БЦВС МТКС «Буран»

БЦВС МТКС «Буран»

После прекращения в НПО «Энергия» работ по созданию БЦВМ и ИВК «Салют-4», что тяжело было воспринято в коллективах, создававших и отстаивающих это направление космической цифровой техники, творческая энергия и инженерная мысль этих коллективов, наряду с обеспечением работ по системе «Дельта», стала переключаться на работы по новому большому проекту — созданию многоразовой транспортной космической системы (МТКС), по которой правительством страны головным предприятием было определено НПО «Энергия» во главе с генеральным конструктором академиком В.П.Глушко.

Система управления МТКС представляла собой сложнейший комплекс управления, состоящий из двух взаимосвязанных систем: системы управления ракеты-носителя «Энергия» и системы управления орбитального корабля «Буран».

На первом этапе решался вопрос о выборе головных исполнителей работ по этим системам управления. В результате непростых обсуждений было принято решение о привлечении к разработке систем управления двух ведущих предприятий страны ракетно-космического профиля: НИИАП главного конструктора Н.А.Пилюгина и НПО «Электроприбор» главного конструктора В.Г.Сергеева. К сожалению, решение о подключении НПО «Электроприбор» было принято с большим опозданием, что сказалось и на общем сроке реализации проекта.

НИИАП был определен как головной разработчик системы управления орбитального корабля, а НПО «Электроприбор» — как головной разработчик системы управления ракеты-носителя.

У обоих предприятий уже был опыт создания систем управления на базе применения БЦВМ. Причем к этому времени они не только имели сильные коллективы разработчиков цифровых систем управления, но и создали мощную производственную базу для собственной разработки приборов управления, включая и БЦВМ. Ранее я рассказал о событиях, связанных с разработкой системы управления баллистической ракеты на базе собственной БЦВМ в НПО «Электроприбор».

Разработка планера и ряда систем традиционно авиационного профиля была возложена на специально созданное новое предприятие — НПО «Молния» под руководством генерального конструктора Г.Е.Лозино-Лозинского. Это предприятие входило в Минавиапром, что вначале, при проектировании корабля, приводило к некоторым межведомственным проблемам организационного и даже технического порядка. Например, системы электротропитания в авиационной технике и на космических аппаратах строились на разных принципах, протоколы информационного обмена данными между вычислительными средствами и прочей бортовой аппаратурой тоже были разные. Различными были подходы к проектированию, этапности выполнения работ. Существенно различались и нормативные отраслевые документы.

Вышеупомянутое и, главное, отсутствие четкой организации и распределение границ ответственности между ведомствами привело к затягиванию работ на проектном этапе. Несмотря на то, что постановление правительства по созданию МТКС вышло в феврале 1976 года, работы по системе управления орбитального корабля и ракеты-но сите ля в НПО «Энергия», как в головном, так и в смежных предприятиях к 1978 году по-настоящему развернуты не были.

В НПО «Энергия» отсутствовали необходимые структуры для организации работ по МТКС. Квалифицированные и опытные кадры были заняты работами по орбитальным станциям «Салют», транспортным кораблям «Прогресс», «Союз» и новыми пилотируемыми транспортными кораблями 11Ф732 с системой управления на БЦВМ «Аргон-16».

Начались непростые процессы формообразования новых и деления старых коллективов, поиски руководителей и окончательного выбора смежников.

Ситуация осложнялась и тем, что главный конструктор орбитальных станций Ю.П.Семенов к работам по МТКС вначале привлечен не был, а большинство управленцев Б.Е.Чертока работали на тематику Ю.П.Семенова.

Хотя Б.Е.Черток на первом этапе проекта МТКС и не проявлял активности в организации работ по системе управления МТКС, полагая, что он уже довольно стар для участия в такой многолетней работе, и не раз повторяя фразу «это уж вы без меня будете делать», но, тем не менее, под давлением обстоятельств и генерального конструктора В.П.Глушко, который, кстати, был его существенно старше, отношение к этим работам Борису Евсеевичу пришлось изменить.

Создавалась довольно критическая ситуация. Проблемами с системами управления МТКС был озабочен генеральный конструктор В.П.Глушко, который вопросам управления стал уделять самое пристальное внимание, указывая Б.Е.Чертоку и другим руководителям на самое тщательное внимание даже к такому вопросу, как выбор бортовых ЦВМ систем управления. Причем разгорались споры и обсуждения не только по центральной БЦВМ, но и по вопросу создания вычислительных средств для автономных систем орбитального корабля, поскольку руководство НПО «Молния» отстаивало такую позицию, что все вычислительные средства корабля должны делать или быть ответственными за них предприятия Минобщемаша.

Вопрос выбора БЦВМ вышел даже на уровень заместителя министра Минобщемаша О.Д.Бакланова. На одном из совещаний в октябре 1978 года у него было принято решение, один из пунктов которого был сформулирован так:

«п. 9. Поручить выбор ЭВМ и структуры периферийного вычислительного комплекса для автономных систем разработчикам автономных систем совместно с НИИАП, НПО «Энергия» и НПО «Молния».

Надо сказать, что в такой постановке это решение выполнено не было.

