Embed Size (px)
Citation preview
ЗАКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО «НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР «АЛЬФА-М»
Ю.А. Тяпченко
СИСТЕМЫ ОТОБРАЖЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ «МИР» и ТРАНСПОРТНОГО КОРАБЛЯ «СОЮЗ»
Системы отображения информации космической станции «МИР» и
транспортного корабля «СОЮЗ» / Тяпченко Ю.А.; Закрытое акционерное
общество «Научно-технический центр «Альфа-М». – Жуковский.
Московская область, 2012. – 54 с.: ил. – Библиогр.: 5 назв.– Рус.– Деп. в
ВИНИТИ 25.07.2012 г. № 324-В2012. Указатель № 9, 2012 г.
г. Жуковский, Московская область 2012 г.
Система отображения информации (СОИ) это средства
обеспечения деятельности космонавтов при управлении и
техническом обслуживании космической станции или пилотируемого
космического аппарата и их систем.
СОИ состоит из двух интерфейсов: эргономического (ЭИ) и
аппаратного (АИ). АИ это технические средства представления
космонавтам информации, средства ввода данных в вычислительные
системы, средства подачи команд, ручки управления движением изделия,
средства сопряжения с бортовыми системами и конструкцией изделия.
ЭИ это форма и методы представления операторам информации,
форма органов управления и способы манипулирования ими.
Научно-технический уровень АИ и ЭИ определяет уровень
автоматизированных систем управления (АСУ), приборного оборудования,
вычислительной техники, инженерной психологии, эргономики и дизайна
и др.. Для того, чтобы оценить место СОИ ДОС «МИР» и ПКА «СОЮЗ»,
как одного из средств обеспечения пилотируемых космических программ,
целесообразно соотнести их к СОИ других объектов. Ниже предлагается
один из подходов к указанной выше оценке.
Раздел имеет следующую структуру:
– дается классификация СОИ по поколениям,
– анализируются причины существенной трансформации СОИ ДОС
«Салют» при создании системы управления ДОС «МИР»,
– представляются СОИ «Плутон», «Меркурий», «Нептун»
разработки СОКБ КТ НИИАО1,
– представляется коллектив создателей СОИ и кооперация,
– излагаются основные результаты, достигнутые в рамках
программы «МИР».
1 СОКБ КТ НИИАО – специализированное ОКБ космической техники НИИ авиационного оборудования (директор, главный конструктор Сергей Александрович Бородин) является правопреемником СОКБ ЛИИ – специализированного ОКБ Летно-исследовательского института (Руководители и главные конструкторы.: до 1975 г. – С.Г. Даревский, с 1975г – С.А. Бородин)
2
Этапы развития СОИ пилотируемых космических объектов
В истории пилотируемой космонавтики выделяется пять поколений
систем отображения информации СОИ, которые отличаются уровнем
сжатия команд-информации или уровнем интеграции средств отображения
информации и органов управления и методами представления
информации2.
1-е поколение СОИ
Это СОИ ПКА «Восток», «Восход», отдельные пульты и приборные
доски других ПКА и орбитальных станций (ОС). Для первого поколения
СОИ ПКА характерным является заимствование из авиации
многоканальных принципов управления агрегатами систем объекта и
подачи управляющих команд и отображения сигнальной и аналоговой
информации. Вместе с тем на этом этапе были созданы принципиально
новые компактные ручки управления движением корабля вместо
авиационного штурвала, комбинированный индикатор местоположения и
посадки (ИМП), индикатор временной комбинированный (ИВК), с
помощью которого впервые в мировой практике был реализован
программно-временной способ отображения информации и подачи
команд.
2-е поколение СОИ
Отечественные ПКА отличаются высоким уровнем автоматизации
процессов управления. В таких системах преобладает двухпозиционная
сигнальная информация и дискретное управление системами и режимами
полета. В многоканальных системах каждому объекту управления
соответствуют свой орган управления (тумблер, кнопка и др.) и отдельный
сигнализатор. В больших системах количество команд и сигналов
2 Тяпченко Ю.А. Системы отображения информации пилотируемых космических аппаратов. Проблемы информатизации: теоретический и практический журнал // Российская академия наук. Министерство науки и технологий Российской Федерации.– М.– 1999.– вып.1.– С. 46-52
3
превышает сотни и тысячи единиц. Для представления большего
количества команд и сигналов требуются большие площади пультов, что
неприемлемо для объектов с ограниченными объемами и массой. Поэтому
история развития СОИ отечественных ПКА связана с поиском методов
отображения больших объемов сигнальной информации и выдачи
большого количества команд с помощью малогабаритных средств.
Результатом этого поиска явилось обоснование и внедрение систем
отображения и управления на основе принципов избирания объектов
управления и контроля. На основе этих принципов были созданы
компактные устройств с матричным способом избирания объектов
управления и развернутой и свернутой формами представления
сигнальной информации КСП и КСУ.
Структуры КСП и КСУ представлены на рисунках 1 и 2. КСП это
командно-сигнальное поле, с помощью которого реализуется матричный
способ управления и развернутый способ представления сигнальной
информации – первая свертка командно-информационного поля (КИП).
КСУ – командно-сигнальное устройство, в котором применяется
матричный способ избирания объектов для контроля и управления –
вторая свертка КИП. Иначе, КСУ это КСП, в котором свернуто сигнальное
информационное поле.
Второе поколение СОИ – это СОИ, в которых реализуется первая
свертка КИП. Примером пульта СОИ второго поколения является пульт
корабля 3КВ № 6, представленный на рисунке 3.
Матричный способ избирания объектов управления был базовым для
бортовых комплексов управления (БКУ) кораблей «Зонд» (СОИ
«Сатурн»), Н1-Л3 (СОИ «Уран», «Орион», «Луч») и др. Матричный способ
это частный случай иерархического способа избирания объектов
управления.
Существенным достижением на этом этапе является решение задачи
пространственного разделения командного и информационного полей.
4
Этот принцип реализован в СОИ «Мирзам» ДОС «Салют» и «МИР» и в
СОИ «Плутон» и «Меркурий» ДОС «МИР».
3-е поколение СОИ
СОИ третьего поколения, это СОИ, в которых реализуется вторая
свертка КИП, т.е. свертка информационного поля КСП. Пульты этого типа
в документации получили название командно-сигнальных устройств
(КСУ).
В СОИ осуществлена свертка информационного поля аналоговых
параметров, введены устройства обмена информацией с вычислительными
системами БКУ, обеспечены отображение телевизионной информации и
совмещение ее с аналоговой измерительной. Основными средствами
становятся многофункциональные индикаторы на основе вакуумных
трубок, электролюминесценции, газоразрядных индикаторов.
Представителем этого поколения являются СОИ семейства «Сириус»
кораблей «СОЮЗ-7К», «СОЮЗ-М», «СОЮЗ-А8», ДОС «Салют». В этих
системах существенное развитие получил принцип программно-
временного представления информации.
4-е поколение СОИ
Одной из основных особенностей СОИ объектов с высоким уровнем
автоматизации процессов управления, как показано в диссертации автора3,
является преобладание сигнальной двухпозиционной информации и
дискретных команд управления. Среди сигнальной информации мы
выделяем информацию о состоянии и режимах работы агрегатов. Каждому
агрегату в этом случае соответствует свой сигнал и своя прямая и обратная
команды. Совокупность сигнала и команды образует команд-информацию.
3 Ю.А. Тяпченко. Разработка и исследование компактных систем отображения информации пилотируемых космических объектов: Дис., канд. техн. наук:19.00.03.– Защищена 17.03.1983; Утв. 20.07.83. – г. Жуковский, Моск. обл.– 1981.– 193 с.– Библиогр.: с.176-193.
5
Пульты, обеспечивающие операторов команд-информацией называются
командно-сигнальными пультами.
Командно-сигнальные пульты могут быть представлены двумя
крайними типами:
– Пульт с одной кнопкой и одним сигнализатором.
– Пульт с количеством сигналов и команд, равным количеству
управляемых агрегатов.
Все мыслимое множество пультов располагается между двумя этими
типами. На рисунке 4 в виде диаграммы показана эволюция пультов от
многоканального к одноканальному:
– многоканальный пульт, пульт с количеством органов управления
(N) и сигнализаторов контроля состояния управляемых агрегатов (N)
равным количеству объектов управления (N) – командно-сигнальный
пульт многоканальный (КСПмнк),
– командно-сигнальный пульт с матричным способом избирания и
многоканальным способом представления информации (КСПмтр-мнк4),
– командно-сигнальный пульт с иерархическим способом избирания
объектов управления и многоканальным способом представления
информации (КСПиер-мнк), это пульты с пространственным разделением
органов избирания объектов управления и сигнализаторов состояния
агрегатов,
– командно-сигнальный пульт с матричным способом избирания
объектов управления и матричным способом вызова сигнальной
информации для отображения на сигнальных дискретных индикаторах
(КСПмтр-мтр5),
– командно-сигнальный пульт диалогового типа – пульт с
избиранием объектов управления с помощью устройств управления
маркером и соответствующей этой форме отображения информации на
4 В документации по СОИ и СУБК пульты данного типа именуются командно-сигнальными полями5 В документации по СОИ пульты данного типа именуются командно-сигнальными устройствами – КСУ
6
экранном индикаторе – командно-сигнальный пульт
многофункциональный (КСПмфпу).
