Как создавались первые бортовые ЭВМ для советской космической программы
С развитием космонавтики перед конструкторами всё острее вставал вопрос —, а при помощи чего управлять космическими «пегасами» будущих покорителей пространства-времени? Где взять подходящую ЭВМ, которая будет успешно действовать в стеснённых условия космического аппарата (КА)? Как защитить тонкую технику от перегрузок, возможного перегрева? В конце концов, сколько энергии потребуется потенциальной бортовой цифровой вычислительной машине (БЦВМ) и где эту энергию взять?
Вопросы, надо сказать, не праздные. Ибо имеющиеся на тот момент «наземные» ЭВМ как-то не особо вписывались в концепцию будущего бортового компьютера — компактного, надёжного и экономичного.
Тем не менее кое-что имелось-таки. Советские наука и техника в 50-е годы сумели внедрить в производство (пусть и мелкосерийное) целый спектр ЭВМ. И некоторые из них на момент своего появления оказались вполне, что называется, «на уровне». Например, в 1953-м было признано, что рабоче-крестьянская БЭСМ — наиболее быстродействующая ЭВМ в Европе. Постоянно велись работы по усовершенствованию и удешевлению этой машины без потери быстродействия. Уже на БЭСМ-2 был произведён расчёт траектории полёта на Луну.
Быстродействующая электронно-счётная машина БЭСМ. Энергопотребление: 35 кВт
Кроме того, имелись такие машины, как «Урал». Их относили к малому классу. При производительности, приближавшейся к 100 оп/сек, «Уралы» оказались востребованы и в космической отрасли. Например, их использовали для расчётов полёта первого спутника. Уже к 1959 году их «ускорили» в 50 раз, использовав ОЗУ на ферритовых сердечниках. Правда, частично пожертвовав при этом совместимостью с более ранними машинами серии.
Однако ЭВМ «Урал», хоть и считались малыми, требовали десятки квадратных метров площади и от 10 до 25 кВт потребляемой мощности. Чего уж говорить про монструозную БЭСМ! О том, чтобы использовать их в качестве бортового компьютера, не могли идти и речи. Тем не менее, они вполне позволяли будущую технику рассчитать.
Малая автоматическая электронная вычислительная машина «Урал-1». Потребляемая мощность 10 кВт.
Во второй половине 50-х годов под руководством С.П. Королёва в ОКБ-1 трудилось порядка двух тысяч специалистов. Среди них были представители достаточно экзотических направлений, включая тех, которым довелось поработать в небезызвестном городе Обнинске. Это была первая серьёзная работа молодых «электронщиков» ОКБ-1. Им, ещё недавним студентам, пришлось фактически с нуля создать немало аппаратуры для системы управления и защиты экспериментальных реакторов, в т.ч. в активной зоне. Кроме того, именно в Обнинске впервые стали широко применяться полупроводниковые триоды. Такой опыт здорово пригодился для решения задач «космических».
Задачи эти корректировались многократно. Например, в конце 1958 года коллектив получил указание обеспечить успешный полёт спутника с человеком на борту. Когда расчёты и изыскания в этом направлении были в самом разгаре, — всё, отбой, осенью 60-го надо лететь на Марс!
Осознавали в «верхах» всю масштабность работ, которые нужно было осуществить для реализации такого громадья планов? Сложно сказать. А вот в ОКБ-1 стало окончательно ясно, что радиотехнические методы управления КА пора оставить в прошлом. Королёв поставил перед группой Бориса Чертока задачу — разработать соответствующую систему управления. Чтоб взлетело.
К тому моменту Черток уже был выдающимся специалистом в разработке систем управления ракетной техникой. Он работал в этом направлении как минимум с 1946 года, как вернулся из Германии после изучения реактивного «наследия» Третьего Рейха. Ну, а после того, как его группа была усилена шестью десятками спецов, незадолго до того обеспечивших успех миссии «Луна-3», появились все основания всерьёз надеяться на успех.
