Программа «Энергия»-«Буран» – громадное мероприятие, глобальное для Советского Союза, потребовавшее огромных средств и труда и принёсшее множество прорывных технических и технологических решений. А автоматическая посадка орбитальной ступени – к тому же событие мировой уникальности.
Сегодня, в честь Дня космонавтики, я помещаю здесь статью про автоматическую посадку «Бурана». Не статью, а набросок, к тому же написанный не сегодня; зато – из личного опыта.
Тем более что в этом году будет четвертьвековой юбилей этого полёта.
Те, кто давно знаком со мной, понимают, что это событие не может пройти мимо моего внимания. Потому что я участвовал в работах по «Бурану», работая в Московском опытно-конструкторском бюро «Марс». Хотя и не на самых «передовых рубежах» – я тогда был молод, года два как пришёл из армии.
Про «Буран» я до сих пор по-хорошему не написал, хотя хочу давно-давно. И сейчас не буду писать про «Буран» как таковой, потому что это должен быть не короткий пост к празднику, а настоящая статья, а скорее не одна. А вот область ответственности нашего отделения постараюсь показать.
Отделение – это подразделение в КБ, состоящее из нескольких отделов. И наше отделение делало то, что обеспечило СССР, наверное, единственный всем понятный приоритет по сравнению с американским шаттлом.
Мы, наше отделение, делали алгоритмический и программный комплекс автоматической посадки «Бурана». Насколько я знаю, у американцев такой режим предусмотрен, но ни разу не применялся. Их шаттлы всегда сажали лётчики.
Сейчас задача посадки без участия экипажа решена – ведь садятся же беспилотники, в том числе и большие. Но, по-моему, пассажирские лайнеры до сих пор не приземляются «в автомате». А тогда, я точно знаю, хорошо оборудованные аэродромы могли доводить хорошо оборудованные лайнеры до высоты 15 метров. Дальше – экипаж. Задача усугублялась тем, что аэродинамическое качество «Бурана» на дозвуке составляло примерно половину качества тогдашних пассажирских самолётов – 4,5 против 8–10. То есть корабль был «вдвое ближе к утюгу», чем нормальный стреловидный пассажирский самолёт. Что не удивляет, если сравнить их форму.
Автоматическая посадка 100-тонной громадины – очень сложная штука. Мы не делали никакого «железа», только программно-алгоритмическое обеспечение режима посадки – от момента достижения (при снижении) высоты 4 км до остановки на посадочной полосе.
Здесь я попробую очень коротко рассказать, как делалась эта алгоритмия.
***
Сначала теоретик пишет алгоритм на языке программирования высокого уровня и проверяет его работу на контрольных примерах. Этот алгоритм, который пишет один человек, «отвечает» за одну какую-нибудь, сравнительно небольшую, операцию.
Затем происходит объединение в подсистему, и её тащат на моделирующий стенд. В стенде «вокруг» рабочего, бортового алгоритма размещены модели – модель динамики аппарата, модели исполнительных органов, датчиковых систем и др. Они тоже написаны на языке высокого уровня. Таким образом, алгоритмическая подсистема проверяется в «математическом полёте».
Потом подсистемы собираются вместе и опять проверяются. А потом алгоритмы «переводятся» с языка высокого уровня на язык бортовой машины (БЦВМ). Для их проверки, уже в виде бортовой программы, существует другой моделирующий стенд, в составе которого есть бортовая ЭВМ. А вокруг неё наверчено то же, что на предыдущем этапе – математические модели. Они, конечно, модифицированы по сравнению с моделями в чисто математическом стенде.
Модель «крутится» в большой ЭВМ общего назначения. Не забывайте, это были 1980-е годы, персоналки только начинались и были совсем маломощными. Это было время мэйнфреймов, у нас стояла спарка из двух ЕС-1061. А для связи бортовой машины с матмоделью в универсальной ЭВМ нужно специальное оборудование, оно в составе стенда нужно ещё для разных задач.
Этот стенд мы называли полунатурным – ведь в нём, кроме всякой математики, была настоящая БЦВМ. На нём реализовался режим работы бортовых программ, очень близкий к режиму реального времени. Долго объяснять, но для БЦВМ он был неотличим от «настоящего» реального времени.
Когда-нибудь я соберусь и напишу, как происходит режим полунатурного моделирования – для этого и других случаев. А пока я только хочу объяснить состав нашего отделения – того коллектива, который всё это делал.
