хиросиму.

Одной из самых сложных задач для коллектива «Хартрона» стало создание бортового многомашинного вычислительного комплекса для ракеты-носителя «Энергия». Именно он решал сложнейшие задачи стабилизации, выведения (с учетом нештатных ситуаций управления многочисленными двигательными установками) и аварийной защиты двигателей, а также обеспечивал мягкую посадку спускаемых разгонных ступеней.

Примечательно, что по состоянию на 2011 год, «Энергия» остается единственной советской  ракетно-космической системой, которая принципиально могла использовать в качестве топлива жидкий водород на всех этапах выведения полезной нагрузки на околоземную орбиту.

Серийный выпуск ЭВМ для ракетно-космической отрасли осуществляло ПО «Киевский радиозавод». Наиболее плодотворным для завода был период, когда предприятием руководили Д.Г.Топчий, Б.Е.Василенко и А.И.Гудименко.

В состав ПО «Киевский радиозавод» входило собственное конструкторское бюро, коллектив которого помогал организациям-разработчикам сложных систем в кратчайшие сроки освоить и наладить производство новых образцов ракетно-космической техники. Так ПО «Киевский радиозавод» сотрудничало с КБ «Южное», «Хартроном», Свердловским НИИ автоматики, НИИ точных приборов, центральным КБ машиностроения, московским Научно-производственным объединением «Элас».

На ПО «Киевский радиозавод» происходило освоение и внедрение в серийное производство систем управления для целого ряда ракетно-космических комплексов, начиная с ракеты Р-12 и заканчивая самой совершенной стратегической ракетой Р-36М2 («Сатана»).

В 1966 году ПО «Киевский радиозавод» приступил к выпуску уникального комплекса бортовой аппаратуры «Игла», предназначенной для поиска, взаимного ориентирования, сближения и стыковки космических объектов. Именно эта аппаратура обеспечила первую в мире автоматическую стыковку беспилотных и пилотированных космических кораблей, а также их стыковку с орбитальными станциями. В 1985 году на смену аппаратуре «Игла» пришла более современная высоконадежная аппаратура «Курс».

В 80-е годы на объединении «Киевский радиозавод» были изготовлены экспериментальные и штатные комплекты системы управления сверхтяжелой ракеты-носителя «Энергия». Благодаря этим разработкам в 1987 году был успешно запущен ракетоноситель «Энергия» с космическим кораблем «Скиф», а год спустя и с космическим кораблем «Буран», который и по сей день является одним из двух реализованных в мире орбитальных кораблей Многоразовой транспортной космической системы. В 1988 году он совершил свой первый (и, к сожалению, единственный) беспилотный полет.

К началу 80-х годов  ПО «Киевский радиозавод» параллельно с “Хартроном” вел освоение нескольких уникальных комплексов: системы управления ракеты «Сатана», аппаратуры стыковки «Курс» и бортового вычислительного комплекса «Салют 5Б» для станции «Мир», ряда блоков системы управления ракеты-носителя «Энергия», системы управления ракетного комплекса морского базирования, а также навигационной системы для железнодорожного ракетного комплекса.

Системы управления, которые осваивал и серийно выпускал ПО «Киевский радиозавод», разрабатывались в НПО «Хартрон» и поставлялись Южному машиностроительному заводу. Сотрудничество этих предприятий с КБ «Южное» привело к созданию в Украине одного из самых мощных центров ракетно-космической отрасли в СССР.

#photodescription13-1

#photodescription13-2

#photodescription13-3

#photodescription13-4

#photodescription13-5

#photodescription13-6

#photodescription13-7