Εξέλιξη συστημάτων ελέγχου πρώιμων σοβιετικών διαστημικών σκαφών

Μοντέλο του "Sputnik-1" με επίδειξη εσωτερικών συσκευών. Φωτογραφία του Μουσείου Κοσμοναυτικής
Είναι δύσκολο να φανταστεί κανείς ένα σύγχρονο διαστημόπλοιο, μιας χρήσης ή επαναχρησιμοποιήσιμο, εγχώριο ή ξένο, χωρίς ένα περίπλοκο σύστημα ελέγχου που βασίζεται σε υπολογιστές υψηλής απόδοσης. Ωστόσο, αυτό δεν συνέβαινε πάντα. Τα πρώιμα σοβιετικά διαστημόπλοια δεν διέθεταν κανένα σύστημα ελέγχου. Στη συνέχεια, οι πρώτες απλές συσκευές εμφανίστηκαν στις συσκευές και η περαιτέρω εξέλιξή τους οδήγησε στην εμφάνιση πλήρους πολυλειτουργικών υπολογιστών.
Σε μια προκαθορισμένη διαδρομή
Οι εγχώριοι και ξένοι ανιχνευτές και συσκευές που χρησιμοποιήθηκαν σε πρώιμα πειράματα και έρευνες στον τομέα της τεχνολογίας πυραύλων και διαστήματος δεν διέθεταν ολοκληρωμένα συστήματα ελέγχου. Στο πλοίο υπήρχαν συσκευές αυτοματισμού για μεμονωμένες μονάδες και συστήματα, αλλά δεν παρείχε τη δυνατότητα πλήρους ελέγχου πτήσης. Επιπλέον, εκείνη την εποχή δεν χρειαζόταν.
Για παράδειγμα, ο πρώτος τεχνητός δορυφόρος της Γης SP-1 (Sputnik-1), που εκτοξεύτηκε τον Οκτώβριο του 1957, είχε μια μπαταρία, έναν ραδιοπομπό, ένα σύνολο αισθητήρων και ψυκτικό εξοπλισμό. Δεν υπήρχαν συσκευές για τον προσδιορισμό των συντεταγμένων και της θέσης στο διάστημα, καθώς και για τον έλεγχο πτήσης. Ο δορυφόρος έπρεπε να κινηθεί κατά μήκος της τροχιάς που καθορίστηκε όταν εκτοξεύτηκε.

Μοντέλο του «Sputnik-2». Στο πεζό υπήρχε μια «καμπίνα» με θέση για σκύλο. Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Το επόμενο Sputnik-2 κατασκευάστηκε σύμφωνα με μια παρόμοια αρχή, το ωφέλιμο φορτίο του οποίου ήταν το κοντέινερ με τον σκύλο Laika. Στο πλοίο υπήρχαν όργανα μόνο για τη συλλογή και τη μετάδοση δεδομένων για την κατάσταση του ζώου. Ωστόσο, προβλέφθηκε και η αυτοματοποίηση ορισμένων διαδικασιών, όπως η ψύξη ενός κατοικήσιμου εμπορευματοκιβωτίου.
τηλεχειριστήριο
Ακόμη και στο στάδιο της προκαταρκτικής μελέτης, κατέστη σαφές ότι η πολλά υποσχόμενη διαστημική τεχνολογία θα έπρεπε να έχει ορισμένα μέσα ελέγχου. Ανεξάρτητα ή με εντολές από τη Γη, οι δορυφόροι πρέπει να ενεργοποιούν όργανα, να διεξάγουν έρευνα κ.λπ. Τέτοια προβλήματα σχεδίασης είχαν λυθεί ήδη από τις αρχές του 1958 κατά τη δημιουργία του επόμενου διαστημικού σκάφους.
Τον Μάιο του 1958, το Sputnik-3 ή αντικείμενο D τέθηκε σε τροχιά. Για πρώτη φορά στην εγχώρια πρακτική, αυτή η συσκευή έλαβε τα μέσα αυτόματου και τηλεχειρισμού. Το ενσωματωμένο συγκρότημα οργάνων μπορούσε να λαμβάνει και να εκτελεί εντολές από το σταθμό ελέγχου εδάφους. Στο σκάφος υπήρχαν 12 επιστημονικά όργανα για διάφορους σκοπούς, τα οποία άνοιγαν και σβήνονταν με εντολή ή με συσκευή προγραμματισμού χρόνου. Επιπλέον, σε ορισμένα σημεία της τροχιάς, όπου δεν υπήρχε σύνδεση με τη Γη, ενεργοποιήθηκε αυτόματα η εγγραφή τηλεμετρίας σε μαγνητική ταινία. Μετά την αποκατάσταση της σύνδεσης, μεταδόθηκαν οι καταγεγραμμένες πληροφορίες.