В нём был комплексный отдел, который разбирался с датчиковыми и исполнительными системами, задействованными в наших программах. Был алгоритмический отдел – эти собственно писали бортовые алгоритмы и отрабатывали их на математическом стенде. Наш отдел занимался а) переводом программ на язык БЦВМ, б) созданием специального оборудованием для полунатурного стенда (здесь я и работал) и в) программами для этого оборудования – оно ведь тоже всё было процессорное.
В нашем отделе были даже свои конструкторы, чтобы делать документацию для изготовления наших блоков. И ещё был отдел, занимавшийся эксплуатацией помянутой спарки ЕС-1061.
Выходным продуктом отделения, а значит, и всего КБ в рамках «буранной» темы, была программа на магнитной ленте (1980-е!), которую везли отрабатывать дальше.
Дальше – это стенд предприятия-разработчика системы управления. Ведь ясно же, что система управления летательного аппарата – это не только БЦВМ. Эту систему делало значительно более крупное, чем мы, предприятие. Они были разработчиками и «собственниками» БЦВМ, они набивали её множеством программ, выполняющих весь комплекс задач по управлению кораблём от предстартовой подготовки до послепосадочного выключения систем. А нам, нашей посадочной алгоритмии, в той БЦВМ отводилась только часть машинного времени, параллельно (точнее, я бы сказал, квазипараллельно) работали другие программные системы. Ведь, если мы рассчитываем траекторию посадки, то это не значит, что нам уже не нужно стабилизировать аппарат, включать-выключать всевозможное оборудование, поддерживать тепловые режимы, формировать телеметрию и прочая, и прочая, и прочая…
Однако вернёмся к отработке режима посадки. После отработки в штатной резервированной БЦВМ в составе всей совокупности программ эту совокупность везли на стенд предприятия-разработчика корабля «Буран». А там был стенд, называвшийся полноразмерным, в котором задействован целый корабль. При работе программ он помахивал элевонами, гудел приводами, щёлкал клапанами двигательных установок и всякое такое прочее. И сигналы в БЦВМ шли от настоящих акселерометров и гироскопов.
Потом я насмотрелся этого всего потом, на разгоннике «Бриз-М»; а пока моя роль была совсем скромной. За пределы своего КБ я не выезжал…
Итак, прошли полноразмерный стенд. Думаете, это всё? Нет…
Дальше была летающая лаборатория. Это Ту-154, у которого система управления настроена так, что самолёт реагирует на выработанные БЦВМ управляющие воздействия, как если бы он был не Ту-154, а «Буран». Конечно, существует возможность быстро «вернуться» нормальный режим. «Буранский» включался только на время эксперимента.
Венцом же испытаний были 24 полёта экземпляра «Бурана», сделанного специально для этого этапа. Он назывался БТС-002, имел четыре двигателя от того же Ту-154 и мог сам взлетать с полосы. Садился он в процессе испытаний, конечно, с выключенными движками, – ведь «в штате» орбитальная ступень садится в режиме планирования, на ней никаких атмосферных двигателей нет.
Сложность этой работы, а точнее, нашего программного-алгоритмического комплекса, можно проиллюстрировать вот чем. В одном из полётов БТС-002 летел «на программе» до касания полосы основными стойками шасси. Затем пилот брал управление и опускал носовую стойку. Потом опять включалась программа и вела аппарат до полной остановки.
Вот так. Опускание носового колеса – отдельный сложный режим, и его по плану работ можно было проводить только после того, как прошёл описанный полёт и была обработана и оценена вся его телеметрия.
Кстати, почему отдельный режим – это довольно-таки понятно.
Пока аппарат в воздухе, у него нет ограничений на вращения вокруг всех трёх осей. И вращается он, как положено, вокруг центра масс.
Но вот он коснулся полосы колёсами основных стоек. Что происходит? Вращение по крену теперь невозможно вообще. Вращение по тангажу идёт уже не вокруг центра масс, а вокруг оси, проходящей через точки касания колёс, и оно пока свободное. А вращение по курсу теперь сложным образом определяется соотношением управляющего момента от руля направления и силы трения колёс о полосу.