Борис Викторович Раушенбах
Руководил «лунными» работами Борис Раушенбах. И неудивительно, что именно ему поручили заняться системой наведения и ориентации в пространстве будущего первого межпланетного корабля «Марс-1960», он же 1М. В свою очередь, личным решением Чертока коллектив Раушенбаха был усилен вышеупомянутыми «ядерщиками». Считал ли он, что «пацанов» не жалко — провалят задание, и пёс с ними? Или был уверен, что именно молодые «светлые головы» способны решить такую сложную задачу? Поди знай… Кто ж про такие вещи в мемуарах откровенно напишет?
На разработчиков «давили» со всех сторон. В первую очередь — военные. По некоторым данным, в «верхах» проект 1М рассматривали не в последнюю очередь как очередной этап испытания межконтинентальной ракеты («Молния», фактически — баллистическая Р-7) с полезным грузом. Неудача могла повлечь за собой весьма неприятные последствия для сотрудников ОКБ-1.
Дело осложнялось тем, что на период 1959/60 годов пришлась смена поколений в советской электронике. Маститым «ламповикам» потребовалось срочно повышать квалификацию. По воспоминаниям сотрудников группы Раушенбаха, работы по новой теме начались со слов одного из молодых специалистов вновь сформированной лаборатории, физика Владимира Казначеева: «Ничего страшного! Полупроводник — та же лампа, только маленькая».
Трудиться приходилось в две смены — в слишком уж жёсткие временные рамки оказалось поставлено ОКБ-1. За считанные месяцы было необходимо разработать совершенно новую технику на новой элементной базе. Для экономии времени (а заодно — места на борту КА) было решено, что бортовая центральная вычислительная машина (БЦВМ) вместе с другими электронными агрегатами будет объединена в единый счётно-решающий блок (СРБ), над элементами которого работы велись параллельно. И — знаете, успели!
К слову сказать, всё ОКБ-1 работало в те дни в авральном режиме. Ведь межпланетный КА — это не только СРБ, что очевидно. Это огромное количество узлов, агрегатов и тонкой аппаратуры. И вот — великий день, 10 октября 1960-го года! Сотни людей с замирающим сердцем следили за тем, как в зенит уходит ракета-носитель с шестьюстами пятьюдесятью килограммами горячего пролетарского привета для Красной Планеты!
Старт ракеты 8К71ПС, впоследствии «выросшей» в «Молнию»
Пять минут наблюдали, пока не стало ясно — старт можно записывать в «неудачные». На трёхсотой секунде полёта отказали двигатели третьей ступени. Вины разработчиков КА тут не было — сказался дефект системы управления ракеты «Молния». Спустя четыре дня аналогичная судьба постигла второй запускаемый аппарат. Сыграли свою роль низкое качество сборки и обслуживания опять же ракеты.
В ОКБ-1 уже корпели над новым проектом. Среди прочего предстояло (и снова в авральном порядке) разработать БЦВМ для нового амбициозного проекта — тяжёлого межпланетного космического корабля (ТМК) массой не в сотни килограммов, а в десятки тонн. Вот только для этого нужно было предусмотреть сборку на околоземной орбите КА из отдельных блоков при помощи, опять же, электроники, которой не имелось даже в проекте.
Через год уже были получены первые отчёты о проведённых работах — шесть немалого размера томов. Из них один отдельный том посвящён разработке БЦВМ на полностью отечественной технической базе с использованием дискретных элементов. Среди прочего, указывалось, что БЦВМ должна быть универсальной, т.е. использовать новые принципы получения и анализа информации, а заодно — взаимодействия с экипажем.
В конечном счёте «в верхах» было решено от строительства ТМК отказаться, а наработки и лучших специалистов направить на более перспективную программу «Союз». Именно в рамках этой программы была сформулирована новая концепция централизованного управления КА, которой надлежало господствовать в космонавтике многие годы. Но об этом как-нибудь в другой раз…
Автор: Павел Заикин