"Sputnik-3" / "D" στο στάδιο της συναρμολόγησης. Φωτογραφία από RGANTD
Σύντομα, το τηλεχειριστήριο ραδιοφωνικών εντολών χρησιμοποιήθηκε στον τομέα της διαπλανητικής έρευνας. Ξεκινώντας το φθινόπωρο του 1958, η ΕΣΣΔ έκανε αρκετές προσπάθειες να στείλει αυτόματους διαπλανητικούς σταθμούς στη Σελήνη. Οι πρώτες εκτοξεύσεις κατέληξαν σε ατυχήματα και μόνο τον Ιανουάριο του 1959, το Luna-1 AMS μπόρεσε να περάσει κοντά στον φυσικό δορυφόρο της Γης. Τον Σεπτέμβριο του ίδιου έτους, το διαστημόπλοιο Luna-2 προσγειώθηκε στο φεγγάρι για πρώτη φορά - σκληρά, με την καταστροφή της δομής.
Στα πρώιμα προϊόντα Luna υπήρχε ένα σύνολο οργάνων μέτρησης για διάφορους σκοπούς, συσκευές για την παρακολούθηση της λειτουργίας τους, καθώς και ένας ραδιοφωνικός σταθμός για τη λήψη εντολών και τη μετάδοση τηλεμετρίας. Για την πτήση προς τη Σελήνη εγκαταστάθηκαν σταθμοί στο λεγόμενο. μπλοκ "E" - το τρίτο στάδιο του φέροντος πυραύλου "Vostok-L" με δυνατότητα τηλεχειρισμού. Η μονάδα ήταν υπεύθυνη να φέρει το AMS στην υπολογισμένη τροχιά.
Μετά την εκτόξευση, η πτήση του πυραύλου Vostok-L με το Luna παρακολουθήθηκε από το έδαφος από εξοπλισμό ραντάρ, που δημιουργήθηκε αρχικά για τη δοκιμή βαλλιστικών πυραύλων. Τα δεδομένα τροχιάς ελήφθησαν και υποβλήθηκαν σε επεξεργασία από ειδικό σύστημα υπολογιστή που βασίζεται στη μηχανή BESM-2. Όταν το γινόμενο «Ε» με τη «Σελήνη» παρέκκλινε από τη βέλτιστη τροχιά, το σύμπλεγμα σχηματίστηκε και του μετέδωσε εντολές για τη διόρθωση της τροχιάς. Σε γενικές γραμμές, ένα τέτοιο σύστημα είχε καλή απόδοση, αν και υπήρχαν σφάλματα.

Αυτόματος σταθμός "Luna-2". Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Νέες δυνατότητες
Τα πρώιμα διαστημόπλοια μπορούσαν να πετάξουν μόνο κατά μήκος μιας προ-υπολογισμένης τροχιάς, η οποία εκτοξεύτηκε από όχημα εκτόξευσης ή ανώτερο στάδιο. Για την περαιτέρω ανάπτυξη των διαστημικών προγραμμάτων, ήταν απαραίτητο να αναπτυχθούν κάποια εργαλεία ελέγχου που θα επέτρεπαν στη συσκευή να προσανατολίζεται στο διάστημα και να εκτελεί ελιγμούς.
Οι πρώτες επιτυχίες προς αυτή την κατεύθυνση σημειώθηκαν κατά την ανάπτυξη του Luna-3 AMS, το οποίο εκτοξεύτηκε με επιτυχία τον Οκτώβριο του 1959. Ένα πρωτότυπο φωτοτηλεμετρικό σύστημα προσανατολισμού Chaika δημιουργήθηκε για αυτόν τον σταθμό. Περιλάμβανε οπτικά στοιχεία που καθόριζαν τη θέση του Ήλιου και της Σελήνης σε σχέση με το AMS, μια υπολογιστική συσκευή και μηχανές ελιγμών. Ο επιστημονικός εξοπλισμός του σταθμού, όπως και πριν, λειτούργησε σύμφωνα με το καθιερωμένο πρόγραμμα ή εντολές από το κέντρο ελέγχου.
Ήταν η παρουσία του συστήματος «Chaika» που επέτρεψε στο «Luna-3» να φωτογραφίσει τον φυσικό δορυφόρο της Γης, συμπ. η πίσω πλευρά του. Στο μέλλον, οι εξελίξεις σε αυτό το σύστημα και οι κύριες ιδέες του χρησιμοποιήθηκαν ενεργά σε άλλα έργα διαστημικής τεχνολογίας.