Вот такой непростой режим, столь радикально отличающийся и от полёта, и от пробега по полосе «на трёх точках». Потому что, когда на полосу опустится и переднее колесо, то – как в анекдоте: уже никто никуда не вращается…
…Добавлю, что неполадки, понятные и непонятные, со всех этапов испытаний привозились к нам, анализировались, устранялись и снова шли по всей линии, от математического стенда до БТСа в Жуковском.
***
Ну вот. Все знают, что посадка прошла безупречно: ошибка по времени 1 секунда – после трёхчасового полёта! – отклонение от оси полосы 1,5 м, по дальности – сколько-то десятков метров. Наши ребята, те, которые находились в КДП – это служебное здание возле полосы – говорили, что ощущения были – словами не выразить. Ещё бы – они-то знали, что это такое, сколько там всего правильно сработало, какие миллионы взаимосвязанных событий произошли в нужной последовательности, чтобы могло состояться это приземление.
Окраина аэродрома «Юбилейный» на Байконуре. Теперь это просто аэродром, я летал с него. А строился он как основная полоса для эксплуатации космической транспортной системы «Энергия»-«Буран». Естественно, единственный состоявшийся полёт «Бурана» завершился здесь…
И ещё скажу: «Бурана» не стало, но опыт не пропал. На этой работе вырос великолепный коллектив первоклассных специалистов, преимущественно молодых. Заряд от неё был таким, что коллектив не развалился до основания в тяжёлые годы, и это позволило как раз в оные создать систему управления разгонного блока «Бриз-М».
Это была уже не чисто программная система, тут уже была и наша БЦВМ собственной разработки, и блоки, управляющие всей бортовой машинерией – двигателями, пиропатронами, смежными системами других разработчиков и пр. И мы же делали наземный комплекс проверки и предстартовой подготовки разгонного блока.
Конечно, «Бриз» делали всем КБ. Но очень важную роль, прежде всего в создании программного комплекса, сыграли люди «Бурана» – люди, построившие и отточившие в ходе буранской эпопеи саму технологию ведения большой работы с участием сотен специалистов десятков разных профилей. И теперь у КБ, доказавшего свою состоятельность, очень много работы…
Если вы считаете, что данный текст или изображения нарушают ваши авторские и/или смежные права,
сообщите об этом администрации сайта через Гостевую книгу или на e-mail vemsev@gmail.com для принятия мер по устранению нарушения.
Роман, не понимаю! Вы же старый бвановец. Я там нет-нет, да и пишу про наше КБ - из моих там речей понятно, что именно востребован. Знаете: спутник в космосе летает, с перигея в апогей? Там, в космосе, уже несколько наших спутников, и ещё несколько на подходе и несколько начато. И более полусотни "Бризов" отработало. Я уж не говорю о том, что летает низэнько-низэнько...
Но все-таки есть ощущение, что сама концепция "Бурана" была ошибкой. Повелись наши генералы и конструкторы на американскую разводку, обезьянничали с Шаттла - и вот результат.
Мне вот кажется, что идея Рутана (связка самолета-носителя WhiteKnight и орбитального самолета SpaceShipOne) куда более нажористая. Стоило копать в эту сторону.
Я согласен – концепция ошибочна, причём, по-моему, не только для сегодня, но и на видимую перспективу. Центральная, с моей точки зрения, ошибка: незачем делать пилотируемые большегрузы для работы в близком космосе. Потом когда-нибудь, когда будем запросто летать в Центавр за анобтанием, тогда всё будет запросто…
А пока не запросто, надо людей возить отдельно, а тонныотдельно. Понятно, почему американы захотели так сделать: у них же перед глазами стояла починка, доснабжение, модернизация аппаратов в космосе, снятие с орбиты для починки на Земле… как тут без Брюса Уиллиса?
Однако ж я думаю, что не разводка это была, а честная вера вскорое наступление светлого космического будущего. Наши, кстати, до перехода к шаттловой концепции прикидывали свой большой пилотируемый крылатый грузовик. Примерно такого же размера, с ракетным выведением, аэродинамическим торможением, боковым манёвром и парашютной посадкой; точнее, не столько крылатый, сколько несущий корпус. То есть тоже верили в скорое космическое будущее.
В общем-то, и тогда, в конце 1960-х, народ не сомневался в преимуществах горизонтального выведения. Сколько было проектов… Но прикинули, и оказалось, что это требует таких денег… И, главное, сопряжено с таким техническим риском… Вот же наша «Спираль»: орбитальную ступень, считай, почти сделали, – а к разгонщику даже толком не приступали… Шестимаховый водородный сразу отложили на «второй этап», но и четырёхмаховый турбореактивный тоже почти и не начали, даже на ватманах…
Так что и шаттл-то был компромиссом – может быть, поэтому особенно «не оправдал».