В четвертом поколении СОИ ПКА практически было завершено
решение задачи синтеза командно-сигнальных пультов СОИ, как одного из
основных средств обеспечения деятельности космонавтов Российских
ПКА при управлении бортовыми системами. В этом поколении СОИ
подача команд обеспечивается с помощью многофункциональных
устройств. Одновременно в рамках этого поколения происходит
интеграция командно-сигнальных пультов и систем отображения
пилотажно-навигационной информации и измерительных систем и др. Все
это способствует тому, что в информационном обеспечении космонавтов
важную роль играют ЭВМ бортового вычислительного комплекса (БВК) и
дисплейные системы (ДС). Примером этого поколения систем является
СОИ ВКС Буран6.
Таким образом, Четвертое поколение СОИ ПКА есть первое
поколение электронных интегрированных СОИ.
5-е поколение СОИ
Это СОИ с высоким уровнем интеграции средств и методов
отображения информации. Принципиальным отличием СОИ 5-го
поколения от 4-го является введение в их состав собственных
вычислительных систем, видеопроцессоров, графических адаптеров и др.
В этих системах начинают реализовываться принципы диалоговых систем
с использованием графики, текста, звука, речи и др., системы поддержки
операторов, электронные системы технического обслуживания и т.д.
Основой эргономического интерфейса становится человеко-компьютерный
интерфейс (ЧКИ). Первыми представителями этого поколения являются
СОИ служебного модуля МКС и модернизируемого корабля «СОЮЗ-
ТМА».6 Ю.А. Тяпченко. Система отображения информации ОК «Буран» // Научно-технический журнал «Авиакосмическая техника и технология». РИА секция «Авиакосмическая».– 4/98.– С. 22-28
7
Структура СОИ ДОС «МИР» и ПКА «СОЮЗ»
СОИ ДОС « МИР » Начиная с кораблей «СОЮЗ-Т» и ДОС «МИР»,
СОИ пилотируемых КА, как правило, состоят из нескольких подсистем,
создаваемых различными предприятиями и заказываемыми различными
подразделениями РКК «Энергия».
Так в состав СОИ базового блока ДОС входят:
– Система ручного контура управления – СОИ «Плутон» (СОКБ КТ),
в состав которой в свою очередь входит подсистема ручного контура
управления с иерархическим способом избирания объектов управления и
развернутой формой представления сигнальной информации. По выше
приведенной классификации это КСПиер-мнк.
– Система управления заправкой станции компонентами топлива –
СОИ «Мирзам», система с иерархическим способом избирания объектов
управления и развернутой формой представления сигнальной информации
на мнемосхеме, т.е. пульт типа КСПиер-мнк.
– Дисплейная система «Символ».
– Система СТЭК.
– Информационно-поисковая система «Свет» и др.
В целом СОИ базового блока этой станции можно отнести к СОИ
четвертого поколения. Но СОИ «Плутон» и «Мирзам» по своей структуре
и принципам построения являются модификациями СОИ второго
поколения.
В рамках программы создания базового блока станции «МИР» на
этапе проектирования на СОКБ ЛИИ была возложена задача создания
унифицированной СОИ ручного контура управления СУБК. Обеспечение
взаимодействия космонавтов с системами управления движением и
навигации возлагалось на систему Символ, контроль и диагностика
параметров – на систему СТЭК и т.д. Задачу интеграции СОИ в рамках
8
рабочих мест космонавтов на базовом блоке и модулей обеспечивалась
РКК «Энергия» проектным путем.
На рисунке 5 показана схема вхождения СОИ разработки СОКБ КТ в
ДОС «МИР» и ПКА «СОЮЗ-Т» (ТМ). Транспортный корабль «Прогресс»
– беспилотный космический аппарат.
В таблице 1 приведен состав каждой из систем и применяемость их
частей в базовом блоке и модулях.
СОИ ПКА « СОЮЗ-Т », « СОЮЗ-ТМ » В состав СОИ ПКА «СОЮЗ-Т»
и «СОЮЗ-ТМ» входят:
– пульт космонавтов ПСА-1-Ф732 (и его модификация) СОИ
«Нептун» (СОКБ КТ),
– дисплейная система «Символ» (НПО «Фазотрон-НИИР», г.
Москва),
– дисплейный процессор КЛ-110 и средства телевизионной системы
Клест (ВНИИТ г. Санкт-Петербург).
Совместно все подсистемы СОИ ПКА «СОЮЗ-Т» (ТМ) образуют
СОИ четвертого поколения. Однако на пульте ПСА используются
командно-сигнальные поля (КСП) – средства ручного управления второго
поколения – пульты типа КСПмтр-мнк.
Известно, что в СОИ ПКА «СОЮЗ-7К» и станции «Салют»
использовались командно-сигнальные устройства (КСУ) – средства
третьего поколения, т.е. пульты типа КСПмтр-мтр. Таким образом, на
станции «МИР» и ПКА «СОЮЗ-Т» и ТМ в контуре ручного управления
произошел возврат к средствам управления предыдущего поколения. В
связи с тем, что принципы управления, принятые в космонавтике,
являются оригинальными и, как показали исследования СОКБ КТ, в
настоящее время они определяют принципы построения СОИ больших
систем деятельности, ниже дан анализ причин такого возврата.
От СОИ ДОС «Салют» и ПКА «СОЮЗ-7К» к СОИ ДОС «МИР»
и ПКА «СОЮЗ-Т» (ТМ)
9
На орбитальных станциях «Салют» 1, 4, 6, 7 в качестве основных
использовались СОИ «Сириус-17К», «Мирзам-17К».
Доставка экипажей на ДОС «Салют» на первом этапе
обеспечивалась транспортными ПКА «СОЮЗ-А8» с СОИ «Сириус-А8» и
на втором – ПКА «СОЮЗ-Т» с СОИ «Нептун».
СОИ «Сириус-17К» и «Сириус-А8» являются модификацией СОИ
«Сириус-7К» пилотируемого корабля «СОЮЗ-7К».
Внешний вид СОИ «Сириус» показан на рис 6. СОИ состоит из двух
пультов управления типа КСПмтр-мтр – двух командно-сигнальных
устройств (КСУ) и приборной доски.
СОИ семейства «Сириус» построены на новых принципах. В них
впервые в мировой практике были научно обоснованы и практически
осуществлены:
– избирательные системы контроля и управления с сжатием команд-
информации,
– отображение (раздельно и в совмещенном режимах) на
многофункциональном экране (видеомонитор на основе ЭЛТ)
телевизионной и измерительной информации,
– передача на Землю той информации, которую наблюдает
космонавт на экране многофункционального индикатора (МФИ или по
терминологии, принятой в рамках проектов по СОИ, КЭИ –
комбинированный электронный индикатор,
– принципы программно-временного способа контроля и
управления,
– технология и конструкция электролюминесцентных
многофункциональных сигнальных индикаторов (индикатор контроля
программ – ИКП),
– пальчиковые ручки управления движением РУл, Руп,
– многофункциональные часы (время полета, секундомер,
запускаемый вручную и автоматически, будильник),
10
– кнопочные органы управления вместо тумблеров7.
Несмотря на уникальность указанных СОИ и их успешное
применение в по программам «СОЮЗ-7К», «СОЮЗ-Апполон», «Алмаз»,
НЭК, на тренажерах ТДК-7К, ТДК-А8, ТДК Ф71 и др. при проектировании
ДОС «МИР» и модернизации ПКА «СОЮЗ» была поставлена задача
создания новых.
К началу проектных работ по ДОС «МИР» и модернизации системы
управления ПКА «СОЮЗ-А8» были созданы СОИ «Сатурн» по программе
Зонд (Л1) и СОИ «Уран» и «Луч» соответственно для спускаемого
аппарата и лунного посадочного модуля пилотируемого ракетно-
космического комплекса (ПРКК) Н1-Л3. В этих СОИ основными
средствами ручного контура управления были пульты типа КСПмтр-мнк.