В июне 1979 года было принято решение о подключении НПО «Электроприбор» к разработке системы управления ракеты «Энергия». Первый заместитель генерального конструктора, главный конструктор орбитального корабля И.Н.Садовский стал также интенсивно разбираться в вопросах организации работ по системе управления «Бурана» в кусте Б.Е.Чертока, считая, что необходимо организовать подразделения, которые бы целиком занимались только вопросами МТКС.

Вскоре был образован специальный комплекс под руководством В.П.Хорунова, в функции которого входили только вопросы управления МТКС. В качестве «верхнего» руководителя этих работ генеральным конструктором и партийными инстанциями был утвержден О.И.Бабков.

В соответствии с проектом орбитальный корабль «Буран» — это пилотируемый многофункциональный космический корабль с экипажем до шести человек.

Практический опыт создания в нашей стране пилотируемых космических аппаратов был у НПО «Энергия» и в КБ генерального конструктора В.Н.Челомея. Однако значительно больший опыт эксплуатации пилотируемых космических аппаратов был у НПО «Энергия», в том числе в теории и практике построения космических бортовых человеко-машинных систем на базе БЦВМ.

Поэтому естественно, что руководителям из подразделений, которые создавали системы автономной навигации на базе БЦВМ «Салют» на орбитальных станциях, было предложено лично и с коллективами подключиться к созданию цифровых систем управления и контроля нового орбитального корабля.

Они должны были взять на себя функции головных по системе управления движением, системе отображения информации и органам ручного управления, системе диагностики и обеспечить аппаратно-программную реализацию этих систем в смежных предприятиях.

По проектному замыслу, система управления орбитального корабля должна была представлять собой человеко-машинный комплекс, построение которого должно было базироваться на широком применении БЦВМ. У нас к этому времени уже были данные о том, что собой представляла вычислительная система (data management system) американского многоразового корабля Space Shuttle.

Что-то подобное, и не хуже, должно было быть и у нас. Именно так ставил вопрос генеральный конструктор В.П.Глушко, как я уже упоминал, уделявший построению системы управления «Бурана», в том числе и выбору БЦВМ, большое внимание. Он был инициатором созыва у себя многочисленных совещаний по системе управления и выбора БЦВМ. Как правило, на эти совещания приглашали главного конструктора НИИАП Н.А.Пилюгина и его заместителей.

Вопросы управления ракетой «Энергия» после подключения предприятия В.Г.Сергеева решались проще и скорее, потому что основные задачи они взяли целиком на себя. И с БЦВМ вопрос для них практически был решен — они уже имели проверенную на боевой ракете БЦВМ М4, на основе модернизации которой и создавали вычислительную систему ракеты «Энергия». Кроме того, на предприятии уже была отлажена и действовала новая технология отработки программноматематического обеспечения, включающая так называемый электронный пуск, при котором на специальном комплексе, включающем наземную ЭВМ и штатные блоки системы управления ракетой, моделировался полет ракеты и реакция системы управления на воздействие основных возмущающих факторов.

В.П.Глушко все время подчеркивал, что сам факт нашего более позднего начала работ, по сравнению с работами по американскому кораблю (например, испытания макета БЦВМ американцы начали уже в 1973 году), должен быть использован для учета их опыта и улучшения характеристик наших систем.

Подключившись к работам по «Бурану» в феврале 1978 года, в начале 1979 года я практически ушел на эту тему полностью с частью лаборатории, значительно пополнившейся новыми молодыми силами «бурановского» набора.

После довольно продолжительного периода обсуждения вопросов о выборе головного разработчика и типе БЦВМ в системе управления орбитального корабля руководители НИИАП выступили с предложением о самостоятельной разработке новой универсальной БЦВМ для системы управления «Бурана». Причем они брались за создание и центральной, и периферийной цифровых систем. Опыт разработки собственной БЦВМ С-530 для лунного орбитального корабля проекта Л3 у них уже имелся.

Альтернативными предложениями выбора БЦВМ рассматривались: БЦВМ «Салют-4» НПО «ЭЛАС», ее модификация «Салют-6» и БЦВМ разработки харьковского НПО «Электроприбор».

В конечном счете, было принято предложение НИИАП. Создаваемая БЦВМ получила название «Бисер-4», на базе которой создавался надежный многомашинный вычислительный комплекс, состоящий из центральной и периферийной вычислительных систем, программно-временного устройства, системы единого времени, накопителя на магнитной ленте и ряда устройств связи с абонентами. Вычислительный комплекс практически не уступал по возможностям американскому аналогу. Естественно, вся микроэлектронная база вычислительного комплекса была отечественная.

Продолжительное время обсуждалась концепция построения централизованной системы отображения информации и органов ручного управления (СОИ-ОУ). Фактически на этом корабле впервые тесно встретились два подхода и две технические реализации этой системы: авиационный подход, в основе которого лежали уже отработанные в отечественной авиации решения на основе применения в основном аналоговой техники в комбинации с новыми цифровыми приборами и подход нашего предприятия с космической кооперацией, в основе которого предлагались решения, основанные на широком использовании цифровой вычислительной техники, интегрированные с бортовой телевизионной системой.