"Luna-3" με το σύστημα προσανατολισμού "Seagull". Γραφικά Astronaut.ru
Αυτόνομος έλεγχος
Από το 1957, η ανάπτυξη ενός πολλά υποσχόμενου επανδρωμένου διαστημικού σκάφους, που στη συνέχεια ονομάστηκε Vostok, βρίσκεται σε εξέλιξη. Έλαβε αυτόματα και χειροκίνητα συστήματα ελέγχου που αντιγράφουν το ένα το άλλο. Όλα τα μέσα διακρίνονταν από μια ορισμένη απλότητα και αντιστοιχούσαν στις εργασίες που είχαν τεθεί. Έτσι, ο εξοπλισμός κατέστησε δυνατή την εκτέλεση προσανατολισμού σε τροχιά και την κάθοδο. Άλλες λειτουργίες ουσιαστικά απουσίαζαν. Για τον προσανατολισμό στο διάστημα, το πλοίο διέθετε ένα σύνολο κινητήρων χαμηλής ισχύος που ελέγχονταν από αυτοματισμό ή αστροναύτη.
Η οριζόντια ευθυγράμμιση πραγματοποιήθηκε με τη χρήση αισθητήρων υπερύθρων. Κατά μήκος του άξονα της τροχιάς, το πλοίο οδηγήθηκε από τον Ήλιο (αυτόματα) ή από τη Γη, χρησιμοποιώντας τη συσκευή Vzor (χειροκίνητα). Ανεξάρτητα ή κατόπιν εντολής, ο αυτοματισμός θα μπορούσε να πραγματοποιήσει μια κάθοδο από την τροχιά χρησιμοποιώντας ένα σύστημα πρόωσης πέδησης. Ο κοσμοναύτης κλήθηκε να εκτελέσει αυτές τις εργασίες με τη βοήθεια της συσκευής πλοήγησης Globus, η οποία υπολόγισε την κατά προσέγγιση περιοχή προσγείωσης.
Τον Μάιο του 1960, πραγματοποιήθηκε η πρώτη εκτόξευση ενός πειραματικού Vostok σε μη επανδρωμένη διαμόρφωση. Η συσκευή με την ονομασία "Sputnik-4" δεν μπορούσε να επιστρέψει στη Γη λόγω βλάβης στο σύστημα προσανατολισμού. Στη συνέχεια πραγματοποιήθηκαν πολλές ακόμη εκτοξεύσεις, συμ. με ωφέλιμο φορτίο με τη μορφή επιστημονικού εξοπλισμού, ζώων και ανδρεικέλων. Για παράδειγμα, στις 19 Αυγούστου 1960, οι περίφημες Belka και Strelka πήγαν στο διάστημα. Για προφανείς λόγους, αυτές οι πτήσεις χρησιμοποιούσαν μόνο αυτόματο και τηλεχειριστήριο.

Ο πίνακας οργάνων του επανδρωμένου διαστημόπλοιου «Vostok». Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Τελικά, στις 12 Απριλίου 1961, πραγματοποιήθηκε η πρώτη πτήση του Vostok σε επανδρωμένη διαμόρφωση. Υπό τον έλεγχο του πρώτου πιλότου-κοσμοναύτη στον κόσμο Yu.A. Το πλοίο του Γκαγκάριν έκανε μία τροχιά και επέστρεψε με επιτυχία στη Γη. Τα επόμενα δύο χρόνια, πραγματοποιήθηκαν πέντε ακόμη εκτοξεύσεις διαστημικού σκάφους Vostok με αστροναύτες και μεγάλος αριθμός μη επανδρωμένων δοκιμών. Όλες αυτές οι δραστηριότητες επιβεβαίωσαν τη λειτουργικότητα των νέων συστημάτων ελέγχου.
Ενσωματωμένος υπολογιστής
Ήδη κατά την ανάπτυξη του διαστημικού σκάφους Luna ή Vostok, Σοβιετικοί ειδικοί εργάζονταν σε περαιτέρω τρόπους ανάπτυξης συστημάτων ελέγχου για διαστημόπλοια και AMS. Έτσι, στα τέλη της δεκαετίας του πενήντα, ξεκίνησε η έρευνα για το θέμα της αποστολής διαστημικών σκαφών στον Άρη. Αρχικά, οι εργασίες πραγματοποιήθηκαν στο πλαίσιο του προγράμματος 1Μ.
Η χρήση ραδιοφωνικού ελέγχου εντολών σε ένα τέτοιο πρόγραμμα ουσιαστικά αποκλείστηκε. Ξεχωριστά αυτοματοποιημένα εργαλεία, όπως και σε προηγούμενα έργα, είχαν επίσης τα μειονεκτήματά τους. Από αυτή την άποψη, αποφασίστηκε να δημιουργηθεί το λεγόμενο. μια υπολογιστική μονάδα που βασίζεται σε έναν ενσωματωμένο κεντρικό υπολογιστή, στον οποίο θα συνδέονται όλα τα άλλα συστήματα AMS. Το έργο της δημιουργίας SRB επιλύθηκε με επιτυχία, επιπλέον, με την εισαγωγή νέων λύσεων και μιας σύγχρονης βάσης εξαρτημάτων. Στην πραγματικότητα, επρόκειτο για έναν ενσωματωμένο υπολογιστή που εκτελεί όλες τις εργασίες κατά τη διάρκεια της πτήσης.