Они прошли все виды наземных автономных испытаний в СОКБ ЛИИ и
наземных комплексных испытаний на стендах и в составе штатных
изделий в РКК «Энергия», а также на тренажерах для подготовки
космонавтов в ЦПК им. Ю.А. Гагарина.
Таким образом, в пилотируемой космонавтике практически
одновременно были апробированы три поколения командно-сигнальных
пультов различных модификаций: КСПмнк, КСПмтр-мнк с сигнализацией
изменения состояния (СИС) управляемых агрегатов и без СИС, КСПмтр-
мтр с СИС и без СИС. Каждая из этих модификаций подвергалась
инженерно-психологическим оценкам, для каждой из них были
разработаны рекомендации по применению и по повышению их
эффективности. В частности пульты КСПмтр-мтр, так называемые КСУ,
рекомендовались для управления слабо связанными системами. Для
обеспечения функций испытателей или для управления сильно связанными
системами рекомендовался режим контроля по изменению состояния
7 Кнопочные органы управления и электролюминесцентные сигнальные индикаторы в бортовом исполнении для ПКА впервые были созданы в рамках программы создания СОИ «СИС-5-3КВ» для корабля 3КВ № 6 – корабля с искусственной тяжестью. Эта система прошла все виды наземных и комплексных испытаний в том числе на тренажере для подготовки космонавтов. Однако полет этого корабля не состоялся.
11
агрегатов (СИС). Эффективность этого режима к началу работ по
программам Н1-Л3 и ДОС «Салют» была подтверждена СОКБ ЛИИ
инженерно-психологическими исследованиями и результатами
эксплуатации в СОИ наземного экспериментального корабля (НЭК) в
ИМБП г. Москва.
Пульты на основе КСПмтр-мтр (КСУ) имели уникальные технико-
экономические показатели. Их масса и энергопотребление в несколько раз
меньше пультов типа КСПмтр-мнк.
В СОКБ ЛИИ была разработана концепция дальнейшего развития
пультов КСПмтр-мтр. В этой концепции в перспективных проектах СОИ
больших систем пультам типа КСПмтр-мнк отводилось ограниченное
место. В основе предлагаемой концепции лежали иерархические принципы
представления и ввода информации. На этом этапе была синтезирована
одна из первых моделей интегрированных СОИ. Первые результаты этой
работы представлялись в проектах СОИ для МКБС (многоцелевой
космической базовой станции). Модель панели непрерывно уточнялась и в
настоящее времени она представлена в виде, показанном на рисунке 7.
Каковы же причины перехода от базовой СОИ «Сириус» к СОИ с КСП
предыдущего поколения?
Объективными предпосылками для модернизации СОИ ПКА
«СОЮЗ-7К» являлись требования по обеспечению взаимодействия
космонавтов с бортовым вычислительным комплексом на этапах дальнего
и ближнего сближения, причаливания и стыковки, подготовке к спуску и
на спуске.
Субъективной причиной модернизации явилось несоответствие
ручного контура управления, реализованного с помощью пультов типа
КСПмтр-мтр (КСУ), требованиям человеческого фактора на этапе
испытаний объекта на заводе и технической позиции. Это несоответствие
заключалось в том, что во время испытаний перед операторами ставилась
задача контроля правильности прохождения сложных команд (команд, по
12
которым одновременно могли включаться и выключаться несколько
агрегатов). Операторам необходимо было фиксировать «правильные» и
«неправильные» включения. Для этого требовалось непрерывно
переключать линейки КСУ и выявлять «правильные» и ложные сигналы,
что требовало много времени. Работа с КСУ вызывала определенные
сложности и у космонавтов при контроле прохождения обобщенных
команд.
Однако указанный недостаток устранялся при введении
сигнализаторов изменения состояния (СИС) агрегатов. Как было отмечено
выше, принцип контроля по изменению состояния впервые был разработан
и внедрен в КСПмтр-мтр (КСУ) при создании СОИ наземного комплекса
НЭК в институте медико-биологических проблем и КСПмтр-мнк СОИ
«Уран» возвращаемого аппарата Н1-Л3.
Одновременно, по ряду субъективных причин, при модернизации
ПКА «СОЮЗ» и создании станции «МИР» были кардинально изменены
кооперация по СОИ и ответственность за обеспечение единства СОИ.
Результатом модернизации системы управления явилось создание
СОИ ПКА «СОЮЗ-Т», в состав которой вошло три составных части:
– пульт космонавтов ПСА-1-Ф732 СОИ «Нептун»,
– дисплейная система «Символ»,
– дисплейный процессор КЛ-110.
В пульте космонавтов ПСА-1-Ф732 были реализованы следующие
мероприятия:
– КСУ (КСПмтр-мтр) были исключены из состава СОИ, вместо них
непосредственно на приборной доске или, как указано в документации, на
пульте космонавтов были установлены два различных по назначению
командно-сигнальных поля (КСПмтр-мнк).
– Блок цифровой информации с электромеханическими счетчиками
заменен на пульт ручного ввода информации (ПРВИ) и электронный
цифровой индикатор ручного ввода информации (ИРВИ). ПРВИ и ИРВИ
13
совместно с БРВИ обеспечили взаимодействие космонавтов с бортовым
цифровым комплексом на всех этапах полета корабля.
– В СОИ ПКА «СОЮЗ-Т» дальнейшее развитие получили
телевизионные методы представления информации. В частности была
обеспечена передача дисплейной информации в телевизионном формате на
Землю, что позволило наземным службам в реальном масштабе времени
вести контроль за стыковкой корабля со станцией.
В совокупности пульт космонавтов, телевизионная и дисплейные
системы образовали СОИ четвертого поколения, в которой существенную
роль играло информационное и программное обеспечение бортового
вычислительного комплекса.
В рамках программы создания базового блока станции «МИР» на
этапе проектирования на СОКБ ЛИИ была возложена задача создания
унифицированной СОИ ручного контура управления СУБК. Обеспечение
взаимодействия космонавтов с системами управления движением и
навигации возлагалось на систему «Символ», контроль и диагностика
параметров – на систему СТЭК и т.д. Задачу интеграции СОИ в рамках
рабочих мест космонавтов на базовом блоке и модулей обеспечивалась
РКК «Энергия» проектным путем.
Следует отметить, что СОКБ ЛИИ и НПО «Энергия» вопросам
унификации СОИ уделяли большое внимание. Значительный эффект от
унификации был получен при создании СОИ для изделий по программе
Н1-Л3 и «Алмаз». В рамках этих программ были определены базовые
модули КСПмтр-мнк размером 2×9 и 3×9 сигнализаторов, шкала
кнопочных переключателей (одиночные, двойные и тройные с
блокировкой и др. Результаты этой работы нашли применение в СОИ
«Нептун» и «Мирзам». Однако, в рамках проекта ДОС «МИР» задача
унификации СОИ была решена на значительно более высоком научном
уровне. На этом этапе ее решение практически было предопределено
14
теоретически обоснованной структурой панели пульта с иерархическим
способом избирания объектов управления.
Ниже представляются раздельно системы «Плутон», «Мирзам»,
«Меркурий» и «Нептун».
СОИ «Плутон» базового блока ДОС «МИР»
На рисунке 8 показана примерная компоновка и состав средств
отображения информации и управления, размещенных на центральном
посте станции по. На этой схеме показано место размещения составных
частей СОИ «Плутон».
СОИ «Плутон» состоит из 4 функциональных подсистем:
– подсистема ручного контура бортового комплекса управления
(БКУ) системами,
– подсистема аварийно-предупредительной сигнализации,
– подсистема контроля параметров,
– пульт обеспечения выхода космонавтов.
Подсистема ручного контура бортового комплекса управления
(БКУ). Аппаратно подсистема состоит из двух пультов: пульта контроля
сигналов ПКС (см. рисунок 9) и пульта выдачи команд ПВК (см. рисунок
10), пространственно удаленного от сигнального поля. Структура панели
пульта типа КСПиер-мнк этой подсистемы показана на рисунке 12, а
структурная схема – на рисунке 13. Подсистема представляет собой
командно-сигнальный пульт с иерархическим способом избирания
объектов управления и развернутой (многоканальной) формой
отображения сигнальной информации – пульт КСПиер-мнк. Все объекты
управления объединены в группы по 9. Каждой группе поставлено в
соответствие сигнальное табло, состоящее также из 9 сигнализаторов.
Пульт состоит из 9-ти табло, сгруппированных на информационном поле.
