Компьютер для «Бурана»
В прошлый раз мы рассказывали о первых советских наработках в области БЦВМ (бортовых цифровых вычислительных машин) для космической отрасли. А теперь обратим своё внимание на то, чем дело кончилось.
Пиком и, фактически, финалом советской космонавтики часто называют программу «Энергия» — «Буран». Оценки стоимости этого амбициозного проекта разнятся, но обычно называются цифры, превосходящие 14 миллиардов «тех» рублей. По нынешним ценам это триллионы «деревянных» — колоссальные затраты! Вполне возможно, что финал советского строя и государства в значительной степени был предрешён в т.ч. и подготовкой к единственному полёту «Бурана» 15 ноября 1988 года…
Но это лирика. Тем более, что началось всё задолго до. Как несложно догадаться, новая многоразовая космическая система создавалась как «ответ Чемберлену», а точнее — заокеанской программе «Спейс шаттл». Американский проект предполагал, что «шаттлы» будут доставлять на околоземную орбиту десятки тонн грузов единовременно и, при необходимости, кое-что возвращать оттуда. Поди знай, какую адскую машину потенциальный противник соберёт там, прямо над головами мирных граждан Страны Советов! И главное —, а чем мы хуже?…
Работы начались в 1974 году. Почти миллион человек трудился на сотнях предприятий над новым проектом! Причём, как и положено, проектом секретным.
Одной из задач, стоящих перед конструкторами «Бурана» была разработка «мозга» для корабля — бортового цифрового вычислительного комплекса (БЦВК). Задача, надо сказать, нетривиальная. Система управления (СУ) будущего космического корабля (КК) должна была обеспечить не только удачный взлёт и выполнение всех задач на орбите, но и высочайшую точность посадки. Судите сами — СУ КК «Союз-ТМ» (а эти аппараты также планировалось использовать в программе «Энергия» — «Буран», в первую очередь в качестве спасательных, для эвакуации терпящих бедствие экипажей) должна была посадить аппарат в заданный район, где все компетентные и не очень органы «стоят на ушах», готовясь встретить «звёздных гостей». При «космических» скоростях и расстояниях погрешность наведения на посадочный курс не должна превышать 1 градус. Иначе занесёт, как Леонова и Беляева, в какой-нибудь медвежий угол!
Впрочем, это ещё не катастрофа. Сядут же они где-нибудь! Нештатная, но вполне мягкая посадка была возможна даже при отклонении в 10°.
«Бурану» не приходилось надеяться на «где-нибудь». Хочешь-не хочешь, а если отклонишься при спуске больше, чем 20', просто не выйдешь на полосу, так-то! А без посадочной полосы такую махину просто не посадишь. Так что пришлось вводить в проектируемую СУ блок, предназначенный специально для маневрирования в атмосфере и высокоточной посадки. Заодно были предусмотрены и запасные полосы, в том числе за рубежом.
Стоит отметить, что «Буран» по замыслу конструкторов должен был иметь возможность заходить на посадку неоднократно. Для этого планировалось установить ТРД в хвостовой части. Таким образом советскому кораблю, в отличие от «шаттла», полагалось садиться с включенными двигателями. Но они, как и катапультные кресла пилотов, на момент первого (и единственного) старта не были готовы. Так что сажать КА пришлось «по-шаттловски», планированием. Команду на запуск этих двигателей заблокировали.
К работам по СУ было подключено несколько коллективов по всей стране, от 30-го ЦНИИ Минобороны до Львовского радиотехнического НИИ. Постепенно определился облик БЦВК для нового корабля. В его состав вошли две практически идентичные системы — центральная (ЦВС) и периферийная (ПВС). Каждая из систем должна была включать по четыре синхронно работающие и резервирующие друг дружку БЦВМ. Так было решено исходя из того, чтобы безопасность экипажа была обеспечена при любых двух отказах.