AMS "Mars-1960" με έναν πλήρη ενσωματωμένο υπολογιστή. Φωτογραφία από Wikimedia Commons
Στο πλαίσιο του προγράμματος 1M, κατασκευάστηκαν δύο σταθμοί Mars-1960. Έπρεπε να πετάξουν αυτόματα κοντά στον Άρη, να συλλέξουν επιστημονικά δεδομένα και να τα μεταδώσουν στη Γη. Η εκτόξευση και των δύο AMS πραγματοποιήθηκε τον Οκτώβριο του 1960 και οι δύο εκτοξεύσεις κατέληξαν σε ατυχήματα - οι σταθμοί κάηκαν στην ατμόσφαιρα. Δεν ήταν δυνατό να δοκιμαστεί το SRB κατά την πτήση.
Ωστόσο, οι εξελίξεις σχετικά με την ιδέα του SRB δεν έχουν εξαφανιστεί. Σύντομα ξεκίνησε η ανάπτυξη του «βαρέως διαπλανητικού πλοίου» TMK, το οποίο αποφάσισαν επίσης να εξοπλίσουν με ένα ενιαίο συγκρότημα υπολογιστών. Αυτό το έργο δεν στέφθηκε με επιτυχία, αλλά οι προγραμματιστές του κατάφεραν να προχωρήσουν ξανά στη δημιουργία υπολογιστών για το διάστημα.
Τέλος, ως μέρος των εργασιών της TMK, διαμορφώθηκε και επεξεργάστηκε τελικά η ιδέα ενός ενιαίου υπολογιστή οχήματος που θα είναι υπεύθυνος για όλες τις λειτουργίες και θα βοηθά το πλήρωμα. Σύντομα αυτή η ιδέα χρησιμοποιήθηκε στη δημιουργία του επανδρωμένου διαστημικού σκάφους Soyuz, των τροχιακών σταθμών Salyut και σε μια σειρά άλλων έργων.

Ένα από τα μπλοκ του πρώιμου ενσωματωμένου υπολογιστή για το διαστημόπλοιο Soyuz. Φωτογραφία habr.com
εξελικτικές διαδικασίες
Στη δεκαετία του 'XNUMX και του 'XNUMX, η ανάπτυξη του πυραύλου και της διαστημικής σφαίρας προχώρησε με υψηλούς ρυθμούς. Βασικά γεγονότα που καθόρισαν την περαιτέρω ανάπτυξη της κοσμοναυτικής συνέβησαν με αξιοζήλευτη κανονικότητα και συχνά χώριζαν λίγους μήνες. Παράλληλα, στον κλάδο απασχολούνταν μεγάλος αριθμός επιχειρήσεων και ειδικών από διαφορετικούς τομείς, γεγονός που συνέβαλε στην ταχεία επίλυση προβλημάτων.
Αυτές οι τάσεις φαίνονται καλά από την εξέλιξη των συστημάτων ελέγχου για διαστημόπλοια και πλοία. Έτσι, το 1957, ο Sputnik-1 μπήκε σε τροχιά χωρίς κανένα μέσο ελέγχου και ήδη το 1960 κατασκευάστηκε και εκτοξεύτηκε ένα AMS με έναν πολυλειτουργικό ενσωματωμένο υπολογιστή. Ταυτόχρονα, διαμορφώθηκαν οι κύριες ιδέες και έννοιες, οι οποίες εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται στην αστροναυτική - αλλά ήδη στο σύγχρονο τεχνικό επίπεδο.
Εγγραφείτε και μείνετε ενημερωμένοι με τα τελευταία νέα και τα πιο σημαντικά γεγονότα της ημέρας.
πληροφορίες