Табло 3×3 поставлен в соответствие блок кнопочных переключателей,
объединенных в поле 3×3. Над каждым табло установлен светодиод для
контроля правильности выбора групп агрегатов. Над кнопочными
15
переключателями выбора агрегатов размещены цифровые индикаторы
контроля набора адреса агрегатов, избираемых для управления. Для
повышения эффективности работы операторов на всех этапах жизненного
цикла изделия на пульте введены режимы темного табло, реального
состояния. В режиме темного табло (ТТ) схема системы сигнализации
переводится в дежурный режим, все сигнализаторы «сброшены», и если
агрегат изменяет свое состояние, то соответствующий ему сигнализатор
начинает работать в проблесковом режиме. Оператор может его
«сбросить» кнопкой «Сброс СИС». Для восстановления контроля
состояния одновременно всех агрегатов пульт переводится в режим «РС» –
режим реального состояния. Пульт имеет режим сброса набора адреса.
Принцип построения данного пульта защищен авторским
свидетельством8. Несмотря на то, что пульт данного типа относится к
пультам второго поколения, внедрение в СОИ ДОС «МИР» режимов
темного табло, реального состояния и пространственного разделения
сигнального и командных полей является одним из важных достижений в
области СОИ больших систем.
На центральном посте станции используется две подсистемы
данного типа.
Подсистема аварийно-предупредительной сигнализации. Эта
подсистема представлена пультом ПАПС (пульт аварийно-
предупредительной сигнализации). ПАПС, как и пульт ПКС состоит из
3×3 сигнальных табло, аналогичных табло пульта ПКС. Часть табло имеют
красные сигнализаторы, часть желтые и часть зеленые. Включение
красных и желтых сигнализаторов сопровождается звуковыми сигналами.
Приход сигналов сопровождается проблесковым режимом работы
сигнализаторов. Звуковое сопровождение отключается кнопкой «Выкл.
звука». Схемой пульта обеспечивается включение сигналов в соответствии
8 А.С. 943792 (CCCР). Командно-сигнальный пульт / Тяпченко Ю.А, Прокофьев В.А, Шталтовный Н.А, Куянцев В.В, Хмелинский А.А., Мисютин А.С, Шунин А.И. (СССР).– № 3003332; Заявлено 10.11.1980; Опубл. 1982.– Бюл. № 6
16
с заданными приоритетами. Логика работы пульта реализована аппаратно.
Технические решения данного пульта являются новыми и защищены
авторским свидетельством9.
Пульт контроля параметров. Пульт контроля параметров ПКП
(см. рисунок 14) является средством контроля наиболее важных
параметров бортовых систем и станции с последовательно-параллельным
способом отображения информации. Вызов параметров на контроль
обеспечивается с помощью галетных переключателей. В качестве
индикаторов здесь используются приборы со световым отсчетом,
созданных ОКБ завода «Вибратор» (Санкт-Петербург) по ТЗ СОКБ ЛИИ в
рамках программ Н1-Л3 и Алмаз. Коллектив специалистов завода
Вибратор за создание этого типа приборов для космонавтики, энергетики и
АСУ промышленных объектов был удостоен Государственной премии
СССР.
СОИ «Мирзам» базового блока ДОС «МИР»
На рисунке 15 показана фотография пультов СОИ «Мирзам-1А». В
СОИ входят пульты ПОДУ1 и ПОДУ2 – пульты объединенной
двигательной установки. Пульт ПОДУ1 предназначен для выдачи команд
управления по матричной схеме и контроля давлений в магистралях ОДУ.
ПОДУ2 представляет собой мнемосхему, на которой показаны магистрали
ОДУ, баллоны топлива и вытеснительной системы, места подключения
датчиков давления, управляемые компрессоры, клапаны магистралей. В
целом СОИ представляет собой командно-сигнальный пульт второго
поколения. Данная СОИ является модификацией СОИ станции «Салют»
РКК «Энергия». В этой СОИ впервые в мировой практике летательных
аппаратов была применена мнемосхема, как средство отображения
информации. Для этой мнемосхемы впервые были созданы светодиоды,
которые в последующем нашли широкое применение в пультах иного
назначения.9 А.С. 186242 (CCCР). Устройство для многоточечной сигнализации / Тяпченко Ю.А., Прокофьев В.А., Хмелинский А.А. (СССР).– № 30441677; Заявлено12.04.1982; Опубл. 1985.– Бюл. № 17
17
СОИ «Меркурий» модулей ДОС «МИР»
Состав СОИ «Меркурий» и ее входимость с АСУ модулей ДОС
«МИР» представлены в таблице 1. В целом структура, функции и режимы
работы СОИ «Меркурий» аналогична структуре, функциям и режимам
работы СОИ «Плутон». Пульты СОИ «Меркурий» построены на основе
модулей СОИ «Плутон». Необходимая командно-информационная емкость
СОИ АСУ соответствующего модуля станции обеспечивалась проектным
путем, т.е. набором необходимого и достаточного для управления и
контроля того или иного типы модулей-пультов. Этим самым устранялась
избыточность СОИ, которая могла бы быть при применении пультов СОИ
«Плутон». На рисунках 16, 17, 18 показаны фото отдельных пультов этой
системы.
Таблица 1 – Состав СОИ ДОС МИР
СОИ Тип пульта
Наименование пульта
Количество пультовБазовый
блок37КЭ
77КСД
77КСТ
77КСО
77КСИ
1 2 3 4 5 6 7 8 9ПЛУТОН
ПАПСПульт аварийно-
предупредительной сигнализации
1
ПКС Пульт контроля сигналов 2
ПВК Пульт выдачи команд
2
ПКП Пульт контроля параметров
1
МИРЗАМ-1А
ПОДУ1
Пульты 1, 2 объединенной двигательной
установки
1ПОДУ2 1
Продолжение таблицы 11 2 3 4 5 6 7 8 9МЕР
ПСМ1 Пульт 1 сигнализации
1 1 1 1 1
ПВКМ Пульт выдачи 1 2 1 1 2
18
КУРИЙ
команд
ПКСМ Пульт контроля систем 4 4 3 2 6
ПКПМ-1
Пульты 1, 2 контроля
параметров
1 1 1 1 2
ПКПМ-2 1
Изделие 744Н Электронные часы цифровые 1 1 1
ПОВ-2 Пульт обеспечения выхода 2 1
Итого 10 9 8 7 6 6
СОИ «Нептун» ПКА «СОЮЗ-Т» (ТМ)
В СОИ «Нептун» ПКА «СОЮЗ-Т» (ТМ) входят:
– пульт спускаемого аппарата или пульт космонавтов ПСА-1-Ф732,
– блок звуковой сигнализации (звуковой динамик), размещаемый в
бытовом отсеке,
– датчики температуры воздуха ДТВ, размещаемые в СА, БО, ПО,
– датчик температуры жидкости,
Внешний вид пульта ПКА «СОЮЗ-Т» показан на рисунке 18(а), а
ПКА «СОЮЗ-ТМ» – на рисунке 18(б).
Структурная схема пульта и его связей с бортовыми системами
показана на рисунке 19.
Основными компонентами пульта являются:
– видеомонитор телевизионного типа КЛ-107 на основе ЭЛТ.
Предназначен для отображения телевизионной информации от видеокамер
сближения и стыковки, измерительной информации от аппаратуры
«Стрелка», дисплейной информации от аппаратуры «Символ» на этапах
сближения, причаливания, стыковки, подготовки к спуску, ориентации и
от КЛ-110 на этапе посадки. На рисунке 20 показана схема доставки ТВ
информации от видеокамер, аппаратуры «Символ» и КЛ-110 на ВКУ
пульта ПСА. При совмещении ТВ информации от телекамер сближения и
дисплейной информации от аппаратуры «Символ» функции смесителя и
19
синхронизации сигналов обеспечивает ТВ-система. Сигналы от
аппаратуры «Стрелка» и КЛ-110 не смешиваются с другими,
– командно-сигнальные пульты типа КСПмтр-мнк для выдачи
команд в бортовые системы через трехкратно резервированные командные
матрицы СА, БО и ПО,
– приборы ручного ввода информации и контроля введенной
информации и представления сообщений бортового вычислительного
комплекса,
– средства аварийно-предупредительной сигнализации,
– средства подачи особоважных команд и др.
В таблице 2 показана применяемость СОИ «Нептун» на ПКА
«СОЮЗ-Т» и «СОЮЗ-ТМ».
20
Таблица 2 – Применяемость СОИ Нептун
№
Пилотируемые корабли Союз-Т, Союз-ТМ СОИ Нептун
Всего Особенность СОИТип Номер Начало
полетов Тип Номер пульта
1 Союз-Т 2-15 06.80 г. Нептун 214-227 14 Накладное шкальное устройство в измерительной системе «Стрелка»
2 Союз-ТМ
1-15
05.86 г. Нептун -М
230-245 15
Модернизированная измерительная система «Стрелка» с электронным способом формирования шкал на
ЭЛТ
16 301 1
17-23, 31 246-253 8
24 302 1
25-30 247-252 6 Повторное применение пультов спускаемого аппарата
Итого 45 45
В 2000 г. проведен комплекс работ обоснованию возможности третьего применения пультов и обеспечена поставка первых пультов. По механической прочности подтверждена возможность пятикратного применения при условии 4-х предшествующих мягких посадок спускаемого аппарата. По состоянию на 11.2000 г. подготовлено 4 пульта для третьего применения.
