4.6 Внутренний интерфейс
4.6 Внутренний интерфейс
Мне никогда не приходилось присутствовать на операции по трансплантации органов на живом организме. Такая операция должна производить большое эмоциональное впечатление. Но не только это, она должна быть очень интересна с инженерной точки зрения. Действительно, ведь так много трубок, нитей и проводников связывают любой действующий орган с другими подсистемами. Конструктор может очень много узнать, почерпнуть из всех тех хитросплетений, которые связывают, например, живое сердце или почку с остальной частью человеческого тела.
Функционально и конструктивно активная техническая система может напоминать, как я думаю, такую же картину, если ее вырвать из космического корабля или, скажем, из самолета: на виду окажутся почти такие же электрические и гидравлические связи, элементы и узлы, нервные окончания и датчики. К тому же, конструируя системы для космических аппаратов, мы копируем то, что создала природа–мать, анимируя то, что должно двигаться, маневрировать, стыковаться. Мне довелось внести свой вклад в эволюцию «инженерной природы». Однако до 90–х годов мне никогда не приходилось трансплантировать нашу действующую живую систему в состав другого, не нашего корабля.
Когда мы работали над созданием системы стыковки для «Союза» и «Аполлона», обе команды конструкторов, советская и американская, решали три основные задачи. Во–первых, они конструировали андрогинный периферийный стыковочный агрегат — АПАС. Во–вторых, они обеспечивали стыкуемость, совместимость этих агрегатов между собой. И, наконец, каждая команда самостоятельно заботилась о том, чтобы обеспечить внутренний интерфейс каждого АПАСа со своим кораблем. Вот почему за все внутренние связи, механические, электрические и логические, ответственными оставались обе команды, и каждая из них отвечала лишь за свою часть, за интеграцию каждой системы на собственном корабле, за свой внутренний интерфейс.
В отличие от ЭПАСа наша задача в проекте «Мир» — «Шаттл» стала одновременно и более простой, и более сложной; проще — потому что внешний интерфейс теперь обеспечивался одной и той же командой, нашей командой. Фактически, поставляя АПАС-89 на Спейс Шаттл, мы сразу решили проблему совместимости. Этот андрогинный стыковочный агрегат был задуман и сконструирован совместимым с себе подобным, с самим собой. В этом заключалась одна из основополагающих идей андрогинных конструкций.
Однако наша новая задача стала одновременно более сложной, потому что совместной российско–американской команде предстояло интегрировать систему стыковки в Спейс Шаттл. Таким образом, мы вместе стали ответственными за внутренний интерфейс. Фактически, обеим командам экспертов, российским и американским инженерам предстояло совместно выполнить эту непростую работу. Сначала требовалось принципиально увязать все внутренние связи, затем сконструировать и выпустить детальные чертежи, а потом экспериментально подтвердить совместимость этого внутреннего интерфейса, испытать систему на всех этапах работ. В заключение предстояло подготовить и проверить летный корабль, американский «Спейс Шаттл», перед запуском в космос и, в конце концов, состыковаться на орбите. Эта задача стала уникальной, беспрецедентной.
К разработке авионики и другой аппаратуры системы стыковки приступили две бригады специалистов — российская, во главе с Б. Вакулиным и американская, под руководством Л. Крюгера, доведя эту работу до конца, до полета. Стыковки «Спейс Шаттлов» с нашим орбитальным «Миром» останутся Борису настоящим памятником.
Новая задача для обеих команд осложнилась сразу несколькими обстоятельствами. Прежде всего, несмотря на то, что российская и американская космическая техника имела много общего, подход к созданию систем различался в ряде общих принципов и во многих существенных деталях. Так, наша система обычно имела несколько контуров управления: автоматический, с пульта пилота из кабины космонавтов, и дистанционный — с Земли, по командной радиолинии (КРЛ). Американцы, как правило, не использовали КРЛ для управления отдельными системами. Такое отличие диктовало, в свою очередь, различное построение системы. Наше управление традиционно базировалось на централизованной обработке и передаче команд, эту роль играла так называемая система управления бортовой автоматикой (СУБА), которая, в свою очередь, работала совместно с СЭП (системой электропитания), с КРЛ, бортовой вычислительной машиной, центральным пультом управления и контроля и другими подсистемами. В соответствии с американским подходом, для Спейс Шаттла требовалось обеспечить более автономное управление стыковкой.
