Владимир Бранец,
заместитель генерального конструктора РКК “Энергия”,
доктор физико-математических наук
Рашит Самитов,
заместитель генерального конструктора РКК “Энергия”

Появление бортовых компьютеров в системах управления пилотируемых и транспортных кораблей (ТК) можно отнести к началу 70-х годов прошлого столетия. Тогда на смену аналоговым системам управления – так называемым системам первого поколения (корабли “Восток”, “Союз”, орбитальная станция “Салют”) пришли дискретные системы управления. Первая разработка была выполнена для модифицированного корабля “Союз-Т”. Основу систем управления второго поколения составил бортовой вычислительный комплекс БЦВК “Аргон-16”, созданный организацией НИИЦЭВТ (ныне “Аргон) по техническому заданию НПО “Энергия” (РКК “Энергия”). Несомненно, разработку БЦВК “Аргон-16” можно отнести к выдающемуся достижению отечественной электроники в тот период. Достаточно сказать, что с начала эксплуатации “Аргона-16” в составе систем управления кораблей “Союз” и “Прогресс” и их модификаций было произведено более ста успешных пусков, подтверждающих на практике расчетные параметры надежности.

Уникальные технические решения, заложенные в архитектуру этого комплекса позволили осуществить его успешную эксплуатацию на протяжении более 25 лет и выполнять модификации системы управления движением (СУД): с 1986 г. осуществлен переход на корабль “Союз ТМ”, с 1989 г. эта система управления устанавливается на грузовых кораблях “Прогресс М”. В настоящее время “Аргон-16” эксплуатируется в следующих модификациях ТК: “Союз ТМА” и “Прогресс М”. Вычислительное устройство БЦВК построено по принципу тройного резервирования с глубокими мажоритарными связями между каналами, что обеспечивает его функционирование при сбоях и отказах в одном канале и многочисленных неодноименных отказах в двух других каналах. Собственно вычислительные возможности “Аргон-16” по современным меркам невысоки: производительность — 200 тыс. оп/с; емкость ОЗУ и ПЗУ — 8 кб и 64 кб соответственно; масса – 83 кг; потребляемая мощность – 300 Вт. Тем не менее, при программировании непосредственно в кодах команд в этих объемах памяти удалось реализовать сложный комплекс задач управления, включая орбитальный полет, сближение, стыковку и сход с орбиты.

На станции “Мир” для системы управления движением и ориентацией по техническому заданию РКК “Энергия” в середине 80-х годов был создан бортовой вычислительный комплекс “Салют-5Б”. В создании этого уникального многомашинного комплекса участвовали ведущие предприятия радиоэлектронной промышленности, такие как НПО “Элас”, НИИ НЦ и НИИ “Аргон” (г. Москва).

Архитектура БЦВК “Салют-5Б” была построена по иерархическому магистрально-модульному принципу, в котором главную роль играло центральное вычислительное устройство ЦВУ “С-5”. В целом вычислительный комплекс объединял до 64 периферийных вычислительных модулей и устройств сопряжения с бортовой аппаратурой, подключенных с магистрали интерфейса базового блока станции “Мир” и распространенных через стыковочные узлы в модули “Квант” и “Кристалл”. Это ЦВУ обладало более высокими вычислительными характеристиками по сравнению с “Аргон-16” (примерно в 2-3 раза по производительности и объемам памяти): производительность – 490 тыс. оп/с; емкость ОЗУ и ПЗУ – 32 кб и 152 кб соответственно; масса – 28 кг; потребляемая мощность – 75 Вт. Надежность вычислительного комплекса “Салют-5Б” обеспечивалась также тройным резервированием с мажоритированием информации между каналами во всех модулях и блоках комплекса. Особое место в этом вычислительном комплексе играла периферийная вычислительная система “Электроника – НЦ 40Б”, выполнявшая программируемый обмен с цифровыми абонентами, и построенная по принципу программного голосования между каналами резервирования. Принципиальное отличие ЦВК “Салют-5Б” от БЦВК “Аргон-16” — это магистральная архитектура, которая обеспечивала подключение устройств и модулей ЦВК к магистрали обмена данными по периферии станции и на стыкуемых модулях в конструктивно необходимых местах. Это полностью соответствовало модульной структуре станции “Мир”. К тому же такая архитектура обеспечила высокую ремонтопригодность ЦВК “Салют-5Б”.