21
Организация работ
Кооперация Жесткие требования к средствам СОИ, особенно
требования к пультам спускаемого аппарата, потребовала создания
специальной кооперации НИИ, ОКБ и заводов, основные из которых
указаны в таблице 3. На каждом предприятии были созданы участки или
цеха, сформированы коллективы высококвалифицированных специалистов
и организована работа в соответствии с требованиями положения РК-75.
Высокое качество работы кооперации подтверждено безотказностью
большинства поставляемых ею приборов. Особо высоким качеством
отличаются приборы завода «Вибратор».
Особенности организации работ по СОИ «Плутон» и «Меркурий»
В рамках программы «МИР» НПО «Энергия» и СОКБ ЛИИ был
реализован новый подход к информационному обеспечению командно-
сигнальных пультов систем «Плутон» и «Меркурий». Сущность этого
подхода состоит в том, что СОКБ ЛИИ поставляет сигнальные пульты
ПАПС, ПКС, ПКСМ, т.е. пульты, в которых имеются сигнальные табло
3×3, без трафаретов наименований объектов управления и контроля.
Трафареты изготавливали и устанавливали непосредственно в НПО
«Энергия». Документация и технология на трафареты были разработаны
НПО «Энергия» с учетом рекомендаций и требований СОКБ ЛИИ. Такой
подход редко применяется на практике, однако он достоин того, чтобы
рекомендовать его к применению, так как он способствует существенному
снижению затрат при создании уникальных систем. Одной из
особенностей уникальных систем является необходимость введения
большого количества изменений в процессе их создания. Предложенное
распределение существенно упрощает взаимодействие заказчика с
исполнителем.
Аналогичный подход применялся СОКБ ЛИИ и заводам «Вибратор»
и Чебоксарским приборостроительным заводом при поставке
22
измерительных приборов. Разметку шкал и тарировку приборов по
заданным датчикам производило СОКБ ЛИИ. Это позволяло заводам
поставлять приборы строго по согласованному графику. Это очень важно
на первых этапах создания и отработки новых изделий.
Второй новацией в рамках этого проекта было обеспечение заказов
НПО «Энергия» по приборам заводам, работавших по кооперации с СОКБ
ЛИИ через СОКБ ЛИИ.
Третья новация – это поставка отдельно элементов СОИ, в частности
сигнализаторов, для пультов, которые разрабатывало НПО «Энергия».
23
Таблица 3 – Кооперация
№Наименование предприятия - разработчика. Наименование
предприятия изготовителя
Главные конструкторы
разработки
Системы и средства отображения информации, органы управления
Плутон Мирзам-1А Меркурий Нептун
1 НИИ автоматической аппаратуры (НИИАА), г. Москва
К.С. СафоновВ.Г. Шулейкин –
Электролюминесцентные
сигнализаторы–
Модули сигнализаторов и блоки питания сигнальных
полей, ИРВИ, ПЗС
2КБ топливо-измерительной
аппаратуры (АО «Техприбор»). Завод «Пирометр», г. Санкт-Петербург
О.И. Башнин(Ю.А. Бардин –
дир. завода)--------
ИНК, счетчик расхода топлива, датчики Тºс, индикатор
напряжения и тока
3 СКБ завода «Вибратор», г. Санкт-Петербург. Селибер Приборы со световым отсчетом –
4 НИИ «Радиостроения», г. Москва Н.В.Шерстюк – – – Аппаратура «Стрелка-В», «Стрелка-ВУ»
5 Ульяновское КБ приборостроения В.П. Пахомов – БКП – БКП
6 ВНИИ телевидения, г. Санкт-Петербург И.А.Росселевич ---------- Видеомонитор на ЭЛТ
7 ОКБ Московского электролампового завода (МЭЛЗ), г. Москва В.Л.Хаськович ЭЛИ – ЭЛИ –
8 Специальное КБ часовых механизмов (СКБЧМ), г. Москва
Г.Н.ВиноградовГ.Л. Каменев
Бортовые часы
– Бортовые часы космические
9 ВНИИ радиоприема и акустики (ВНИ ИРПА), г. Санкт-Петербург
М.М. Зимнев (директор) Звуковые динамики ЗБ-319
10 Завод «Старт» с ОКБ, г. Москва С.М. Кавыкин (директор) Светодиоды
11СКБ при Полтавском
электромеханическом заводе, г. Полтава
Б.Ф. БрукС.А. Змиевец ПКн – ПКн –
Обозначения: ИНК – индикатор навигационный, ИРВИ – индикатор ручного ввода информации, ПЗС – прибор звуковой сигнализации, ПКн – переключатели кнопочные, ЭЛИ – электролюминесцентные индикаторы, БКП – блоки кнопочных переключателей.
24
Организация работ по СОИ «Нептун»
Уникальность кооперации и созданных ею приборов привели к тому,
что средства СОИ пилотируемой космонавтики, несмотря на свою
уникальность, оказались по стоимости недоступными не только для общей
промышленности, но и для авиации. Вследствие этого, производства,
которые обеспечивали поставку комплектующих, в последние 10 лет были
ликвидированы. Из-за отсутствия заказов в интересах космонавтики
работы в НИИАО по космическому направлению свертывались.
Производство начало переориентироваться на авиационные программы.
Но эти программы оказались мифическими. Производство начало
деградировать. Финансовые средства, поступавшие по космическим
программам, до исполнителей не доходили и услуги сторонних
организаций не оплачивались. Перед РКК «Энергия» и создателями
космической техники в НИИАО возникла сложная организационная и
техническая проблема – проблема обеспечения пультами ПКА «СОЮЗ-
ТМ».
По инициативе автора настоящей работы при поддержке главного
конструктора С.А. Бородина и лично генерального конструктора РКК
«Энергия» Ю.П. Семенова при согласии Роскосмоса было создано малое
предприятие ООО «НПП «Альфа-М», зарегистрированное в г. Раменском.
В НИИАО Были проведены некоторые структурные преобразования, в
результате которых отделение 2 – отделение-разработчик СОИ для ПКА-
совместно с ООО «НПП «Альфа-М» фактически превратились в
самостоятельное предприятие с полным обеспечением жизненного цикла
изделий: от проектирования до изготовления, испытаний, поставки и
сопровождения в эксплуатации. Все дальнейшие работы были проведены
по договорам с РКК «Энергия» через это предприятие и договорам ООО
«НПП «Альфа-М» с НИИАО.
Технические проблемы решались поэтапно.
25
На первом этапе был проведен комплекс работ, в том числе
экспериментальных, по результатам которых было дано заключение о
возможности повторного применения пультов ПСА10. В таблице 4
представлены основные элементы технологии повторного применения
комплектующих и пульта в целом.
Таблица 4 – Технология обеспечения МнПр СОИ
Этапы работы Содержание работы1 2
1 Исследовательские работы
1.1
Сбор информации об отказах, расходовании ресурса средств СОИ на всех этапах
эксплуатации. Выпуск отчета по надежности. Оценка возможности многократного применения (МнПр) по показателям надежности, ресурса, срока службы
1.2
Проведение N циклов испытаний в объеме ТУ для каждого применения. Выдача
предварительного заключения о возможности МнПр в объеме 2/3N циклов
1.3
Выявление критических к проблеме МнПр приборов и разработка рекомендаций по их
решению. Организация производства не возвращаемых приборов: датчиков ДТВ,
ДТЖ, блока звуковой сигнализации
1.4 Разработка технологии проведения работ с возвращаемыми изделиями
2
Работы, выполняемые для
каждого комплекта СОИ
2.1 Снятие ПСА из СА и его возврат СОКБ КТ
2.2 Проведение входного контроля. Составление ведомости замечаний
2.3 Разборка ПСА и передача приборов для проверок
2.4 Проверка каркаса и кронштейнов методом инфракрасной дефектоскопии
2.5 Проверка кабельной сети
2.6 Проверка и повторная аттестация измерительных приборов, снятых с ПСА
2.7Измерение яркости и ранжирование
сигнализаторов табло и полей по яркости и качеству
10 Впервые возможность повторного применения СОИ «Нептун» была проверена на одном из первых беспилотных ПКА «СОЮЗ-Т».