Отличия не ограничивались только общими принципами и структурой. Существенное различие заключалось в том, что электрические цепи Спейс Шаттла, так же как и большинства самолетов и всех знакомых автомобилей, строились по однопроводной схеме с так называемым общим минусом, соединенным на корпус. Все наши ракетно–космические электросхемы были традиционно двухпроводными, минусовые провода, изолированные от корпуса, прокладывали по всему кораблю параллельно с плюсовыми. Мне еще придется касаться достоинств и недостатков обоих подходов. Можно сказать, нам еще повезло в том, что электрическое напряжение основного источника питания на орбите укладывалось в наш диапазон.
Эти существенные электрические детали заставили нас приспосабливаться к американскому космическому кораблю в целом. Хотя интеграция стыковочной системы на первый взгляд не требовала существенных переделок аппаратуры, разглядеть все тонкости общего построения удалось не сразу, на всех последующих этапах мы наталкивались на подводные камни и устраняли потенциальные опасности. Дополнительная сложность заключалась в том, что космическая техника традиционно использовала дублированные и троированные схемы, рассчитанные на сохранение работоспособности всех систем, каналов управления при отказе отдельных элементов, и даже узлов.
В целом система стыковки для Спейс Шаттла оказалась для нас первой по–настоящему автономной системой. У нас появился собственный бортовой пульт управления и контроля, а не часть «управляющего и сигнального поля», как это сделано, например, на корабле «Союз». Кстати, такое построение облегчило нам отработку: удалось собрать систему, привязать и испытывать ее целиком у себя в лаборатории. Об этом этапе работ рассказано дальше в этой главе.
Несмотря на большую автономию, у системы стыковки появились многочисленные связи с другой электрической и электронной аппаратурой Спейс Шаттла. Наши приборы, привода и датчики требовали электрического питания, и это нужно было спроектировать заново. Каждой системе космического аппарата необходим дистанционный контроль в полете и при испытаниях на Земле. Как у нас, так и у американцев, эту задачу в целом решает целый технический комплекс. Он состоит из бортовой, корабельной части, наземной части, разбросанной по всему миру, и систем связи.
Надо сказать, что космический корабль Спейс Шаттл не является в этом смысле исключением, электропитание — это те же два провода, заканчивающиеся простой розеткой. Распределение электричества между потребителями выливается в непростую подсистему, включающую подвод «питания» к каждому жизненно важному элементу отдельными приводами, имеющими свою индивидуальную защиту. Такие цепи обычно дублированы с таким расчетом, чтобы при отказе любого элемента все важные функции выполнялись. Более того, отработка сигналов от датчиков, генерирование и передача команд, так называемая авионика системы, построена по трехканальному принципу, она, как говорят, — троирована. Каждый такой канал имеет свой питающий провод, самостоятельную шину. Канальность системы, точнее, ее трехканальность, — важная особенность электрической архитектуры. Эта особенность — не только внутренняя морфология, она проявляется в методике управления и в самих органах, которыми управляет астронавт в космосе или оператор при испытаниях на Земле. На пульте, не только по управляющим тумблерам с нанесенными на них обозначениями каналов А, В и С, но и по трехрядным группам световодов и светящихся транспарантов, можно разглядеть конфигурацию, построение системы стыковки: трехканальные командные цепи и сдвоенная цепь управления дублированными приводами. Лицевая, как ее обычно называют, панель пульта — это, можно сказать, лицо всей системы, отражающее всю ее архитектуру.
Электрическая архитектура, структура системы, в свою очередь, диктовали методы наземных испытаний. Они составлены так, чтобы проверить не только работоспособность в целом. Предусмотрена раздельная проверка каждого из 3–х управляющих каналов и каждого из дублирующих приводов и механизмов.
Так же как на российских кораблях, контроль работы всей аппаратуры и состояния корабля производится при помощи целого информационного комплекса, включающего датчики, средства преобразования и обработки информации. На Спейс Шаттле используется современная аналогово–цифровая система, которая дает информацию астронавтам на экране бортового монитора, расположенного сбоку, рядом с остальными органами управления и контроля. На Землю по радиоканалу связи она передается в Хьюстон на разветвленные наземные средства, предстает перед наземными операторами на том же птичьем языке, понятном лишь подготовленным операторам. Такой подход способствует лучшему взаимопониманию между Землей и космосом.