Трудности представляло и объективное распределение границ ответственности двух мощных министерств — Минавиапрома и Минобщемаша. В конечном итоге в феврале 1981 года было утверждено Генеральными конструкторами и согласовано командирами ответственных войсковых частей и руководителями военных приемок основных предприятий «Решение о порядке разработки документации по СОИ-ОУ изделия 11Ф35». В том же году было разработано и утверждено главными конструкторами НПО «Молния» (Г.П.Дементьев), СОКБ ЛИИ (С.А.Бородин), заместителями генерального конструктора НПО «Энергия» (Б.Е.Черток, А.С.Елисеев) и заместителем главного конструктора НИИАП (Ю.Х.Исмаилов) «Распределение работ по разработке математического обеспечения СОИ-ОУ изделия 11Ф35, штатный вариант, кроме участка посадки (Н<20)».

Но среди ракетно-космических предприятий тоже непросто находили согласованные технические решения. Специалисты НИИАП до мозга костей были «автоматчики» и практически никогда не влезали в контур управления с человеком (ручной контур), а опыт НПО «Энергия» охватывал и проблемы, связанные с ручным управлением, представлением информации экипажу для принятия решений и включения его в управление. Поэтому двум коллективам (НПО «Энергия» и НИИАП) с участием НПО «Молния» пришлось пройти довольно длительную притирку для создания если не оптимального, то рационально организованного комплекса управления, охватывающего и автоматический, и ручной контуры. В мае 1982 года были выпущены документы: «Основные принципы командно-программного управления с участием оператора на изделии 11Ф35» и «Протокол по вопросу согласования диалогового взаимодействия оператора с вычислительной системой изделия 35», утвержденные руководством НПО «Энергия» и НИИАП. В создании этих документов принимали активное участие космонавты А.С.Елисеев, В.Н.Кубасов, В.В. Аксенов.

НПО «Энергия», наряду с ролью головного по кораблю «Буран», отвечало за разработку алгоритмов управления систем корабля на орбитальных участках, сопровождало вопросы спуска и посадки корабля, было головным по созданию наземного вычислительного стенда по программированию и отработке кадров индикации для представления информации экипажу на орбитальных участках полета корабля (в дальнейшем комплекс был расширен для отработки кадров индикации на всех участках полета), отображаемых на восьми электронно-лучевых дисплеях (видеоконтрольных устройствах) с помощью специализированных БЦВМ, созданных для работы в системе отображения и ручного управления орбитального корабля по данным, поступающим от вычислительного комплекса корабля.

Разработку специализированных БЦВМ выполняли Ленинградское НПО «Электроавтоматика» (система «Адонис») и СОКБ ЛИИ (г.Жуковский, система «Диск»), Первый беспилотный корабль был укомплектован рабочими местами операторов с основными средствами отображения информации и ручного управления, которые проходили на ТК испытания наряду с другими автоматическими системами.

С 1982 года к работам по «Бурану» сначала частично, а позже, после прекращения работы системы «Дельта» на станции «Салют-7», почти полностью подключились коллективы Э.Гаушуса, В.Шарова, К.Чернышева, обеспечившие активное сопровождение разработки математического обеспечения системы управления корабля.

Высококвалифицированная и самоотверженная работа сотрудников нашей лаборатории В.А.Яковлева, В.Ф.Волошина, А.Н.Микляева, З.Г.Вартановой, Н.Н.Мираковой, Н.И.Тетина, Н.В.Сгибневой, О.А.Пучковой, С.Н.Шишкарева, А.Н.Долгова совместно со специалистами смежных предприятий СОКБ ЛИИ (руководитель работ — Ю.А.Тяпченко), НПО «Молния» (руководитель работ — А.Г.Каримов) и НИИАП (руководитель работ Б.Г.Лукьянов) позволили создать надежные бортовые аппаратно-программные средства системы отображения информации и ручного управления, по ряду характеристик превосходящие тогда аналогичные средства американского многоразового корабля.

Кроме того, на созданном в нашей лаборатории автоматизированном стенде на базе ЭВМ-1420, сопряженной с бортовыми специализированными ЦВМ «Адонис», «Диск» и с имитаторами бортовых видеоконтрольных устройств, было запрограммировано и отлажено более 150 кадров отображения информации для участков выведения и орбитального полета, привязанных к рабочим местам членов экипажа: командира, бортинженера, специалиста по полезным грузам с бортовым манипулятором, командира на орбитальном участке при проведении маневров сближения и стыковки с кооперируемым объектом.

Автоматизация программирования кадров индикации с получением выходного описания кадров на языке внутреннего представления данных (ЯВОД) обеспечивалась специально разработанной системой автоматизации программирования «ПРИЗ», которая была создана совместно со специалистами СОКБ ЛИИ под руководством и при участии Б.М.Конорева, Е.И.Бондарева, Ю.Б.Смеркиса, Л.И.Ягодкиной.

На упомянутом стенде в технологии создания кадров индикации использовалась еще одна САПР под условным названием «ДИСКАД» на базе ПЭВМ типа IBM PC ХТ/АТ, которая позволяла:

— описать статику и динамику кадра на своем входном языке;

— распечатать на принтере ПЭВМ рисунок кадра;

— преобразовать описание кадра из входного языка в язык САПР «ПРИЗ», включая формирование таблицы динамических параметров;

— на гибком магнитном диске перенести на стенд ЭУ-714-151 кадр на языке ЯОК и данные таблицы динамических параметров для записи в память САПР «ПРИЗ».