26
Продолжение таблицы 41 2
Работы, выполняемые для
каждого комплекта СОИ
2.8Перегруппирование и замена сигнализаторов
с учетом времени их использования при ЛКИ
2.9
Устранение дефектов, доработка пультов под требования назначенного объекта применения, сборка и проведение
приемосдаточных испытаний пульта и системы
2.10Изготовление датчиков ДТВ, ДТЖ, блока звуковой сигнализации и сдача их ОТК и
заказчику по штатной технологии
2.11Приемосдаточные испытания, оформление
сопроводительной документации и отправка системы в целом заказчику
3 ЛКИ в составе ПКА3.1
Оценка результатов штатной эксплуатации по 2-му применению и разработка
рекомендаций по 3-му
3.2 Проведение работ по разделу 2. Поставка пультов заказчику
На втором этапе на основе светодиодных матриц были созданы
сигнальные индикаторы и соответственно сигнальные табло. Также с
использованием светодиодов были созданы сигнальные модули 2×9 и 3×9
для замены аналогичных электролюминесцентных приборов в командно-
сигнальных полях. И, наконец, был создан новый прибор ИРВИ
(индикатор ручного ввода информации) с использованием цифровых
светодиодных индикаторов.
В этих сложных условиях полностью удалось не только обеспечить
сопровождение в эксплуатации СОИ ДОС «МИР» и ПКА «СОЮЗ-ТМ», но
и обеспечить в заданные сроки поставки СОИ практически без
привлечения ранее сложившейся кооперации. По состоянию на декабрь
месяц 2000 г. 5 пультов были применены дважды, 2 пульта готовы к
третьему применению.
27
На третьем этапе с использованием последних достижений в области
компьютерных и информационных технологий этот коллектив приступил
к созданию СОИ нового пятого поколения.
Основные участники работ от СОКБ ЛИИ
Главные конструкторы предприятий, работавших по кооперации с
СОКБ ЛИИ, были указаны в таблице 3. Кроме этого, СОКБ ЛИИ тесно
взаимодействовало с рядом научно-исследовательских предприятий и
организаций, которые обеспечили исследование токсичности и создание
ограничительного перечня материалов, допустимых для замкнутых
обитаемых пространств, выдачу заключений по пожароустойчивости,
создание лакокрасочных специальных покрытий, резинотехнических
изделий, работоспособных в условиях вакуума и др.
Основные исполнители работ по программе «МИР».
С.А. Бородин – руководитель и главный конструктор предприятия,
лауреат Государственной премии, кандидат технических наук, старший
научный сотрудник.
В.П. Конарев – начальник отделения 2 СОКБ ЛИИ, коллективом
которого были разработаны, испытаны и внедрены в эксплуатацию все
СОИ по программе «МИР», участник всех пилотируемых космических
программ, начиная с ПКА «СОЮЗ-7К»,
Ю.А.Тяпченко – заместитель и затем начальник отделения 2 СОКБ,
руководитель головной проектно-конструкторской лаборатории, коллектив
которой выполнил разработку организационно-технической (ПОН, ЕПСИ,
КПЭО и др) проектной (состав, теоретические чертежи внешнего облика
пультов и др.), схемной, эксплуатационной и приемосдаточной
документации, многие виды оценок показателей качества систем
(надежность, эргономика и др.), испытания первых образцов в КИС и на
ТК СОИ и контрольно-испытательной аппаратуры для нее по программам
практически всех отечественных ПКА и станций, кандидат технических
28
наук, старший научный сотрудник, академик РАКЦ и МАИ, заслуженный
машиностроитель России.
Г.Н. Отрешко и затем М.И. Борисов – руководители лаборатории
комплексных и полигонных испытаний, коллектив которой одновременно
обеспечил модернизацию СОИ для ПКА «СОЮЗ-ТМ» и создание СОИ
«Меркурий» для научных модулей ДОС «МИР» и сопровождение в
эксплуатации всех СОИ у заказчиков, на заводе заказчика и на ТК.
А.Д. Почетов, Р.К. Андрианов, А.Н. Ковылов и С.А. Садовников –
последовательно начальники конструкторского отдела, коллектив которого
обеспечил разработку конструкции всех пультов и приборных досок и их
составных частей, прочностные и тепловые расчеты, расчеты унификации
и многое другое.
Б.Ф. Брагин, затем С.А. Пахомов и Ю.Е. Масловский – руководители
лаборатории автономных испытаний, коллектив которой обеспечивал
разработку методов климатических и механических испытаний, оценок
токсичности, пожароустойчивости, электромагнитной совместимости,
средств и методов виброзащиты составных частей СОИ, создание и
поддержание в эксплуатации экспериментальной базы СОКБ.
Большой вклад в создание и отработку СОИ и средств отображения
информации и органов управления в обеспечение программы «МИР»
внесли:
– от научно-исследовательских и проектно-конструкторских
лабораторий: В.П. Зубченко, В.А.Прокофьев, А. Лебедев, А.А.
Хмелинский, Е.И. Бондарев, В.Л. Захаров, В.Н. Максимова, Л.М.
Крыжанская, Г.Ф. Тюленев, В.П. Лепехин, В.Т. Поворин, Ю.Н. Севко, Д.Г.
Голенко, Б.Ф. Брагин, Ю.Е. Масловский, В.П. Кислов, С.А. Пахомов, А.
Метленко, Г.Н. Отрешко, М.И. Борисов, Л.Е. Масловский, В.П. Перепелов,
Н.И.Крылов, Т.Н. Нечаева, Ю.Н. Благов;
29
– от конструкторского отдела: Л.П. Симоненкова, С.А. Садовников,
Е.В. Соловьев, С.С. Кузнецова, В.З. Куцай, А.П. Вишневский, А.Д.
Краморов, Н.В. Гунин, О.А. Зотова и др.;
– от технологического отдела: А.Я. Калиниченко, В.А. Филлипов,
В.А. Афонюшкин, В.А. Калинкин, Т.А. Румянцева, В.П. Гончаревич, Н.В.
Лагерчук, А.И. Никулочкина, Г.В. Степнова, В.С. Леонов, В.М.
Кульгашов, В.А. Власенко, Н.А. Басов и др.;
– от военного представительства: А.С. Акулов, В.Д. Седнев,
В.Нечаев, А.Я. Лошин, Ф.Г. Гердей;
– руководители, технологи и рабочие опытного производства;
– от смежных предприятий: З.С. Абутидзе (УКБП г. Ульяновск), Б.Ф.
Брук, Ю.Ю. Выровец, Ю.П. Василенко, В.И. Грачев (ПО «Лтава» г.
Полтава), А.Д. Леокумович (завод «Вибратор»), В.А. Тихомиров, Г.П.
Шульц, Г.Л. Каменев, В.В. Казаков, Е.В. Михайлов, В.Г. Седов (СКБ ЧМ г.
Москва), Ф.В. Соркин, В.Г. Шулейкин, К.С. Сафонов (НИИ АА г. Москва),
В.Л. Хаськович (МЭЛЗ г. Москва).
Основные результаты и выводы
В таблице 5 представлены основные характеристики
вышеописанных СОИ. Как следует из представленных данных, масса
пультов СОКБ КТ, находящихся в эксплуатации на станции «МИР»,
близка к 300 кг, и на ПКА «СОЮЗ-Т» (ТМ) – 51 кг.
По результатам эксплуатации в таблице 6 приведены оценки
показателей надежности отдельных каналов и пульта СОИ «Нептун» в
целом. Как видно из таблицы, экспериментальные показатели близки к
показателям, полученным на этапе наземных автономных испытаний
расчетно-экспериментальным методом. Это подтверждает правильность
выбранных методов отработки средств отображения и СОИ ПКА
«Нептун» в целом.
30
В таблице 7 представлены суммарные наработки пультов в составе
ДОС «МИР». Как следует из представленных данных, фактическая
наработка отдельных пультов превышает заданную в 2-4 раза. Наработка
пультов ПАПС ДОС «МИР» в натурных условиях (21800 час) почти в 300
раз превышает суммарную наработку СОИ «Нептун» в тех же условиях (75
час) и более чем в 35 раз – при наземных комплексных и в натурных
условиях (614 час) ПКА «СОЮЗ».
Несмотря на такое большое различие по времени при эксплуатации
СОИ ДОС «МИР» не возникло проблем с яркостью
электролюминесцентных индикаторов (ЭЛИ), которые имеют место при
эксплуатации СОИ «Нептун»11. Объясняется это двумя причинами:
– в СОИ «Нептун» использовались ЭЛИ, созданные в конце 60-х
годов в НИИ автоматической аппаратуры г. Москва для аппаратов с
небольшим сроком службы. Для того времени их создание было большим
достижением науки и техники. По равномерности подсвета и
потребляемой энергии равных им нет до настоящего времени. При
создании ЭЛИ для СОИ ДОС «МИР» использовались новые технологии,
которые были разработаны в ОКБ при МЭЛЗ г. Москва для объектов
длительного существования;
– в системе сигнализации СОИ «Плутон», как было сказано выше, на
ДОС «МИР» был введен режим темного табло, благодаря которому
элементы сигнализации имели малую суммарную наработку. Кроме этого
в этом режиме в несколько раз снижалось потребление электроэнергии,
что в конечном итоге обеспечивало повышение эффективности
использования данного типа приборов.