А Рутана я бы здесь не рассматривал. Ну что такое ему нужно– малость больше 1 км/с. Когда надо на орбиту, т.е. 8 км/с, то – или делайте разгонщик на много-много махов, или, если, как у Рутана, на дозвуке, то поднимайте в стратосферу почти такую же ракету, какая стартует с Земли. Ну, не совсем, конечно, такую; но тут уже вступает баланс плюсов и минусов… он пока что отрицательный.
А гиперзвуковой разгонщик… Вон, немцы лет 20 рисуют свой«Зенгер-2», и ещё лет 30 будут рисовать.
Видимо, я неправильно сформулировал вопрос. Надо было, пожалуй, сказать так: востребован ли современной космонавтикой опыт собственно "Бурана", а именно - системы и методы автоматической посадки МКК, ежели такие корабли отсутствуют как класс?
Полагаю, что этот конкретный опыт не востребован: никто кнам не обращался с подобной тематикой. Но я-то говорил не об этом. Я говорил о том, что частенько остаётся для нас за кадром; а я на примере «Бурана» осознал, насколько это и важно, и непросто. Я говорил, выражаясь пафосно, об инженерной школе – аналогично научной.
«Буран» делался много лет, и если бы Вы знали, сколько было там всяких неприятностей и накладок! В преодолении их, набивая шишки на своих ошибках и чужих – если кто думает, что чужие ошибки не оставляют шишек на вашем темени, тот ошибается… За годы, без дураков говорю, напряжённой работы выработалась ТЕХНОЛОГИЯ создание сложных программно-алгоритмических комплексов. (Странно, почему принято писать так – сначала программа, потом алгоритм; в реальности-то наоборот).
Выработалась эта технология и понимание, что результат можетбыть гарантирован только при её неукоснительном исполнении. Я не утверждаю, что наша, так сказать, этапизация разработки ПМО – единственно верная; но то, что она РАБОТАЕТ, это я утверждаю. И ещё утверждаю, что те, кто не понимает важности вот такой технологии, терпят провалы. Я об этом неоднократно писал, в частности, при обсуждении «Фобос-грунта».
Мы этот опыт проверили потом на «Бризе», а теперь он определяет весь порядок создания ПМО для многочисленных уже спутников, системы управления которых делаем мы. И выясняется, что программные комплексы на них работают хорошо, НАДЁЖНО – почти совсем нет внезапно вылезших ошибок, то есть не выявленных на многочисленных этапах отработки. Потому что – технология!
Вот эту востребованность я имел в виду. И, знаете, онаважнее конкретного программного комплекса, посадившего «Буран». Хотя он, конечно, ярче и заметнее.
Порадуйте нас подробностями об отказе разгонника "Бриз-М", который не смог вывести на нужную орбиту спутник "Ямал-402" 8 декабря 2012 года.
Ну или вот 1 февраля 2011 г. неудачей завершилась попытка запустить с космодрома Плесецк геодезический спутник "Гео-ИК 2" из-за отказа разгонного блока "Бриз-КМ".
Или вот - Роскосмос потерял два спутника связи — российский "Экспресс-МД2" и индонезийский Telkom-3. Разгонный блок "Бриз-М" не смог вывести их на расчетную орбиту.
Разгонный блок «Бриз-М» не раз становился причиной крупных неудач в космической отрасли.
Насколько я знаю, Роскосмос отозвал все "Бризы" на переборку и тотальную перепроверку.
Упс?
Я это к тому, что опыт-то опытом, и технология технологией, но когда на заводах бардак, рабочие вечно бухие, а начальники думают в первую голову о том, что бы еще украсть - никакой опыт и технология уже ничего не решат.
Поэтому лично мне чрезвычайно интересны КОНКРЕТНЫЕ ОТКАЗЫ вот этих вот стартов. Из них можно прикинуть - в каком месте прогнила система.
Про декабрьский запуск знаю - это именно наша ошибка, и именно из-за нарушения технологии отработки ПО. То есть разгильдяйство или, другими словами, бардак.
"Бриз-КМ" - это не наша машина, совсем другая, для лёгкого "Рокота". А наш - для "Протона".
