«Новости космонавтики» №02, 2012 г.

Журнал «Новости космонавтики» №02, 2012 г.

Автор: Красильников А.

          

 

БЦВК «Аргон-16»: 37 лет на службе космонавтике

В ноябре 2011 г. на пилотируемом корабле «Союз ТМА-22» в космос отправился последний бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК) «Аргон-16» (изделие 11М67, 11М68). За свою беспрецедентную 37-летнюю эксплуатацию «Аргоны-16» всегда исправно выполняли свои функции на орбите. БЦВК разработали в московском Научно-исследовательском центре электронной вычислительной техники (НИЦЭВТ) в 1969– 1973 гг. В декабре 1985 г. из НИЦЭВТ был выделен НИИ «Аргон» с тематикой бортовых вычислительных машин и комплексов. В 1974–2010 гг. Московский завод счетно-аналитических машин (САМ) имени В.Д.Калмыкова выпустил 350 изделий – рекордный показатель для БЦВК космического применения. Один из образцов «Аргона-16», использовавшийся в подмосковном ЦУПе, является экспонатом Политехнического музея в Москве. «Аргон-16» представляет собой троированный (трехканальный) синхронный вычислительный комплекс с восстанавливающимися мажоритарными органами с выборкой «два из трех». В нем реализовано поблочное и восьмиуровневое мажоритирование (голосование по большинству), что позволяет БЦВК функционировать при сбоях и отказах в одном канале и многочисленных неодноименных отказах в двух других каналах. Комплекс состоит из трех вычислительных машин с каналами обмена и набора устройств сопряжения с системой управления. Первый полет «Аргона-16» состоялся на беспилотном корабле 7К-С (11Ф732 №1Л, «Космос-670») в августе 1974 г. В дальнейшем БЦВК использовался еще в пяти беспилотных полетах кораблей 7К-С/СТ и 14 пилотируемых полетах «Союзов Т», 33 пилотируемых и одном беспилотном полетах «Союзов ТМ», 22 пилотируемых полетах «Союзов ТМА», 67 полетах грузовых кораблей «Прогресс М», 11 полетах «Прогрессов М1» и двух полетах специализированных грузовых кораблей-модулей. Этот комплекс применялся также на орбитальных пилотируемых станциях «Алмаз» второго этапа (они не были выведены на орбиту) и «Мир», автоматических станциях «Алмаз-Т» и спутниках серии «Космос». С ноября 2008 г. на грузовых кораблях «Прогресс М-М» и с октября 2010 г. на пилотируемых «Союзах ТМА-М» вместо БЦВК «Аргон-16» устанавливается цифровая вычислительная машина ЦВМ-101 разработки НИИ «Субмикрон» (Зеленоград). Об истории создания БЦВК «Аргон-16» и его эксплуатации рассказали директор НИИ «Аргон» Виктор Алексеевич Михайлов и главный конструктор института Виталий Иосифович Штейнберг.
Творческие связи с ЦКБЭМ (ныне РКК «Энергия») завязались, когда коллектив института участвовал в создании ЭВМ «Аргон-11С» для системы управления (СУ) космического корабля 7К-Л1, предназначенного для пилотируемого облета Луны. Сама СУ делалась в НИИАП (ныне НПЦ АП имени Н.А.Пилюгина). В сентябре 1968 г. беспилотный корабль 7К-Л1 №9 под именем «Зонд-5» впервые успешно облетел Луну и возвратился на Землю. Кроме того, в то время для ЦКБМ (ныне корпорация «НПО машиностроения») были разработаны БЦВК «Аргон-12А» и БЦВМ «Аргон-12С» соответственно для систем управления орбитальных пилотируемых станций «Алмаз» первого этапа и возвращаемого аппарата пилотируемого транспортного корабля снабжения (ТКС). С эксплуатацией «Аргона-12А» на одном из «Алмазов» связана интересная история. БЦВК был двухканальным, и, к несчастью, в ходе автономного полета станции «Салют-5» в 1976 г. произошел отказ ферритовой памяти сразу в двух местах: в БЦВМ первого канала и в блоке дежурных режимов второго канала. То есть БЦВК вышел из строя! В это время готовилась очередная экспедиция на станцию – Виктор Горбатко и Юрий Глазков. Пришлось в ноябрьские праздники срочно организовать изготовление кабеля-вставки для восстановления работы «Аргона-12А». Успели также без отсрочки запуска сделать космонавтам цветные фотографии и инструкцию. В ходе ремонта дублеры (Анатолий Березовой и Михаил Лисун) на дублирующем комплекте БЦВК в Реутове выполняли операцию, а основной экипаж повторял ее на орбите. За счет кабеля-вставки из двух неисправных каналов был сделан один исправный. После того, как все успешно закончилось, мы ожидали грома и молний на наши головы. Однако на очередном заседании Совета главных конструкторов В.