Решения о возможности продления эксплуатации пультов на время
очередной экспедиции принимались по результатам анализа состояния
технических средств СОИ, ЭРИ и материалов. Для СОИ
11 Яркость некоторых ЭЛИ на КСП снижалась ниже допустимого уровня после первого цикла применения в составе СОИ Нептун ПКА «СОЮЗ-Т», поэтому при испытаниях в КИС штатные приборы (СПЭ и табло) заменялись на технологические. Штатные приборы устанавливались перед отправкой на ТК. Такая процедура усложняла обслуживание СОИ, и увеличивала время испытаний.
31
ограничивающими факторами были сроки службы конденсаторов в
сетевых фильтрах, поэтому в ходе эксплуатации проводилась замена
фильтров.
В процессе эксплуатации безотказно работали приборы со световым
отсчетом, созданные ОКБ при заводе «Вибратор» (г. Санкт-Петербург)12 по
ТЗ СОКБ ЛИИ. Для повышения надежности в этих приборах лампы
резервировались шестикратно. Однако случаев их отказа не
зарегистрировано.
Безотказно работали клавишные блоки, созданные ПО «Лтава»
специально для космической техники по ТЗ СОКБ ЛИИ. В этих клавишах
использовались герконы (в герметичной колбе) повышенного качества,
которые изготавливались в г. Рязани.
Одним из наиболее надежным оказался ПОВ-2 – пульт обеспечения
выхода космонавтов в открытый космос. Это единственное изделие из
состава СОИ, которое удовлетворяло требованиям работоспособности в
вакууме. Здесь использовались кнопочные переключатели, созданные по
ТЗ СОКБ ЛИИ Ульяновским КБ приборостроения, приборы завода
«Вибратор», часы СК часовых механизмов (г. Москва).
12 За создание приборов со световым отсчетом и их внедрение прежде всего в энергетике и затем в космонавтике коллектив специалистов завода «Вибратор» был удостоен Государственной премии.
32
Таблица 5 – Данные о СОИ Мир и СОЮЗ
№ ПАРАМЕТР
СТАНЦИЯ МИР Союз-Т Союз-
ТМБАЗОВЫЙ БЛОК
МОДУЛИ
∑КВАНТ (37КЭ)
КВАНТ-2
(77КСД)
КРИСТАЛЛ
(77КСТ)
СПЕКТР(77КСО)
ПРИРОДА(77КСИ) НЕПТУН
/ НЕПТУН
-МПЛУТО
НМИРЗАМ -1А
МЕРКУРИЙ
МЕРКУРИЙ
МЕРКУРИЙ
МЕРКУРИЙ
МЕРКУРИЙ
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 121 Пульты (блоки-датчики), шт. 8 (2-0) 2 9 8 7 6 6 46(2-0) 1(1-4)2 Масса (кг) 99.8 20.8 33 34.4 25.8 40.2 27.8 261.8 513 Сигнализаторы,
шт.
аварийные 27 8 4 4 4 4 51 104 предупреждающие 27 20 10 10 7 7 81 125 уведомляющие 450 141 134 121 94 70 124 1064 151
6 Контролируемые параметры, шт. 138 23 8 4 4 4 181 49(а) +9 (ц)
7 Команды управл. по матричн. каналу (емкость канала), шт. 729×2 246 324×2 648×2 324×2 324×2 324×2 2595×2 192
8 Внешние разъемы, шт. 90 22 65 60 51 37 47 372 479 Внутренние разъемы, шт. 674 41 128 128 115 110 153 1349 63
10 Режимы работы системы сигнализации: ТТ, РС, СИС есть нет есть есть есть есть есть - нет
11 Электропотребление (min, max), вт 23(385)
11(68)
12,9 (117,3)
10,6(131)
10,2(102,6)
6.3(88,2)
12,2(162,8)
86,2(1054,9)
8.5(107)
12 Работы по созданию СОИ
начало 1983 1982 1984 1982 19761982
13 окончание 1986 1986 1996 1996 19801986
14 Начало работы на орбите 02.1986 02.1986 04.1987 12.1989 06.1990 06.1995 04.1996 02.1986 06.1980Сокращения: ТТ – темное табло, РС – реальное состояние, СИС – сигнализация изменения состояния агрегатов.
33
Таблица 6 – Надежность СОИ Нептун
№ Наименование единичного канала отображения или управления
ПО ТУ Эксплуатация по 1995г (34 системы, 34 полета)
Т, час Р() НКИ+ЛКИ (Тср = 614 час)ЛКИ
(Тср = 75 час)
общеекол-во отказов
сбой производственныйэксплуатационный
ВБР (γ=0,8
)
ВБР (γ=0,8)
1 Сигнализация на табло
уведомляющая 100 0,999 4 4 0,9964 0,9982 предупреждающая 30 0,9 0,9984 0,99843 аварийная 30 0,99 0,9984 0,99844 Канал звуковой сигнализации 1 1 0,91 0,9515 Сигнализация на матричном поле 100 0,995 4 4 0,998 0,99966 Индикатор ручного ввода информации – ИРВИ 100 0,925 4 1 2 1 0,9517 Измерительная аппаратура Стрелка-ВМ 100 0,94 0,951 0,9518 Навигационный индикатор ИНК-2С 110 0,96 4 3 1 0,9519 Бортовые часы космические 744-Н 150 0,95 0,905 0,90510 Счетчик расхода топлива СИ5-2А 1000 сраб 0,999 0,951 0,95111 Блок клавиш выбора систем 300 сраб 0,995 0,951 0,95112 Блок клавиш выдачи команд 700 сраб 0,992 0,951 0,95113 Кнопки подачи особоважных команд 20 сраб 0,999 1 1 0,978 0,98814 Пульт ручного ввода информации – ПРВИ 100 сраб 0,99 0,951 0,95115 Индикатор напряжения и тока ИНТ1 500 0,96 0,951 0,95116 Датчик температуры воздуха в кабине – ДТВ2 950 0,999 0,984 0,98417 Датчик температуры жидкости – ДТЖ1А 50 0,988 0,951 0,95118 Галетный переключатель «Настройка РРЖ» 120 сраб 0,999 2 2 0,862 0,95119 Регуляторы громкости системы связи 200 сраб 0,99 0,995 0,99520 Галетный переключатель «Датчики ИПТ» 60 сраб 0,999 1 1 0,91 0,951
21 Блок клавиш «Откл звука», «Сброс авар. сигнал» 200 сраб 0,995 0,951 0,951
Система Нептун 21 4 15 2 0,9916 0,995334
Таблица 7 – Наработка Плутона и Меркурия
№ Наименование Пульт Наработка, часСОИ Пульт Обозначение шт. По ТУ Факт
1 Плутон
Пульт ввода команд ПВК 2 9500 21800Пульт аварийно-
предупредительной сигнализации
ПАПС 19500 21800
Пульт контроля параметров ПКП 1650 5600
Пульт контроля сигналов ПКС 1650 5600
2 Мирзам-1А
Пульт объединенной двигательной установки ПОДУ-1А 1 9800 19600
Пульт объединенной двигательной установки ПОДУ-2А 1 9800 19600
3 Меркурий
Пульт контроля сигналов ПКСМ 9500 23600Пульт сигнализации ПСМ1 9500 23600Пульт ввода команд ПВКМ 9500 23600
Пульт контроля параметров ПКПМ 1000 4500
Примечание – Наработка по ТУ дана для одного пульта. Фактическая наработка дана для всех пультов данного типа на станции МИР.
35
В качестве итогов работ по программе «МИР» в части СОИ
разработки СОКБ КТ НИИАО (СОКБ ЛИИ с кооперацией) можно
констатировать:
1 Впервые в мировой практике создания систем
автоматизированного управления сложных объектов:
– решена задача синтеза командно-сигнальных пультов с
развернутой формой представления сигнальной информации,
иерархическим способом избирания объектов управления и
пространственным разделением информационного и управляющих полей,
– определена оптимальная структура табло для предложенного
способа управления,
– предложены и реализованы режимы контроля по состоянию и
изменению состояния агрегатов, режимы темного табло и реального
состояния,
– модернизирована система отображения информации на основе
мнемосхем с использованием светодиодов.
