Компьютерра PDA N107 (16.04.2011-22.04.2011)
Шрифт:
Для вычислительной техники бытового назначения максимум экстремальных условий - это летняя жара, кошачья шерсть, застрявшая в кулере системы охлаждения, да пролитый спросонья кофе. Ну а если компьютер будет эксплуатироваться в космосе? И от надёжности его работы зависит не только конечная цель миссии, стоящей миллиарды рублей, но и жизнь людей, рискнувших бросить вызов суровым условиям космоса?
А теперь представим, что инженеры, проектирующие компьютер, толком не знают, в каких условиях придётся работать машине. Как им следует поступить? Какие конструктивные решения использовать?
Именно такое задание получили в конце шестидесятых годов специалисты научно-исследовательского института электронных машин (НИИЭМ) - головного
Создавая "космические вычислители", инженеры НИИЭМ использовали лучшие конструктивные наработки БЦВМ для наземных объектов, но при этом проявили недюжинную изобретательность, чтобы их детища никогда не знали такого состояния, как отказ в ходе эксплуатации.
Космическая миссия, для которой сотрудники НИИЭМ создавали бортовую ЭВМ, была весьма ответственной. Аппараты серии "Зонд", сконструированные на основе пилотируемого корабля "Союз 7К-Л1", должны были исследовать возможность высадки на Луне советских космонавтов. Задача эта была политически важной. Программа "Аполлон", отрабатываемая NASA с начала шестидесятых годов, к 1968 году вошла в стадию пилотируемых полётов, и руководство СССР желало утереть нос потенциальному противнику.
Космические аппараты серии "Зонд", летавшие к Луне, неслучайно были основаны на пилотируемых кораблях "Союз". На них однажды должны были отправиться и советские космонавты.
Применение в полётах подобного типа бортовых ЭВМ было чрезвычайно важным. Полёт состоял из нескольких фаз, в каждой из которых требовался точный расчёт в реальном масштабе времени множества параметров работы систем корабля. Автоматика на основе программно-временных устройств (ПВУ) здесь непригодна: уж слишком непредсказуемы условия полёта. А вот цифровая ЭВМ с её гибкой программируемой логикой подходила для этих целей идеально. Тем более что БЦВМ серии "Аргон-1", разработанные в НИИЭМ для мобильного оперативно-тактического ракетного комплекса "Точка", доказали свою эффективность в управлении сложными процессами.
Именно на базе "Аргон-1" и была создана первая вычислительная машина космического базирования. БЦВМ "Аргон-11С" была предназначена для управления движением космического корабля Л1 из серии "Зонд" при его облёте Луны и аэродинамического спуска на Землю при вхождении в атмосферу на второй космической скорости.
Лунные программы СССР и США в то время шли ноздря в ноздрю, и допустить какие-либо оплошности, тем более по вине вычислительной техники, было немыслимо.
Надёжность системы управления при этом ставилась во главу угла. Конечно, техника военного назначения всегда отличалась высочайшими показателями отказоустойчивости, достигавшимися с помощью проектных, организационных и технологических мероприятий, а также жёсткой госприёмки. Однако в случае с БЦВМ для лунной миссии этих мер явно было недостаточно. Понимая это, инженеры НИИЭМ сделали "Аргон-11С"... трёхголовым. В буквальном смысле этого слова.
В "Аргон-11С" впервые в практике создания бортовых ЭВМ была применена схема резервирования узлов, которая именовалась троированной структурой с мажоритированием. За этим мудрёным названием скрывается элегантная по своей идее конструкция.
Вот он - космический Горыныч, бортовая цифровая вычислительная машина "Аргон-11С"
Структурно "Аргон-11С" состоял из трёх
И вот тут начиналось самое интересное. Конечные управляющие воздействия формировались по мажоритарному принципу. То есть если на двух из трёх выходов они были одинаковы, а на третьем отличались, то за основу брались значения, выработанные большинством.
Мажоритарные логические схемы известны достаточно давно. Сигнал на их выходе зависит от одинаковых сигналов на большинстве входов
Фактически в "Аргон-11С" постоянно проходило голосование за наиболее правильное управляющее воздействие. А чтобы вы не подумали, что троица вычислительных блоков постоянно стремилась организовать коалицию против меньшинства, знайте, что между их входными и выходными каналами имелись связи, позволяющие обмениваться информацией в случае, если она в одном или нескольких блоках искажалась.
Ещё одной важной особенностью "Аргон-11С" было применение интегральных схем. Специально для этой серии специалистами НИИЭМ совместно с инженерами научно-исследовательского института точной технологии НИИТТ были разработаны гибридные интегральные схемы серии "Тропа" - фактически первые советские интегральные схемы.
Каждая интегральная схема "Тропа" содержала один логический элемент на базе транзисторно-транзисторной логики. В "Аргон-11С" таких интегральных схем были сотни. (Иллюстрация с сайта 155la3.ru)
Увеличить
Конструктивно печатные платы со схемами "Тропа" для каждого из трёх вычислительных узлов "Аргон-11С" собирались в многостраничную "книжку", корешком которой были шлейфы межмодульных связей. Вся эта "библиотека" жёстко монтировалась на специальном шасси, которое охлаждалось привычным для нас способом: с помощью вентилятора. С учётом тройного резервирования масса БЦВМ в 34 килограмма не кажется такой уж большой.
По нынешним меркам вычислительная мощность "Аргон-11С" - 200 тысяч операций в секунду - смехотворна, разрядность чисел и команд (14 и 17 соответственно) вызывает изумление, а объём оперативной памяти на ферритовых сердечниках (128 четырнадцатиразрядных слов) заставляет задуматься: как в ней вообще помещались какие-нибудь программы?!
Память на ферритовых сердечниках была единственным конструктивным решением для оперативного запоминающего устройства до середины семидесятых годов.
Зато надёжность этой машины, официально зафиксированная в её документации, потрясает. Вероятность отсутствия отказов в двух из трёх её модулей (а для голосования по большинству нужно минимум два работоспособных модуля) составляет 0,999 в течение восьми суток полёта космического аппарата к Луне и обратно.
Конструкция троированной схемы "Аргон-11С" была столь удачной, что в дальнейшем она была повторена с БЦВМ "Аргон-16", которую смело можно назвать космическим долгожителем. Эта ЭВМ использовалась в самых разнообразных космических аппаратах более 25 лет! Около трёхсот экземпляров "Аргон-16" трудились в "Союзах", транспортниках "Прогресс", орбитальных станциях "Салют" и "Мир". Поверьте, для ЭВМ космического базирования это большая цифра.