Необходимо подчеркнуть, что на первоначальном этапе СУД станции функционировали на базе все того же “Аргон-16”, модифицированного под возможность работы с модулями комплекса “Салют-5Б”. Провести все необходимые наземные испытания к заданному сроку и, самое главное, разработать программное обеспечение для нового бортового вычислительного комплекса не представлялось возможным да и риск был слишком большим. Поэтому было принято решение включить в состав вычислительного комплекса второго “главного” компьютера, которым был хорошо себя зарекомендовавший “Аргон-16”. Для этого “Аргон-16” был незначительно доработан в части увеличения объемов памяти и сопряжения с магистралью обмена “С-5”. Следует сказать, что “Салют-5Б” далее “достраивался” на орбите.

Опыт эксплуатации этого комплекса в составе станции “Мир” показал правильность технических решений, заложенных при его построении. По техническим условиям ресурс устройств и модулей “Салюта-5Б” составлял примерно два года, однако около 80% аппаратуры комплекса проработало без замечаний и без замены все 15 лет. Архитектура вычислительного комплекса позволяла проводить замену практически всех отказавших блоков и устройств (за исключением ЦВУ) без прерывания вычислительного процесса. По статистике в составе комплекса “Салют-5Б” станции “Мир” чаще всего отказывало ЦВУ “С-5”, что вполне объяснимо сложностью этого устройства, но и эти отказы случались только после выработки ресурса определенного техническими условиями. Следует сказать, что к моменту управляемого спуска станции “Мир”, ЦВУ “С-5” имело многочисленные неисправности, однако схема резервирования обеспечивала нормальное функционирование устройства и всего вычислительного комплекса в целом.

Следующим значительным этапом в развитии бортовых вычислительных средств явился бортовой вычислительный комплекс международной космической станции (МКС). Архитектура вычислительного комплекса МКС – это сетевая многомашинная структура с трехуровневой организацией обработки данных и вычислений (процессор — ER32 (SPARC); производительность – 9 MIPS; объем ОЗУ и ПЗУ – 8 Мб и 4 Мб соответственно; масса – 5,85 кг; потребляемая мощность – 40 Вт). На первом уровне задействованы центральная и терминальная ВМ, выполняющие задачи управления российским сегментом МКС и взаимодействия с компьютерами американского сегмента МКС. На втором уровне компьютер центрального поста космонавтов обеспечивает взаимодействие с экипажем и решение научно-исследовательских задач. На третьем уровне задействованы вычислительные средства в виде устройств сопряжения (УС), обеспечивающие обмен информацией с бортовой аппаратурой. Сетевая структура построена на базе стандартного мультиплексного канала (ГОСТ В 26765-84 — аналог Mil 1553В), с встроенным коммутатором сетевых каналов, обеспечивающим широкие возможности подключения новых абонентов вычислительного комплекса МКС.

Центральный и терминальный компьютеры, а также компьютер поста космонавтов разработаны по техническому заданию РКК “Энергия” предприятиями ЕКА (головной разработчик — немецкая фирма Astrium). Первые летные образцы этих компьютеров были поставлены в РКК в 1998 г.

Центральный и терминальный компьютеры построены по принципу тройного резервирования с программным голосованием между каналами, выполненными в виде отдельных моноблоков. Вычислительные ресурсы этих компьютеров на несколько порядков превосходят возможности ЦВУ “С-5” и “Аргон-16”. С точки зрения полетной эксплуатации вычислительного комплекса РС МКС по сравнению с ЦВК станции “Мир” значительно возросла его гибкость и управляемость, выражающаяся в возможности смены версий ПО, замены отказавших каналов, подключения новых абонентов к сети без выключения комплекса и без прерывания вычислительного процесса.

На нижнем уровне ЦВК вычислительные средства представлены в виде устройств сопряжения, выполненных по аналогичному с центральным компьютером принципу резервирования. Устройства сопряжения УС-21 и УС-22 обеспечивают предварительную обработку информации и взаимодействие с бортовыми системами на уровне аналоговых, ключевых и импульсных сигналов (микропроцессор –М 80С186ЕВ; емкость ОЗУ, ПЗУ и ЭППЗУ – 256 кб, 256 кб и 512 кб соответственно; масса – 6,45 кг; потребляемая мощность – 24 Вт). УС выполнены по техническому заданию РКК “Энергия” организациями НИИ “Аргон” и НТЦ “Модуль” (Москва) и НПО “Рубикон” (г. Смоленск). В устройствах сопряжения применена хорошо зарекомендовавшая себя технология рельефных печатных плат с использованием отечественной и импортной элементной базы. Начиная с момента запуска в 1998 г. функционального грузового блока “Заря” в составе станции МКС без замечаний функционирует 23 устройства сопряжения различных модификаций.

РКК “Энергия” им. С.П. Королева
141070, Московская обл., г. Королев,
ул. Ленина, д. 4а.
Тел.: (095) 513-6067, факс: (095) 513-6138.
Email: Rashit.Samitov@rsce.ru

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (проголосуйте)
Загрузка...