По соглашению с НПО «Молния» и НПО AЛ (так в 1990 году стал называться НИИАП) на нашем стенде специалистами НПО «Молния» из отдела А.Г.Каримова были отлажены многие кадры индикации, отображаемые на разных участках работы корабля по системам разработки НПО «Молния».

15 ноября 1988 года корабль «Буран» совершил свой триумфальный полет с блестящей автоматической посадкой.

Вся бортовая вычислительная техника и программное обеспечение отработали без замечаний на всех участках полета, обеспечив в автоматическом режиме проведение сложнейших маневров на спуске и посадку в «точку».

Параллельно велась подготовка следующего корабля «Буран» под номером 1К2, уже в пилотируемом варианте.

И тут мы столкнулись с нехваткой ресурсов бортовых вычислительных средств для полноценного информационного обеспечения экипажа корабля, особенно на орбитальном участке работы.

Для экономии вычислительных ресурсов пришлось даже пойти на отключение некоторых приборов (электронно-механического навигационного планшета 17Ш111 для отображения подстилающей поверхности Земли и зон измерительных пунктов по рулонным картам, отображения неба по картам звездного неба и т.п.), широкоформатного печатающего устройства «Рассвет», сокращать до минимума и упрощать дисплейные кадры индикации и текстовые рекомендации экипажу по выходу из нештатных ситуаций.

А учитывая то, что на последующих пилотируемых кораблях функции экипажа существенно расширялись, все эти «обрезания» вели к снижению возможностей корабля «Буран».

В связи с этим в НПО «Энергия» (отделение В.П.Хорунова), как ответственном за ручное управление на орбитальном участке полета, совместно с проектным отделением и отделением подготовки экипажей был рассмотрен ряд вариантов, обеспечивающих выход из проблемы дефицита ресурсов памяти и производительности бортовых вычислительных средств.

Предложения по этому вопросу были представлены главному конструктору Ю.П.Семенову за подписью В.П.Хорунова и моей. Предлагалось решить проблему дефицита памяти и производительности за счет установки на борт персональной ЭВМ типа Laptop и модернизации шестого рабочего места (РМ6), предназначенного для управления полезными грузами, выводимыми орбитальном корабле.

Установка такого мощного программно-аппаратного средства как ПЭВМ Laptop (правда, американского производства, но доработанного под наши требования), снимала проблему нехватки ресурсов бортового вычислительного комплекса для пилотируемых кораблей на орбитальном участке, для системы отображения информации и ручного управления, в том числе для участков сближения и стыковки с кооперируемыми объектами.

Это решение на новом качественном уровне позволяло решить задачу отображения экипажу картографической информации подстилающей поверхности заменой электромеханического навигационного планшета на «Планшет навигационный электронный», который позволял на борту реализовывать задачи пространственной ориентировки относительно земной поверхности, астроориентации, осуществления визуальных наблюдений и оперативного информационного обслуживания экипажа при «привязке» к местоположению объекта при совместной его работе с бортовым вычислительным комплексом и оптическим средством наблюдения визуальной обстановки.

Предложение было проработано по приборному составу, компоновке на борту орбитального корабля, электрическим связям, программному обеспечению и интеграции с вычислительным комплексом управления, а также в части организации и распределения работ в НПО «Энергия» и в смежных предприятиях, в том числе обеспечения их финансирования.

При реализации предложения получался выигрыш в массе бортовых приборов около 20 кг и в электрической мощности около 60 Вт. Финансовые затраты в валюте (около 70 тыс. долл.) компенсировались экономией (800 тыс. руб.), которая получалась за счет свертывания некоторых работ с нашими смежниками.

По поручению Ю.П.Семенова предложение рассмотрел (с посещением отдела и комплексного стенда системы отображения информации в нашей лаборатории) и в целом одобрил первый заместитель главного конструктора Н.И.Зеленщиков и дал указания ряду руководителей.

Выдача упомянутого предложения, его обсуждение и одобрение руководством относятся к июлю 1991 года. Его реализация планировалась на пилотируемом корабле 1К2 через год, в 1992 г.

Однако известные политические катаклизмы в стране в августе 1991 года и последующие новые концепции развития страны сломали не только планы реализации этого предложения («эка мелочь»), но фактически, как ни печально, поставили крест на всей национальной космической программе по созданию МТКС «Энергия-Буран», привели к разрушению производственной кооперации и физическому уничтожению всего «бурановского» задела.

После «Бурана»:

Станция «МИР-2». Угольный комбайн

С печальным окончанием проекта «Буран», а ему было отдано почти 15 лет напряженного труда, трудно было уйти от активной работы по космическим вычислительным системам. Я бы сказал, действовала инерция опыта, которую хотелось направить в правильное русло и использовать с пользой. Сформировавшиеся молодые коллективы проектантов систем управления, отображения информации и диагностики, разработчики логики и программно-математического обеспечения БВС «Бурана» с фактическим закрытием работ по МТКС «Энергия-Буран» (формального закрытия нет и поныне) остались не у дел. И это коснулось всего предприятия. На конец 1991 года распределение занятости сотрудников НПО «Энергия» по основным темам находилось в таком соотношении:

Видно, что почти половина огромного коллектива НПО «Энергия» работала на МТКС. Казалось бы естественным, что после фактического прекращения работ по этой теме первым делом руководства было бы подключение освободившихся коллективов, а также поиск путей наиболее эффективного использования «бурановского» задела. Первое время в НПО «Энергия» в кооперации с основными разработчиками МТКС делались попытки реализовать «бурановский» задел в новых, более дешевых проектах, одним из которых был проект под названием «Малый Буран», или «Буран-М», представлявший собой значительно упрощенный транспортный корабль, выведение которого предполагалось осуществлять не ракетой «Энергия». Однако достойного продолжения эти работы не нашли, так же как и некоторые другие.

