Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Документы и публикации  → Материалы конференций  → Материалы Международной конференции - SoRuCom-2011  → К истории разработки БЦВМ для противоракет дальнего перехвата А925

К истории разработки БЦВМ для противоракет дальнего перехвата А925

Эра использования баллистических ракет дальнего действия в военных целях, начавшаяся с первых запусков немецких ФАУ-2, направленных на Лондон, вывела в разряд актуальных и задачу борьбы с этим новым видом оружия. 17 августа 1956 г. появилось развернутое постановление Совета Министров СССР, которое санкционировало начало полномасштабных работ по тематике противоракетной обороны.

4 марта 1961 г. на полигоне в районе озера Балхаш был осуществлен первый в мире перехват баллистической ракеты.

В начале 1970-х годов были развернуты работы по созданию системы второго поколения ПРО Москвы (двухэшелонная система А-135). Назначением этой системы была гарантированная защита Московского промышленного района от удара группы баллистических ракет и их боевых блоков. В состав системы А-135 вошла созданная в МКБ «Факел» противоракета заатмосферного перехвата 51Т6 (А-925), предназначенная для уничтожения боевых блоков межконтинентальных баллистических ракет до их входа в атмосферу. Противоракета 51Т6 не имела и не имеет аналогов в мировом ракетостроении. Она была выполнена с применением новейших достижений отечественной науки и техники, прогрессивных технологий и новых материалов, по двухступенчатой схеме – с твердотопливным ракетным двигателем на первой ступени и жидкостной ракетной двигательной установкой на второй. Старт ракеты – вертикальный, из шахтной пусковой установки.

Впервые противоракета такого класса была оснащена командно-инерциальной системой управления с бортовой цифровой вычислительной машиной БЦВМ 5Э28А («Аргон-17А»).

Бортовая аппаратура противоракеты выполнена в радиационно-стойком исполнении. Были приняты специальные меры для обеспечения радиационной стойкости БЦВМ. Конструкция ракеты и ее бортовой аппаратуры обеспечивала, при необходимости, продолжительный автономный полет без команд от наземной системы наведения. По командам от наземной системы наведения противоракета могла перенацеливаться в полете. Противоракета 51Т6 обеспечивала высокую вероятность уничтожения боевых блоков межконтинентальных баллистических ракет на больших дальностях и высотах. Первый пуск А-925 был произведен весной 1979 г.

17 февраля 1995 г. система ПРО Московского промышленного района А-135 была принята на вооружение. В состав системы А-135 вошли два стрельбовых комплекса с 32 шахтными пусковыми установками противоракет 51Т6. Наряду со стратегическими ядерными силами, средства воздушно-космической обороны страны сыграли большую роль в сдерживании потенциальных агрессоров от применения военной силы против нашего государства и в предотвращении третьей мировой войны.

Созданию БЦВМ 5Э28А, принятой на вооружение в составе противоракеты дальнего перехвата А-925, предшествовала напряженная многолетняя и многоэтапная исследовательская и конструкторская работа, автономные лабораторные, наземные комплексные и натурные испытания в составе противоракеты. На каждом этапе решались всё более сложные научно-технические задачи: от разработки первоначального варианта БЦВМ 5Э27 к БЦВМ 5Э28 и, наконец, к БЦВМ 5Э28А, успешно прошедшей все виды испытаний, внедренной в серийное производство и принятой в штатную эксплуатацию. БЦВМ 5Э28А в комплексе БЦВМ «Аргон», охватывающем разработки нескольких поколений бортовой вычислительной техники для ракетно-космических, авиационных, мобильных и стационарных объектов, занимает особое место благодаря своим уникальным характеристикам.

Первоначально работы по проектированию БЦВМ (шифр 5Э27) для противоракеты дальнего перехвата А925 были начаты по заданию МКБ «Факел» в рамках ОКР «Полином-2» в ноябре 1970 г. В соответствии с решением ВПК от января 1972 г. работы по БЦВМ 5Э27 были прекращены. На базе результатов, полученных по ОКР «Полином-2», началась разработка БЦВМ 5Э28. В связи с недостаточной надежностью БЦВМ 5Э28 в условиях полета, в мае 1980 г. было согласовано ТТЗ с МКБ «Факел» на БЦВМ 5Э28А, стойкую к воздействию электромагнитного импульса ядерного взрыва и радиационно-стойкую. Приказом Минрадиопрома от декабря 1984 г. освоение производства БЦВМ 5Э28А было поручено Кишиневскому заводу ЭВМ им. 50-летия СССР.