Очень похожую систему мы проектировали около десяти лет назад для советского «Бурана». Космонавты так и не увидели на орбите зашифрованной нами информации, зато опыт, полученный при отечественной разработке, пригодился нам при работе над системой для Спейс Шаттла. Наши телеметристы, во главе с А. Пуляткиным, разработали и согласовали все внутренние и внешние интерфейсы: со специалистами фирмы «Роквелл» — с одной стороны, и со своими смежниками, радиоэлектронщиками из Института «Радиоприбор», нашего традиционного смежника, с другой.
Для электронных мозгов нашей системы нашли подходящее место в «подполье», под полом внутри внешнего шлюза, в верхней части которого расположили АПАС-89. Не ахти какое почетное место выбрали, возможно, потому, что уровень нашей электротехники оказался, я бы сказал, почти доисторическим, в ней использовались электромагнитные реле. Зато этот уровень электротехники соответствовал задаче, которую она решала, а это, наверное, было самым главным. Надо отметить, что наших американских коллег это не удивило. Они сами нередко использовали подобную элементную базу, если она позволяла упрощать разработку и экономить время. Микроэлектроника — более тонкая во многих отношениях — обычно доставляет больше хлопот и требует продолжительного времени на отладку и испытания.
После самого АПАСа, пульта управления стыковкой, авионики, важнейшую роль, как всегда, играли электрические кабели. Их набралось в общей сложности около сотни. Кабели в системах космических кораблей и станций, как правило, играли очень важную роль. Так было всегда. В совместном проекте их разработка, изготовление и увязка заняли массу сил и времени у нас, у американских коллег, у конструкторов и производственников разного направления. Как известно, кабели на концах имеют электрические разъемы–соединители, при помощи которых он присоединяется к приборам и другим элементам системы. В этой части пришлось также решать проблему совместимости. Сложность заключалась в том, что около половины кабелей требовалось сделать так, чтобы на одном их конце были разъемы российского типа, а на другом — американского. Их так и назвали: российско–американские кабели. Технология, процедура изготовления этих кабелей стала по–настоящему интернациональной. Технологическая цепочка начиналась на нашем заводе, в Подлипках. Затем, кабельные полуфабрикаты переправлялись через океан. Там, в Лос–Анджелесе, уже по американской технологии, они превращались в готовую продукцию.
Соединив все приборы, АПАС и пульт управления в единое целое, кабельные связи превращали эти разрозненные элементы в действующую систему, готовую к стыковке на орбите.
Я должен закончить тем, с чего начал.
Система стыковки — это почти живая, активно действующая система. В целом она включает в себя много разных элементов, присущих этому почти живому организму. Он состоит из датчиков, этих почти нервных окончаний, приводов и механизмов — настоящих мускулов, целых кабельных жгутов — нервных стволов и кровеносных сосудов, несущей основы — скелета и оболочки, наконец, из авионики — электронного спинного мозга системы.
Если отсоединить, препарировать стыковочный агрегат АПАС и начать вытаскивать его из корабля, за ним потянутся кабели, затем появятся пристыкованные к ним приборы, затем снова потянутся многометровые кабельные стволы, на другом конце которых повиснут пульт управления и другие «органы», и даже оборванные хвосты от остальных систем большого организма космического корабля.
Нам предстояло трансплантировать российскую систему стыковки со всеми ее составными частями и присущими ей особенностями в чужеродный, до сих пор не известный нам, заморский Спейс Шаттл, его Орбитер, который отличался от наших кораблей, потому что имел других родителей. Они замыслили, зачали его, как и мы, со своей философией в голове, вложив в него, можно сказать, отличный от нашего генетический код. В то же время современная техника, как сам род человеческий, создавший эти космические корабли, оказалась все же достаточно близкой и пригодной к тому, чтобы обеспечить не только внешнюю, но и внутреннюю совместимость. Образно говоря, отторгаемость инородных включений при трансплантации почти живых органов преодолевалась хирургическими вмешательствами. Это потребовало от электромеханических инженеров — «хирургов» — дополнительных усилий, высокой квалификации и профессионализма, чтобы сделать их совместимыми, заставить работать, выполнять все заданные функции. В конце концов, Спейс Шаттл с нашим АПАСом сначала заработал на Земле, а еще через пару лет стыковался на орбите с себе подобными аппаратами андрогинными почти мифическим способом.
Стыковка — это всегда сотрудничество.