В такой ситуации руководство нашего приборно-управленческого куста практически ничего не сделало, чтобы осуществить организованное подключение высвободившихся коллективов к работам по другим темам, а посему начала происходить интенсивная эрозия этих коллективов. Специалисты стали устраиваться по принципу — кто как может. Многим помогла устроиться базирующаяся на территории НПО «Энергия» коммерческая организация «Газком», являвшаяся дочерним предприятием Газпрома. Наверное, это для многих стало лучшим выходом, учитывая, что зарплату опытным специалистам там давали в 2-3 раза выше, чему нас. Отдельные специалисты перешли в отделы, занимавшиеся системой управления новой орбитальной станцией «Мир-2», многие вообще ушли с предприятия, в основном в коммерческие структуры, никак не связанные ни с управлением, ни с космической тематикой, т.е. стали частичками нарождающегося «дикого капитализма».

Надо сказать, что техническая структура и организация вычислительного комплекса «Бурана» существенно превосходила многомашинный и многоязычный конгломерат вычислительных средств летающей станции «Мир», а централизованная система отображения информации «Бурана», совмещенная с телевизионной системой, превышала по своим характеристикам и систему отображения информации корабля Space Shuttle. Поэтому на новой проектируемой орбитальной станции «Мир-2», которая должна была прийти на смену действующей станции «Мир», целесообразно было бы использовать этот «бурановский» опыт.

В связи с этим в инициативном порядке я подготовил ряд предложений по использованию в штатной системе управления некоторых технических решений из «бурановского» задела (введение электронного планшета, специализированных БЦВМ отображения информации, аппаратно-программных систем автоматизации программирования кадров индикации, интегрирования систем отображения информации с бортовой телевизионной системой и др.), с которыми вышел на руководителя работ по системе управления проектируемой станции «Мир-2» В.Н.Бранца. С ним и с его ведущими специалистами были проведены встречи и обсуждения этих предложений. Встречи не привели к конструктивным решениям по реализации предложений и нашему участию в этих работах. Никакой действенной работы по использованию и интеграции «бурановских» решений в проекте системы управления «Мир-2» не произошло. «Бурановские» коллективы (именно коллективы), оторвавшиеся от ДОСовской тематики, были для них теперь «инородными телами», впускать которые в сложившуюся организацию работ и в принимаемые технические решения не было ни желания, ни доброй воли. Этому способствовала и полная пассивность бывших руководителей работ по системе управления МТКС. После этого я стал искать другие пути внедрения в тематику «Мир-2».

Я познакомился с планами проведения различных экспериментов на станции «Мир-2» до 2000 года, среди которых было много экспериментов, связанных с наблюдением из космоса состояния земной поверхности, состояния атмосферы, оценки уровня загрязнения водных пространств и т.п., и подготовил предложения по организации на станции «Мир-2» целевого автоматизированного рабочего места оператора для экологического мониторинга Земли — ЦАРМ ЭМ.

Предложение было поддержано нашими проектантами, космонавтами, кураторами научной аппаратуры и ответственными сотрудниками Центра подготовки космонавтов. В таком рабочем месте оказались заинтересованы и военные, которые предлагали с его помощью решать и свои прикладные задачи. Однако дальнейшая проработка вопросов реализации ЦАРМ ЭМ показала, что при его интеграции с рабочими местами для решения других прикладных задач становится целесообразным расширение функций ЦАРМ ЭМ на другую научную и прикладную аппаратуру и создание единой системы управления, обработки данных и контроля функционирования прикладной и научной аппаратуры.

Это, наряду с улучшением массово-энергетических характеристик и снижением стоимости, сделает систему организационно прозрачной, с унифицированными информационными интерфейсами и программным обеспечением.

С этих позиций было подготовлено для представления генеральному конструктору Ю.П. Семенову «Положение по разработке бортовой системы управления, обработки данных и контроля функционирования прикладной и научной аппаратуры, устанавливаемой на орбитальном комплексе «Мир-2» (БСУ-ПАН)». В «Положении» были рассмотрены предпосылки создания такой системы, среди которых были такие основные аспекты, как:

— необходимость обеспечения эффективного участия экипажа станции в выполнении прикладных и научных задач с созданием стационарных рабочих мест операторов (СРМ) для централизованной координации работы и контроля функционирования всей прикладной и научной аппаратуры станции или свободнолетающих модулей, оснащенных современными вычислительными средствами и средствами отображения информации, а также целевых нестационарных мест (ЦРМ), организуемых по мере необходимости в различных отсеках базового блока или модулей;

— большое количество и сложность прикладной и научной аппаратуры, устанавливаемой на ОК «Мир-2», требующей, с одной стороны, автономности функционирования БСУ-ПАН, а с другой — обеспечения надежного взаимодействия с контуром управления служебной аппаратурой (СУБК) и контуром управления движением (СУД);