Не знаю, смогу ли выяснить и, главное, выдать на всеобщее обозрение причины отказов - Вы же понимаете мою лояльность... Про отзыв и переборку спрошу непременно. Да и про остальное спрошу.
Одного не понимаю: почему "порадуйте". Как-то это язвительно, что ли. Вы считаете, что мои слова про коллектив и технологию - песни скворца на рассвете?
Давайте ещё спою. У нас начальники не только о том думают, что бы украсть. Я у наших начальников на оперативках 20 лет просидел, более или менее их знаю. И рабочие бухие не вечно. Да и не рабочие заняты на стендах, а инженеры.
Кроме всего прочего, разгонник не из одних программ состоит, и даже не из одной только системы управления.
Вы не обижайтесь, я просто хочу немножко приземлить тему. А то технология да надежно - а в реальности отказ за отказом, и все друг на друга пальцем тычут, поскольку свое-то не пахнет, привычно, уже и не замечают.
Вы же помните, как Фобос-Грунт полетел? А ведь в Лавочке наверняка тоже думают, что у них надежно и технология. Даже стенд делать не стали.
Э-э-э-э, нет! Про Лавочку, про Фобос, мне рассказывал парень, который с ними работает в нашем КБ. Там история вполне скандальная, оно и тогда выплёскивалось в публику. Так вот, парень рассказывает, что старые спецы отстранились от этой работы (Фобос) как чёрт от ладана. Там же года за два-три до срока пуска сменили руководителя, у к нему была большая оппозиция среди стариков, "выпускная" команда составилась из малоопытных ребят - под стать новому начальнику.
Но даже и эти понимали, что дело швах, но откладывать было нельзя! Следующее окно было через годы, к тому времени у элементной базы попросту закончится гарантия. Так что выбор был трагический: пускать что есть или просто закрыть тему. Я бы, наверное, тоже выбрал - пускать... Хотя бы чтобы вещественное доказательство улетело...
И вообще, на Лавочке долгие годы что-то непонятное творилось. Отсутствие военной приёмки - это ж как до такого можно было дойти! У нас, кстати, я до последнего с военпредами общался. И отсутствие стенда - это и есть вопиющее отсутсвие технологии. Так что, нет, Лавочка - плохой пример, на мой взгляд.
Хотя вообще с посылом не поспоришь: все расскажут тебе, что у них квалификация, технология и контроль, и будешь только руками разводить: отчего ж оно падает-то?
Из очевидных соображений энергетики. Самолет с турбореактивными двигателями (которые, как известно, используют в качестве окислителя атмосферный воздух) может поднять ракетные ступени на высоту в 20 километров и разогнать их до скорости, скажем, в 2.5 маха - израсходовав весьма скромное (по ракетным меркам) количество авиакеросина. Затем ракета сбрасывается и далее осуществляет разгон на обычных ракетных технологиях, а носитель садится на аэродром.
Кстати - и следующая ступень может быть тоже не ракетной, а на основе ПВРД. Опять-таки экономия на окислителе.
Итого выгоды:
1. Многоразовая первая ступень (самолет-носитель) 2. Экономия горючего и окислителя, меньшая стартовая масса всей системы 3. Старт с аэродрома - не нужен стартовый стол 4. Резко уменьшается опасность для персонала - классический самолетный взлет куда безопаснее ракетного вертикального старта, запуск ракеты в набегающем потоке на высоте в 20 километров тоже куда как безопаснее оного вертикального старта, есть запас высоты и времени для спасения космонавтов (если ракета обитаемая) и т.д.
Вместо этого США пошли по куда более тупой схеме - "приделаем орбитальный самолет на ракету". И мы за ними следом.
Продолжаю сеять марк и пессимизмB) Всё так, но сложность, технический риск... Если бы "золотой миллиард" не сосредоточился на набивании пуза - в широком смысле, - а думал о будущем, то сейчас, наверное, такая система была бы уже на подходе. А при тех средствах и силах, которые можно, не слишком обижая электорат, оттягивать на космические программы, не надо было и с шаттлом-"Бураном" затеваться.
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи. [ Регистрация | Вход ]
Там, в космосе, уже несколько наших спутников, и ещё несколько на подходе и несколько начато. И более полусотни "Бризов" отработало. Я уж не говорю о том, что летает низэнько-низэнько... 