В качестве БЦВМ была использована ЭВМ «БИСЕР-4».
Появление машин серии «БИСЕР» можно считать качественным скачком в отечественном компьютеростроении. Уже вторая версия этих ЭВМ имела битный мажоритарный элемент, который позволял достоверно фиксировать сбои в работе граней процессора. Межгранный обмен давал возможность надёжно фиксировать информацию в случае каких-либо подобных аномалий.
Сравнение БЦВМ «Бурана» и современного ему «Шаттла»
ЭВМ «БИСЕР-4» была ещё совершеннее. Например, количество дешифраторов на 256 разовых команд достигло двадцати одного вместо двух на более ранних машинах. При этом объём внешних абонентов также вырос на порядок.
Архитектура этих БЦВМ основывалась на больших интегральных схемах (БИС) 582-й серии. От БИС других серий было решено отказаться по ряду причин, в первую очередь — из-за большего энергопотребления.
Большой проблемой стало создание ПО для БЦВМ будущего КА. Разработчики «Бурана» в 1983 году обратились в Институт прикладной математики. По их оценкам, требовались сотни часов работы тысяч специалистов.
Проектировщики заблуждались. Относительно небольшой коллектив ИПМ под руководством Виктора Крюкова за три года создал удачный язык программирования ПРОЛ2, который отлично подходил для БЦВМ «БИСЕР-4». Работы по «Бурану» позволили Виктору Алексеевичу блестяще защитить в 1988-м году докторскую диссертацию.
На основании ПРОЛ2, а также ДИПОЛЬ и ЛАКС (также созданных для программы «Энергия — «Буран»), впоследствии был создан ещё более интересный язык «ДРАКОН» — «Дружелюбный русский алгоритмический язык, который обеспечивает наглядность». И ведь действительно, обеспечивает! Настолько, что отдельные версии его до сих пор используются в разных областях. Например, в медицине. «ДРАКОН» даёт возможность реализовать такое забавное явление, как т.н. «программирование без программистов». Используемые в нём «дракон-схемы» при минимальной подготовке позволяют понимать программу «узкому» специалисту в любой области, отстоящей от программирования достаточно далеко.
Также советскими (впоследствии — российскими) математиками и программистами под руководством В. Паронджанова, была разработана на основе «ДРАКОНа» автоматизированная система проектирования программных систем ГРАФИТ-ФЛОКС. Она используется для обеспечения полётов современных ракет-носителей, например — «Протон-М».
Таким образом мы, отвлекшись, снова вернулись к теме космоса. Для того, чтобы проверить работу бортовых программ для «Бурана» (да и не только для этого), пришлось построить Комплексный моделирующий стенд (КМС). На нём установили одну БЦВМ «БИСЕР-4» и полноценный бортовой магнитофон емкостью 46000КБ (объем ОЗУ «БИСЕР-4» составлял 4×512 КБ и ОЗУ многократно загружалось с ленты). Правда, часть команд, не имеющих непосредственного отношения к полёту, пришлось отключить. Это вызывало некоторое беспокойство конструкторов. А вдруг именно какая-нибудь из непроверенных программ даст сбой?
С самого начала разработок, в этажерке, в которой размещалась бортовая аппаратура «Бурана» были предусмотрены 8 мест, для размещения 8 таких БЦВМ типа Бисер-4
Как мы знаем, полёт «Бурана» прошёл благополучно. И это несмотря на не самую благоприятную погоду и при старте (штормовое предупреждение, это вам не шутки!), и в ходе посадки (ветер и рост давления по сравнению с запланированными). Вся СУ сработала блестяще! И это несмотря на то, что в БЦВК включил лишь четыре БЦВМ вместо штатных восьми. Правда закончилось всё для «Бурана» весьма печально… А ЭВМ «БИСЕР-4» стала основой для новых, ещё более совершенных машин серии.
Но об этом как-нибудь в другой раз.
Автор: Павел Заикин