Н.Челомей с присущим ему артистизмом сообщил, что на станции «Салют-5» впервые в мире произведен ремонт наиболее сложной аппаратуры – БЦВК, представив это как достижение советской космонавтики. На пилотируемые «Алмазы» второго этапа, возвращаемые аппараты ТКС и беспилотные «Алмазы-Т» мы впоследствии заложили «Аргон-16». Его разработка для системы управления движением корабля 7К-С началась в НИЦЭВТ на основании решения Военно-промышленной комиссии (ВПК) от 30 июня 1969 г. №165 по техническому заданию ЦКБЭМ. Сроки начала летно-конструкторских испытаний корабля 7К-С в беспилотном варианте (1-й квартал 1973 г.) и в пилотируемом (1-й квартал 1974 г.) были определены решением ВПК от 3 марта 1972 г. №62. Дополнительно решением ВПК от 17 ноября 1972 г. №288 предусматривалось изготовление «Аргона-16» для комплексного тренажера с целью подготовки экипажей к полету на 7К-С. Решением №287 от той же даты формулировались задания по обеспечению поставок «Аргона-16» для объектов челомеевского ЦКБМ. Наконец, решением от 19 января 1976 г. нашему предприятию поручалась разработка «Аргона-16» для автоматических станций «Алмаз-Т», а решением от 13 сентября 1979 г. закладывалась доработка «Аргона-16» в части увеличения объема памяти и ресурса работы для орбитальной станции «Мир». В 1980 г. НПО «Энергия» обратилось в НИЦЭВТ с просьбой разработать БЦВК на новой электронной компонентной базе для замены «Аргона-16». В.П.Глушко в письме от 06.03.1980 предлагал, чтобы по структуре новый БЦВК был аналогичен старому. На тот момент НИЦЭВТ относился к Министерству радиопромышленности, а НПО «Энергия» – к Министерству общего машиностроения, так что существовали межведомственные барьеры. Валентин Глушко дважды приезжал в НИЦЭВТ, но ему каждый раз отказывали, так как институт был перегружен другими заданиями: львиная доля ресурсов была направлена на создание ЕС ЭВМ и бортовой вычислительной техники для объектов Минрадиопрома. Нам запрещали брать работу для других министерств, так как для разработки нового БЦВК с испытаниями потребовалось бы не менее пяти лет с выделением довольно большого коллектива. Насколько нам известно, В.П.Глушко выходил с этой просьбой к министру радиопромышленности П.С.Плешакову и заведующему отделом оборонной промышленности ЦК КПСС И.Д.Сербину, но и там вопрос не был решен. В результате было продолжено производство «Аргона-16». Тогда, конечно, никто не думал, что оно будет продолжаться так долго! В 1990-е годы считалось, что БЦВК просуществует максимум до 2000 г., поэтому был закуплен страховой запас электронной компонентной базы, на которую выделили несколько миллионов рублей. Когда запас закончился, то выходили из этой ситуации по-разному. В основном выискивали оставшуюся элементную базу на складах заводов и предприятий. В ряде случаев мы вместе с «Энергией» были вынуждены подписывать решения о допуске к полетам комплектации с истекшими сроками хранения. Шли на определенный риск. «Аргон-16» просуществовал так долго в том числе из-за того, что против использования нового БЦВК возражало NASA, астронавты которого стали регулярно летать на «Союзах» к МКС. В пилотируемом космосе принцип «Лучшее – враг хорошего» действует в полную силу. То, что уже летало многократно, защищено натурными испытаниями, а новое еще неизвестно как себя поведет. В 1990-е годы уже НИИ «Аргон» обращался к РКК «Энергия» с просьбой поставить работу по созданию нового БЦВК. Но тогда были очень сложные вопросы с финансированием. Мы пытались сделать новую машину на средства, которые нам выделялись на сопровождение и модернизацию «Аргона-16». Был изготовлен макетный образец нового БЦВК, но НИИ «Субмикрон» смог в те сложные годы создать задел по вычислительной технике, который уже на современном этапе был выбран в качестве основного для кораблей «Союз» и «Прогресс». 