Русский | English   поискrss RSS-лента

Главная  → Документы и публикации  → Материалы конференций  → Материалы Международной конференции Sorucom-2017  → Региональные вычислительные системы реального времени

Региональные вычислительные системы реального времени

Когда в 1953 г. остро встал вопрос о борьбе с межконтинентсльными баллистическими ракетами (МБР) с ядерными боеголовками, никто в мире ещё не знал, возможно ли это, и как это делать. Но было ясно, что ракету может сбить только ракета, ничто иное просто не успеет. Значит, цель и противоракета (ПР) будут сближаться со скоростью около 7 ÷ 10 км/с. При этом требуется высокоточное прогнозирование курса движения и цели, и ПР. Решить такую задачу на основе традиционных тогда в ПВО аналоговых вычислительных средств было невозможно. Поэтому генеральный конструктор первых систем противоракетной обороны (ПРО) Г.В. Кисунько изначально принял решение о построении ПРО на основе цифровой вычислительной техники, тогда, в основном, ещё первого, лампового поколения. Так он и строил свои первые системы.

Есть множество публикаций об этих системах [1–4 и др.], но в них, как правило, ПРО рассматривается исключительно как система вооружения с подробным описанием её боевых объектов, иногда вскользь упоминаются и основные ЭВМ.

А ведь именно в этих системах цифровая техника впервые обеспечила управление столь сложными объектами в реальном масштабе времени – ранее цифровые ЭВМ применялись только для выполнения сложных расчётов. Без ЭВМ этих систем быть не могло!

Поэтому мы рассмотрим первые системы ПРО Г.В. Кисунько (полигонную "А", боевую "А-35" и полигонную "Аргунь") с позиции вычислительной техники. Как многомашинные системы, объединённые в единое различными вычислительными сетями, тогда ещё не формализованными. А боевые и вспомогательные объекты ПРО:

будем рассматривать как периферийные устройства ЭВМ, чем они, по существу, и были.

Сети ЭВМ были сердцем и разумом систем ПРО. Они:

Системы ПРО – это совокупность объектов, распределённых на огромных территориях, измеряемых сотнями километров, целых регионов. И их вычислительные сети также распределены по всему региону. Поэтому мы с полным правом можем назвать их "Региональными вычислительными системами реального времени" (РВСРВ). Разработчики ПРО и их пользователи этого названия не применяли, поскольку они были далеки от вычислительной техники, рассматривая её как покупной компонент и не более. Часто вообще забывали даже упомянуть о её применении. Что не справедливо.

РВСРВ "А"

Работы по созданию ПРО в стране начались с построения на специальном полигоне в пустыне Бетпак-Дала (Голодная степь) близ оз. Балхаш специальной экспериментальной полигонной системы ПРО "А" – исследовательского центра для определения путей реализации боевой системы ПРО.

Состав

Сердцем и разумом этой системы была РВСРВ "А". Её упрощённая структура[1] приведена на рис. 1.

Структура РВСРВ А

Рис. 1. Структура РВСРВ "А"

Система содержит 7 ЭВМ пяти типов:

Все эти ЭВМ, их периферийные и иные объекты, размещённые на огромной площади в десятки тыс. кв. км. Сары-Шаганского полигона "А", объединялись сложной вычислительной сетью общей протяжённостью около 1230 км.

Алгоритм работы

В режиме "Боевая работа" все компоненты системы функционируют согласно Общей боевой программе (ОБП).

РЛС ДО "Дунай-2" непрерывно сканирует заданный сектор пространства. При появлении комплексной цели (последняя ступень МБР и её ГЧ) в пространстве (на дальностях около 1200 км) информация о ней передаётся Вычислительной станции, формирующей процесс автоматического сопровождения цели. ВС с заданной периодичностью рассчитывает её координаты (дальность с точностью 1 км и две угловые координаты с точностью 0,5 градуса – для наведения ПР мало, но для наведения РТН достаточно) и передаёт их через СПД в ЦВС.

По полученным данным ЦВС осуществляет грубый расчёт координат, пролонгируемую траектории комплексной цели и рассчитывает углы установки узконаправленных антенн трёх РКЦ для захвата и точного сопровождения цели.

Получив "грубые" данные о месте положения цели, РКЦ каждого из трёх РТН поворачивают свои антенны в заданном направлении, на дальности около 700 км обнаруживают цель, определяют точные дальности до её компонентов и передают их ЦВС.

ЦВС рассчитывает координаты и пролонгируемую траекторию компонентов комплексной цели и выдают соответствующую информацию на Центральную индикаторную станцию.