— предполагаемое международное сотрудничество в использовании возможностей орбитального комплекса с установкой зарубежной электронной аппаратуры, что потребует организации на борту комплекса унифицированных информационных сетей и интерфейсов, в том числе и по протоколам, не имеющих прямых российских аналогов;

— необходимость применения в БСУ-ПАН бортовых вычислительных средств и программного обеспечения, отвечающих современным требованиям и мировому уровню и являющихся базой для перспективного развития и расширения в процессе функционирования ОК с сохранением заложенных конструктивных основ;

— целесообразность использования БСУ-ПАН для реализации ряда важных задач в интересах ОК в целом. К таким задачам в первую очередь предлагалось отнести задачу автоматизированного управления и контроля СЭС, включающую большое количество подсистем и приборов, распределенных по всем отсекам и модулям ОК, наращиваемую в процессе многолетнего функционирования и с необходимостью оперативного оптимального расчета баланса энергии на борту ОК;

— совместимость бортовых технических и программных средств с наземными средствами испытательных комплексов обеспечивающих создание новой технологии испытаний систем и ОК в целом.

В «Положении» предлагалась архитектура и основные информационнологические связи системы, в том числе и распределенная трехуровневая организация вычислительных средств, похожая на ту, которая была на ОК «Буран», но с использованием новых вычислительных средств и перспективных информационных интерфейсов, таких как высокопроизводительная шина VME, последовательные RS-485, RS-422, помехоустойчивые опто-электрические связи, организации различных локальных вычислительных сетей.

Вычислительные средства системы предлагалось использовать отечественного производства, правда, с частичным использованием импортной элементной базы. Несмотря на развал электронной промышленности, ряд предприятий, в том числе и Зеленограда, готовы были сотрудничать с нами в этом проекте.

Таким образом, мы пытались работать в новых условиях. Однако резкое снижение государственного финансирования по космической тематике практически привело к прекращению работ по станции «Мир-2», несмотря на то что проект станции в 1992 году был уже разработан и впервые вбирал в себя лучшие отечественные достижения в построении орбитальных космических станций с учетом опыта, а также и просчетов, которые были допущены в предыдущих проектах (большей части по причине поспешности), в том числе и на станции «Мир».

В части вычислительных средств штатной системы управления на «Мире-2» ставка делалась на вычислительную систему «Салют-5Б» разработки НПО «ЭЛАС», которая уже работала на станции «Мир» и себя зарекомендовала неплохо.

Однако отсутствие средств толкало руководителей отрасли на принятие решений, которые шли вразрез с перспективными интересами страны. Работы по «Миру-2» были свернуты, и началась эпопея взаимодействия с американцами по созданию совместной международной космической станции. И главным теперь уже стали не наши национальные технические и политические интересы, а поиски за рубежом финансов на выживание пилотируемой космонавтики.

Формально проект «Мир-2» использовали при создании российского сегмента международной космической станции «Альфа», где основной финансовый вклад осуществляли американцы. Практически же российский базовый блок мало походил на проект «Мир-2». Предлагаемая нами БСУ-ПАН оказалась «слишком сложной и дорогой», а посему в российский базовый блок не попала. В части вычислительных средств в штатной системе управления на базовом блоке был совершен полный уход от отечественной техники в пользу импортных БЦВМ. Для нас же, «остатков бурановцев», закрытие работ по «Миру-2» означало новые поиски работ по тому же известному принципу — кто как может.

В 1992 году пришел призыв сверху — искать применение космического задела в земных условиях. А тем, кто не находил такого применения, был предложен к реализации лозунг: «Делайте что можете — мастерите, ремонтируйте, вяжите», короче, все, что найдете и что может принести какие-то денежки предприятию.

Действительно, кое-кто находил применение своим силам, дающие небольшой приварок к зарплате, но реального вклада предприятию практически не было.

В 1992 г. министерство распространило перечень работ по конверсии в интересах различных отраслей гражданской промышленности, в которых можно было бы использовать космические технологии, материалы, инженерный интеллект. Перечень был составлен по различным отраслям хозяйства.

Нашему начальнику отделения В.П.Хорунову приглянулись предложения в интересах топливно-энергетического комплекса, конкретно — в угольной промышленности. После ряда встреч с некоторыми начальниками этой отрасли, со специалистами отраслевого института угольной промышленности ЦНИИПодземмаш, мы договорились взять на себя работы по созданию «Комплекса дистанционного управления проходческого комбайна (КДУ)». Такой комбайн, работающий под землей в угольном разрезе, дистанционно управляемый с поверхности, был, как мы поняли, мечтой угольщиков. Человеческие потери в шахтах стали достигать очень внушительных цифр: в среднем на каждый миллион тонн добытого угля — одна человеческая жизнь. Надо сказать, что работа эта и по постановке, и по предполагаемой реализации, и по ответственности была очень серьезной и не уступала космическим разработкам.

Существенное отличие ее от нашей предыдущей космической деятельности состояло в том, что необходимо было разработать, провести испытания составных систем и выпустить комплект документации для серийного производства проходческих комбайнов на Пермском машиностроительном заводе. Как нас информировали, серийное производство комбайна (индекс его КП-25) должно было начаться с 1994 года, а уже к концу 1995 г. запланирован выпуск около 100 штук.