2 Подтверждена высокая эффективность методов создания и
отработки СОИ, принятых в рамках космических программ.
3 Эффективность перехода в СОИ станции «МИР» на новые
электролюминесцентные панели сигнализаторов разработки ОКБ МЭЛЗ
подтверждена их безотказностью в течение всего жизненного цикла
станции и ее модулей.
4 Эксплуатация СОИ «Нептун», созданной взамен СОИ «Сириус-
7К» (А8, М), подтвердила высокую приспособляемость командно-
сигнальных пультов к изменениям команд управления.
5 СОКБ совместно с РКК «Энергия» и ООО «НПП «Альфа-М»
одними из первых в космонавтике решена задача повторного применения
технических средств, созданных в рамках программы «СОЮЗ-Т», ТМ.
6 В рамках программы «СОЮЗ-Т», ТМ экспериментально
подтверждена возможность применения расчетно-экспериментального
36
метода определения показателей надежности систем индивидуального
производства.
7 Подтверждены высокие технико-экономические показатели:
– средств отображения на основе электролюминесценции, созданных
НИИАА г. Москва для СОИ ПКА «СОЮЗ-Т» для систем с малым сроком
службы и ресурсом и КБ при МЭЛЗ для систем длительного пользования,
– принципиально новых для летательных аппаратов приборов со
световым отсчетом завода «Вибратор» г. Санкт-Петербург,
– кнопочных переключателей ПО «Лтава» с использованием в них
герконов в качестве коммутационных элементов и других средств
отображения, коммутации и преобразования информации, созданных для
ПКК в соответствии с требованиями положения РК-75.
8 Экспериментально подтверждены прогнозные характеристики
деградации яркости ЭЛИ.
9 Исследования показали, что расход ресурса (68 %) СОИ «Нептун»
корабля «СОЮЗ-Т» при НКИ на заводе и ТК значительно превышает
расход ресурса при ЛКИ (8 %). Средства отображения и органы
управления вырабатывают в среднем ресурс от 0,05 до 12,4 % при НКИ, и
от 0,027 до 2,1 % при ЛКИ.
10 Для обеспечения третьего применения потребовалась разработка
средств замены приборов на основе светодиодов. Однако созданные для
замены средства по качеству отображения уступают средствам на основе
ЭЛИ. Этот вывод подтверждает, что частичная модернизация раннее
созданной аппаратуры обеспечивает решение возникших проблем в
краткие сроки, однако в целом является процессом затратным и
малоэффективным.
11 Для повышения эффективности системы операторного контроля в
рамках программы МКС создана новая СОИ – система пятого поколения.
12 Проведенные в НИИАО в ходе работ организационные
мероприятия и создание малого предприятия в условиях резкого перехода
37
от социализма к капитализму подтвердили правильность принятых
решений.
Послесловие
Настоящий материал был подготовлен автором по просьбе одного из
руководителей РКК «Энергия» в 2003 г. для итогового отчета РКК
«Энергия» по программе «МИР». Однако из-за большого объема
материала, которые были представлены в отчет ведущими специалистами
этой корпорации, места в ней для статей от смежных предприятий
практически не оказалось. С тех пор прошло почти 10 лет и автор решил
представить ее к депонирование для публичного ознакомления и
сохранения в истории космонавтики. Часть материалов публиковалась в
интернете в авторских работах.
38
Рисунок 1 – Структура командно-сигнального пульта типа КСПмтр-мнк.
На рисунке показаны: выбор системы Б (вертикаль) и агрегата Б9 (горизонталь), подана команда на включение, сигнализатор подтверждает, что агрегат Б9 включен
39
Рисунок 2 – Структура командно-сигнального пульта типа КСПмтр-мтр (КСУ).
Выбрана система Г. Подана команда 7 на включение агрегата Г7. Включенный сигнализатор Г7 подтверждает его включение.
40
Рисунок 3 – Пульт управления космического корабля 3КВ № 6
В пульте впервые был применен матричный способ избирания объектов для выдачи команд. Пульт имеет режимы: работает только левый, только правый и оба вместе (операторы). Пульт прошел все виды испытаний и был допущен к эксплуатации на ПКА.
41
Рисунок 4 – Синтез командно-сигнальных пультов
Сокращения: иер – иерархический, мнк – многоканальный, мтр – матричный
42
Рисунок 5 – Системы отображения информации ручного контура управления станции МИР
и кораблей СОЮЗ-Т и СОЮЗ-ТМ
43
Рисунок 6 – Cистема отображения информации Сириус-7К
В состав системы входят командно-сигнальные устройства правое КСУп и левое КСУл, приборная доска ПД-1-7К,
ручки управления движением левая РУл и правая Руп (не показаны), светильники и датчики давления и температуры (не
показаны)
44
Рисунок 7 – Синтезированная панель пульта интегрированной системы отображения информации сложного объекта
45
Рисунок 8 – Средства отображения и управления центрального поста ДОС МИР
1 – пульт контроля параметров; 2, 3 – газоразрядные матричные экраны и соответственно пульты информационно-управляющей
системы Свет-2-01; 4, 5 – сигнальные информационные поля и соответственно пульты ручного контура управления СУБК; 6, 7 –
газоразрядные матричные экраны и соответственно пульт информационно-справочной системы Свет-3; 8 – телевизор; 9, 10 –
видео контрольные устройства на ЭЛТ и соответственно пульты управления дисплейной системы Символ; 11 – табло системы
аварийно-предупредительной сигнализации; (1, 4, 5, 11 – средства СОИ Плутон; 2, 3, 6, 7 – средства системы СТЭК) 46
Рисунок 9 – Пульт аварийно-предупредительной сигнализации СОИ Плутон.
Пульт контроля ПКС сигналов имеет аналогичную структуру
Рисунок 10 – Пульт ввода команд ПВК СОИ Плутон
47
Рисунок 11 – Структура панели пульта системы отображения информации «Плутон» ручного контура управления стации МИР с иерархическим
способом избирания объектов управления и развернутой формой представления информации – Пульт типа КСПиер-мнк
48
Рисунок 12 – Структурная схема системы отображения информации «Плутон» ручного контура управления космической станции МИР с
иерархическим способом избирания объектов управления и развернутой формой представления информации
49
Рисунок 13 – Пульт контроля параметров СОИ Плутон
Рисунок 14 – Система отображения информации Мирзам-1А для заправки объединенной двигательной установки компонентами топлива
50
Рисунок 15 – Пульт сигнализации ПСМ1 СОИ Меркурий Пульт показан без рамок с трафаретами наименований объектов
управления
Рисунок 16 – Пульт выдачи команд ПВКМ СОИ Меркурий
Рисунок 17 – Пульт контроля параметров ПКПМ СОИ Меркурий51
Рисунок 18(а) – Пульт космонавтов спускаемого аппарата корабля Союз-Т
На пульте используется система преобразования параметров «Стрелка-В» с шкальным накладным устройством на видеомонитор КЛ-107
Рисунок 18(б) – Пульт космонавтов спускаемого аппарата корабля Союз-ТМ.
На пульте используется система преобразования параметров «Стрелка-
ВУ» с электронным способом формирования шкал и их отображением на
видеомониторе КЛ-10752
Рисунок 19 – Структурная схема пульта космонавтов корабля Союз-ТМ и его связей с бортовым комплексом управления
Обозначения: БКС – блок кнопочных переключателей выбора систем; БКК – блок кнопочных переключателей подачи команд; БО – бытовой отсек; БЦВК – бортовой ваычислительный комплекс; ВКУ – видеоконтрольное устройство; ДП – дисплейный процессор; ЗД – звуковой динамик; ИНК – индикатор навигационный комбинированный; КМ – командная матрица; КСП – командно-сигнальное поле; ОУ ОВК – органы управления особоважных команд; ПО – приборный отсек; ПРВИ, ИРВИ – пульт и индикатор ручного ввода информации; ПРД – передатчик; СА – спускаемый аппарат; СчРТ – счетчик расхода топлива; САПС – система аварийно-предупредительной сигнализации; СУС – система управления спуском; ТВ – телевидение; I, U – индикаторы тока и напряжения.
53
Рисунок 20 – Схема взаимодействия ТВ системы(камера КЛ-101, смеситель КЛ-106, коммутаторы ТВ-сигналов КЛ105-1 и КЛ-105-2, дисплейный процессор КЛ-110,
видеомонитор КЛ-107), дисплейной аппаратуры Символ (БФИ), БЦВК (ЭВМ Аргон, блок ручного ввода информации БРВИ), ручки управления спуском РУС, блоков автоматики (БАСП, БУСП, БСУ и др.) и пульта ПСА (измерительная
аппаратура «Стрелка», пульт ПРВИ и индикатор ИРВИ ручного ввода информации)54