37-летний опыт эксплуатации «Аргона-16» показал, что функциональных отказов БЦВК в космосе не было. В разных местах в нем могли быть отказы, но благодаря удачно выбранной архитектуре это не отражалось на функциях комплекса. Мы это точно знаем, поскольку все эти годы был полный контроль. Отметим, что БЦВК был способен без вмешательства космонавтов и Земли автоматически перестраиваться. При наземных испытаниях была подтверждена работоспособность комплекса до 52 (!) отказов. Владимир Николаевич Бранец, в то время заместитель генерального конструктора РКК «Энергия», как-то привозил к нам целую группу специалистов NASA. Перед этим они, ознакомившись со статистикой по «Союзам» и «Прогрессам», попросили отвезти их в институт, который создает такие отказоустойчивые БЦВК. Тут они охали и ахали, потому что у самих все время с бортовыми компьютерами были проблемы. Бывали отказы комплектующих изделий «Аргона-16» на контрольно-испытательной станции и технической позиции, но это на Земле. Мы здесь делали электротермотренировки узлов и блоков в течение 260 часов, то есть изделие для пилотируемого космоса готовилось очень тщательно. При отказах мы каждый раз проводили тщательный анализ. Чтобы допустить изделие к полету, нужно было доказать технически, что это единичный отказ, не распространяющийся на серию. Однажды директор Завода САМ попросил нас сократить количество часов электротермотренировок, чтобы выполнить график поставок, но ему в этой просьбе было отказано. Конечно, «Аргон-16» модернизировался. Постоянное запоминающее устройство на базе ферритовых сердечников было заменено на полупроводниковые программируемые схемы. Устройства сопряжения разрабатывал Астраханский научно-исследовательский и технологический институт вычислительных устройств АНИиТИВУ. В 1990-е годы он акционировался – коллектив разработчиков не сохранился, и нам пришлось самим модернизировать устройства. РКК «Энергия» выделила на это минимально необходимое финансирование. В устройствах мы заменили несколько микросхем и пассивные компоненты, поскольку их уже не выпускали. Но каждый раз подобная замена сопровождалась дополнительными автономными и комплексными испытаниями. Кроме того, дорабатывался блок питания бортового вычислительного комплекса «Аргон-16», так как появились новые силовые микросборки, а также изменялись параметры микросхем в генераторе. За 37 лет практически не модернизировались устройства вычисления и обмена «Аргона-16». Как их сделали на элементной базе 1970-х годов, так они все эти годы и производились. С одной стороны, это нонсенс, а с другой – необычный случай в космическом приборостроении. Программно-математическое обеспечение для «Аргона-16» было «вылизано» и менялось почти каждый третий-пятый полет. В РКК «Энергия» появилась целая группа специалистов, которые уже знали БЦВК лучше, чем его разработчики. Приобретенный коллективом НИИ «Аргон» опыт создания и эксплуатации БЦВК «Аргон-16» был положен в основу технологии разработки нового поколения средств бортовой вычислительной техники, в том числе для российских модулей МКС, телекоммуникационных спутников «Ямал», метеорологических «Метеоров» и ряда других объектов.
«Новости космонавтики» №02, 2012 г.