Руководителем проекта стал В.П.Хорунов. Меня назначили техническим руководителем работ по всему комплексу дистанционного управления проходческого комбайна. Техническое руководство со стороны ЦНИИПодземмаш осуществляли Е.Я.Уманский, Г.А.Борисов, А.Э.Макаренко. В ноябре 1992 года было утверждено ТЗ на комплекс дистанционного управления проходческого комбайна (КДУ ПК).

Для понимания степени сложности и ответственности работ по КДУ ПК приведу состав входящих в комплекс основных систем и аппаратуры:

— система командного управления, контроля и диагностики аппаратуры и агрегатов КДУ ПК;

— система управления движением комбайна и автоматического регулирования нагрузки исполнительного органа (ПО) с задачами;

— аппаратура управления перемещением центра масс комбайна для поддержания направления выработки;

— аппаратура определения положения ПО относительно системы координат, связанной с комбайном;

— аппаратура автоматического управления положением ПО для обеспечения выемки породы по заданному профилю;

— система гидравлических исполнительных органов (приводов) с задачами силового управления агрегатами комбайна по командам от блока автоматики или оператора;

— система дистанционного управления комбайном, включающая носимый пульт управления и уплотненные линии связи с задачей дистанционного управления работой агрегатов комбайна при испытаниях и штатной выработкой без выхода на поверхность;

— система отображения информации и органов ручного управления;

— система электропитания комплекса.

Как видно из вышеизложенного, по названию систем и задачам все очень похоже на систему управления космического аппарата. Существенное отличие в процессе разработки, естественно, кроме условий эксплуатации аппаратуры, состояло в том, что вся аппаратура КДУ ПК должна была разрабатываться во взрывобезопасном исполнении, и, как я уже упомянул выше, вся техническая реализация должна была рассчитываться на серийное производство.

Наша лаборатория взялись за разработку системы отображения информации и дистанционной передачи цифровых данных от комбайна на поверхность, включающие в свой состав аппаратные средства (матричный экран с блоком управления, пульт управления, прибор речевых сообщений, уплотненную линию информационного обмена данными с бортовым контроллером), а также программно-информационное обеспечение формирования команд управления, кадров индикации и отображения информации оператору, т.е. за работу, по тематике близкую к той, которой мы занимались на «Буране».

В ТЗ на КДУ ПК было записано требование о том, что разработка КДУ должна вестись с учетом перспективного развития этого направления, в том числе должны были быть сделаны проработки по беспроводной линии связи (радиоуправление), автоматического программного управления комбайном с возможностью гибкой и оперативной перенастройки программ проходки и режимов работы исполнительного органа.

Первоначально, в связи с очень сжатыми сроками работы и новизной для нас тематики, в нашем проекте не предполагалось широкое использование вычислительной техники универсального типа. Но по мере проработки аппаратной реализации КДУ, особенностей режимов работы ПК, требований по обеспечению диагностики и надежности, способов оптимизации управления ПК и режимов работы режущего рабочего органа, становилось очевидным, что в состав комплекса должны войти вычислительные средства.

Как технический руководитель работы, я познакомился с некоторыми зарубежными разработками проходческой техники Австрии, Германии, США и еще более убедился, что в состав КДУ нашего ПК вводить универсальные вычислительные средства необходимо. Причем эти средства надо было вводить как в бортовую часть ПК (опять пришел к бортовым ЦВМ!), так и в наземную часть. Встал вопрос: какие средства?

Коллективно решили, что попытаемся ответить на этот вопрос, взявшись за работу по созданию ЦВС КДУ ПК.

Надо было за короткое время определиться с задачами ЦВС, начать разработку ТЗ и понять, на какую технику ориентироваться. И все это надо было делать почти одновременно.

ЦВС КДУ ПК, включающая бортовую и наземные части, должна была обеспечить решение следующих основных задач:

— сбор и обработку в реальном масштабе времени данных с датчиков, приборов, исполнительных гидроприводов и исполнительного органа;

— реализацию алгоритмов управления движением комбайна и формирования команд управления исполнительным органом в соответствии с заданным профилем выработки породы;

— оперативный контроль работы ПК и реализацию алгоритмов диагностики с отображением информации на дисплее стационарного рабочего места управления ПК и на выносном пульте;

— хранение эталонных профилей выработки и характеристик породы для конкретных условий применения;

— обработку сигналов об аварийных и нештатных ситуациях, возникающих на комбайне, с выдачей рекомендаций на средства отображения по выходу из них;

— обеспечение оперативного ввода и коррекцию данных стандартных профилей в библиотеку профилей забоя и предельных границ выработки;

— хранение данных по работе ПК и его устройств для передачи на поверхность для последующей обработки.

Проведенный анализ существующей и разрабатываемой отечественной и зарубежной вычислительной техники применительно к использованию в условиях угольных шахт как на борту ПК, так и на поверхности показал следующее состояние.

1. Из имеющихся отечественных разработок бортовых ЦВМ космического применения наиболее подходящих, как нам казалось, для использования в проходческом комбайне по своим массово-габаритным и функциональным характеристикам, ни одна не могла быть применена целиком. Отдельные блоки БЦВМ разработки НПО «ЭЛАС» могли быть заимствованы, но потребовали бы конструктивных специальных доработок, а также дополнительных работ по комплексированию с другими элементами ЦВС. И даже тогда получение характеристик, необходимых для ПК, на существующей отечественной элементной базе обеспечить в заданные сроки не представлялось возможным. К тому же стоял и вопрос организации серийного производства этой техники в определенном исполнении.