К 1970 году коллектив разработчиков средств бортовой вычислительной техники имел опыт создания БЦВМ для космических кораблей и станций, для авиационных и мобильных объектов. Предъявляемые тактико-технические требования к БЦВМ, размещаемой в приборном отсеке противоракеты с твердотопливным ракетным двигателем на первой ступени, представлялись на первом этапе проблемными и трудновыполнимыми. Потребовались многомесячные исследования и лабораторные испытания узлов и блоков БЦВМ, в которые были заложены новые конструктивно-технологические решения, обеспечивающие сохранность и работоспособность оборудования при старте противоракеты из шахтной пусковой установки.

Неразрешимой проблемой представлялась и задача обеспечения стойкости БЦВМ к воздействию электромагнитного импульса ядерного взрыва и радиационной стойкости. Многолетние исследования, проведенные на реальных узлах и блоках БЦВМ при воздействии заданных уровней радиации, показали неспособность электроники устойчиво работать в заданных условиях.

Как известно, импульсная проникающая радиация (ИПР) включает в себя три вида излучения: нейтронное, гамма-излучение и рентгеновское (сверхжесткое). Воздействие ИПР на вычислительную систему осуществляется через взаимодействие излучения с материалами, из которых изготовлены компоненты вычислительной системы (ВС). В результате изменяются параметры материалов и, как следствие, характеристики (параметры) компонентов. Выход значений этих характеристик за установленные допуски приводит к радиационным отказам и сбоям. Радиационные отказы и сбои, в отличие от большинства других видов отказов и сбоев, не разнесены во времени и могут возникать одновременно во многих компонентах.

Обеспечение радиационной стойкости ВС может проводиться за счет применения более радиационно-стойких компонентов, придания ВС свойства радиационной отказоустойчивости и использования защитных экранов. На практике все три подхода являются взаимодополняющими и применяются в указанной последовательности.

Определяющим для обеспечения радиационной стойкости ВС является условие допустимости ограничения (нарушения) работоспособности ВС при воздействии ИПР. С учетом этого обстоятельства ВС можно разделить на два класса: невосстанавливаемые и восстанавливаемые.

Для аппаратуры, работающей в реальном масштабе времени, все процедуры восстановления должны выполняться автоматически. Придание ВС свойства радиационной отказоустойчивости требует введения в архитектуру ВС двух дополнительных функций: обнаружения и восстановления. Задача первой из них – обнаружить ошибку, возникшую при воздействии ИПР, и инициировать работу второй функции – восстановления. Один из наиболее распространенных подходов к решению этой проблемы – метод «внешнего» контроля, когда контролируется не состояние самой вычислительной системы, а параметры радиационной обстановки (РО). Для этой цели в ВС вводится блок радиационного контроля, в состав которого входят функциональные узлы, необходимые для выработки сигнала, если параметры радиационной среды превышают заданные допустимые значения. Для реализации функции восстановления в составе ВС, как правило, требуется наличие магнитной памяти, радиационно-стойких таймеров, элементов «отсечки» для предотвращения распространения ошибок по ВС. Программные средства восстановления должны обеспечивать перезапуск ВС. Метод «внешнего» контроля был использован при разработке БЦВМ 5Э28А. В результате была предложена структура БЦВМ с блоком рестартера, включающим память на ферритах с необходимыми характеристиками, выдерживающими заданные уровни воздействия радиации.

Проблемным оказался и вопрос быстродействующего твердотельного датчика γ-излучения. Датчики с необходимыми характеристиками отсутствовали, нужно было найти организацию и специалистов, которые взялись бы за создание таких приборов. Заказ в результате был размещен в НИИ «Изотоп» в г. Риге.

Функционирование БЦВМ в боевом режиме при воздействии заданных уровней радиации обеспечивалось за счет кратковременного прерывания вычислительного процесса на период прохождения опасной зоны от ядерного взрыва головной части предыдущей противоракеты. При этом содержимое базовых регистров БЦВМ записывалось в ферритовую память блока рестартера, а после прохождения опасной зоны вычислительный процесс в БЦВМ восстанавливался, что обеспечивало решение боевых задач. Заложенные в структуру БЦВМ решения успешно прошли автономные стендовые и натурные испытания на полигоне при подземном ядерном взрыве, а в дальнейшем и при заводских испытаниях противоракеты.

Необходимое для БЦВМ быстродействие, связанное с жестким реальным временем алгоритмов боевых задач, было обеспечено за счет введения конвейерной обработки информации и проблемно-ориентированной изменяемой системы команд (ПОИСК). Макрокоманды ПОИСКа, ориентированные на конкретные алгоритмы, выполнялись на микропрограммном уровне.

Выполнение жестких требований к БЦВМ по надежности, в первую очередь, по коэффициенту боевой готовности при регламентных работах – один раз в два года, что было вызвано условиями нахождения противоракет на боевом дежурстве в шахтных пусковых установках, обеспечивалось за счет использования уже опробованной структуры БЦВМ, разрабатываемых для космических объектов. Это трехканальный синхронный резервированный вычислительный комплекс с мажоритарными органами, с реализацией поразрядного мажоритирования информационных и управляющих магистралей и резервированием элементов сопряжения в процессе обмена. Благодаря такой структуре машина сохраняет работоспособность при появлении отказов в разноименных разрядах магистралей и связанных с ними цепях разных каналов. В качестве основной элементной базы БЦВМ 5Э28А были использованы микропроцессорные БИС серии 583 и ИС серий 106, 134, 530, 533.

Конструкция машины выполнена в виде скомпонованных в одном корпусе блока трехканального устройства вычислений и обмена, трех блоков ОЗУ, трех блоков ПЗУ программ, трех блоков ПЗУ микропрограмм и трех блоков электропитания. Многослойные печатные платы блоков, изготовленные методом послойного наращивания, кроме блока электропитания, собраны в пакет книжной конструкции.

В БЦВМ 5Э28А операции выполняются с фиксированной точкой, слово состоит из 16 разрядов и двойное слово 32 разряда. Система команд состоит из операторов общего назначения, специальных операторов, операторов стандартных процедур. Число команд – 132. Время выполнения сложения – 2мкс. Объем ОЗУ – 4Кб, ПЗУ программ – 32 Кб, ПЗУ микропрограмм – 24 Кб. Число обменных магистралей – 8, скорость обмена – до 160 Кб/с. Программное обеспечение включает набор стандартных программ, специальные подпрограммы, автоматизированную систему программирования ЯСКО, программы тестового контроля.

Группа эксплуатации – 4.4 по ГОСТ В20.36.304, 305, 306.

Объем – 70 дм3.

Масса – 30 кг.

Потребляемая мощность – 100Вт.

Коэффициент готовности – 0,92.

Коэффициент работы – 0,998.

БЦВМ 5Э28А

Внешний вид БЦВМ 5Э28А

Список литературы

  1. Светлов В.Г. Зенитные управляемые ракеты МКБ «Факел». В книге «Диалектика технологий воздушнокосмической обороны». Научное издание под ред. д.т.н., проф. Минаева В.Н. – М: ЗАО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2011.
  2. Штейнберг В.И. Комплекс БЦВМ «Аргон» за 40 лет – динамика развития//Материалы Международной конференции SORUCOM-2006 «Развитие вычислительной техники в России и странах бывшего СССР: история и перспективы, 3-7 июля 2006 г., Петрозаводск.
  3. Штейнберг В.И. Элементная база – основа динамики развития БЦВМ комплекса «Аргон» в книге «Динамика радиоэлектроники/Под общ.ред. Ю.И. Борисова, М.: Техносфера, 2007.

Об авторе:

ФГУП «НИИ «Аргон»

argon@argon.ru
Материалы международной конференции SORUCOM 2011 (12–16 сентября 2011 года)
Помещена в музей с разрешения автора 27 Января 2014

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2018