2. Немногочисленные факты применения ЦВМ на российских угольных шахтах и в близких к ним условиях (газодобыча, горные выработки, нефтедобыча) базировались на устаревшей отечественной элементной базе и аппаратуре, и то при менее жестких ограничениях по массе и конструктивному исполнению.

3. Довольно широкое применение вычислительной техники в угольной промышленности за рубежом как на борту проходческой техники, так и в стационарных вариантах на поверхности.

Широкое распространение получили за рубежом высокопроизводительные вычислительные средства, основанные на промышленном стандарте открытых модульных систем на основе шины VME, получившей к этому времени признание, сертификацию и очень широкое применение в военной и гражданской продукции различного назначения. С таким подходом уже были созданы проходческие комбайны в США, Германии, Швеции. Австрии. Наша страна фактически этой вычислительной техники не знала в основном потому, что она подпадала под существующий контроль на распространение в нашу страну стратегических товаров и новых технологий, который осуществлялся в рамках так называемой системы КОКОМ — международной организации стран НАТО и Японии, созданной с целью экспортного контроля над товарами и технологиями, запрещаемыми к ввозу в СССР и другие социалистические страны.

КОКОМ разработал стратегию «контролируемого технологического отставания», согласно которой техника и технологии могли продаваться в социалистические страны не раньше чем через четыре года после их серийного выпуска. КОКОМ составлял и регулярно обновлял специальные списки товаров для предотвращения продаж передовой техники и технологии в указанные страны.

При разработке ТЗ на ЦВС КДУ ПК была выработана концепция, в основе которой были следующие положения.

1. Создание ЦВС на основе открытой модульной системы, решающей поставленные в ТЗ на ПК задачи, включая и управление в реальном масштабе времени с возможностью расширения функций системы за счет наращивания аппаратных и программных модулей без доработок базовой конструкции.

2. Устойчивость аппаратных средств к физическому и моральному старению элементной базы путем блочной замены при переходе к новой элементной базе.

3. Возможность качественного увеличения производительности и функций ЦВС за счет превращения системы в многопроцессорную или сетевую структуру без изменения технических и программных принципов ее организации.

4. Обеспечение ремонтопригодности на уровне модулей непосредственно в местах эксплуатации ПК.

5. Минимальный вес аппаратуры, устанавливаемой на борту ПК с электрической мощностью, не превышающей допустимого уровня, с целью обеспечения взрывозащищенности типа «искробезопасная цепь».

6. Минимальные сроки приобретения технических и базовых программных средств системы из состава зарубежной серийной аппаратуры и программного обеспечения.

Проработка требований показала, что реализация изложенной концепции построения ЦВС обеспечивалась применением одноплатных компьютеров на базе процессоров Intel или Motorola и набора модулей, объединенных шиной VME с использованием операционной системы реального времени OS-9 (в развитии OS-9000). Сокращение VME (Versa Module Eurokard bus) обозначает «Еврокарта с Versa-модулем» — стандарт на компьютерную шину, первоначально разработанный для семейства процессоров Motorola 68000, а в дальнейшем расширенный на процессоры Intel и другие.

Этому решению способствовало и то, что в период проектирования КДУ ПК подход КОКОМ к экспорту товаров в страны СНГ и Восточной Европы смягчился, в том числе и на продукцию открытых вычислительных систем.

При проектировании системы и в процессе ознакомления с техникой открытых систем поражало многообразие существующих в рамках VME-bus технических средств, на которых можно было строить цифровые структуры и системы практически для любой конкретной реализации.

Причем большинство аппаратных средств имело квалификацию на применение в военной и гражданской технике и выпускалось по открытому международному стандарту магистрально-модульных систем VME-bus.

Это был для нас новый уровень, и я бы сказал, даже открытие, потому что в отечественной космической технике бортовые вычислительные средства разрабатывались по ТЗ и ТУ на конкретные изделия и задачи. Пожалуй, только система ИВС «Салют-4» имела предпосылки создания открытого отраслевого стандарта на бортовую вычислительную технику.

Для выполнения работы по созданию КДУ ПК в октябре 1992 года был заключен договор между Заказчиком — Государственной корпорацией «Уголь России» и Исполнителем — Научно-производственным предприятием «Цель», являвшимся малым предприятием, соучредителем которого было и НПО «Энергия».

Это была наша первая работа, когда мы работали не от своего предприятия, а, будучи сотрудниками НПО «Энергия», выступали как творческий коллектив в составе другого предприятия. Это было новой формой в нарождающихся рыночных отношениях. Наш Заказчик — Госкорпорация «Уголь России» тоже был новым образованием в системе бывшего и уже расформированного Министерства угольной промышленности. Работа в такой организационно-юридической форме добавляла обеим сторонам стимулы к активизации и повышению ответственности за конечные результаты работы, позволяла привлечь квалифицированных специалистов с дополнительной оплатой.

На основании календарного плана работ к договору был разработан, утвержден заказчиком и выпущен подробный план-график работ по созданию КДУ ПК, которым, в частности, предусматривалось, что после выпуска ТЗ на КДУ в феврале 1993 года мы должны были в конце сентября того же года поставить заказчику образец КДУ с комплектом ЭТД.