Оператор по радиолокационным образам выделяет из комплексной цели головную часть МБР и передаёт её на автосопровождение трём РКЦ в режиме точного наведения (это единственная операция, выполняемая в системе "А" вручную, т.к. алгоритмов автоматического распознавания цели ещё долго не существовало).

Далее ЭВМ "РС-40В"трёх РТН вычисляют с заданной периодичностью точные дальности до цели и передают их в ЦВС ГКВП.

ЦВС по этим данным вычисляет точную прогнозируемую траекторию цели, проверяет попадание пролонгированной точки входа цели в зону обороны стартовой позиции, вычисляет параметры вывода противоракеты на цель, определяет и выдаёт на стартовую позицию углы разворота пусковых установок и антенных устройств РСВ ПР и СПК, определяет момент пуска и в автоматическом режиме выдаёт команду на пуск противоракеты.

Объекты стартовой позиции поворачиваются в заданных направлениях и по команде осуществляется пуск ПР.

После пуска ПР её сопровождение сначала осуществляет РСВ ПР, передающая результаты измерения траектории её движения в ЦВС.

По этим данным ЦВС рассчитывает углы установки антенн РКИ РТН, которые отрабатывают их и захватывают ПР на автоматическое сопровождение в режим точного наведения.

Непрерывно получая информацию от трёх РТН о координатах цели и противоракеты, ЦВС рассчитывает их пролонгированные траектории и посредством станции передачи команд СПК подаёт команды корректировки траектории на борт противоракеты для её вывода на строго встречный цели курс по пролонгированной расчётной траектории полёта цели.

В расчётный момент от ЦВС с СПК на борт противоракеты подаётся команда взрыва БЧ ПР. После взрыва боевой части противоракеты по курсу цели образуется дисковое поле из 16000 поражающих элементов. Столкновение этих поражающих элементов с ГЧ МБР приводит к её разрушению.

Этап точного наведения длился 12-14 секунд.

Работа системы

Первое же испытание системы "А" в полном составе 24 ноября 1960 г. оказалось успешным – цель и БЧ ПР встретились в расчётное время в расчётной точке. Это было подтверждено телеметрическими данными Измерительного комплекса. Но реального поражения ГЧ МБР не было - боевая часть ПР ещё не была готова, вместо неё был использован массо-габаритный эквивалент.

РВСРВ "А" и другие компоненты системы сработали точно, но эффектного для начальства события с взрывом и осколками цели не произошло.

А затем последовали 11 неудачных по разным причинам пусков.

Реальное поражение реальной цели произошло 4 марта 1961 г. С эффектным взрывом и осколками цели, собранным затем в пустыне.

Далее система работала прекрасно, было проведено много пусков с разными задачами, и все успешно.

Теорема возможности построения системы ПРО была доказана. Но это достижение долгое время не получало должной публичной оценки. Только летом руководитель страны Н.С. Хрущёв публично заявил, что у нас "Есть такие умельцы, которые могут попасть в муху в космосе" [9]. Такое заявление мировой общественностью тогда воспринималось вполне нормально, т.к. всем был известен высокий уровень развития в СССР ракетной техники. Первый в мире спутник уже был наш, а через месяц, 12 апреля и первый космонавт тоже стал нашим.

Также была доказана эффективность применения цифровой техники при построении сложнейших управляющих систем реального времени. Но этот факт не был замечен ни обществом, ни специалистами.

Но разработчикам стало понятно, как строить первую в мире боевую систему ПРО, получившую имя "А-35".

РВСРВ "А-35" и её полигонный вариант "Алдан"

Назначение системы ПРО "А-35" - защита центрального промышленного района от нападения 8 МБР типа "Титан-2" и "Минитмен-2" с однозарядными головными частями (иных тогда не было). При этом, поскольку алгоритмов автоматического распознавания реальной цели (ГЧ МБР) и безопасной последней ступени МБР ещё не было, МБР рассматривалась как комплексная парная цель, уничтожать требовалось обоих, т.е. на одну цель требовалось две ПР.

К началу разработки "А-35" в результате исследований выяснилась высокая прочность ядерных боеголовок – головных частей (ГЧ) МБР, не поддающихся осколочно-фугасному разрушению. В результате было принято решение о применении в Боевой части (БЧ) противоракет ядерных зарядов мощностью 2-3 Мт с значительно большей зоной поражения, и в системах "Алдан", "А-35" и "Аргунь" Г.В. Кисунько с удовольствием отказался от сложного и дорогого метода трёх дальностей[2], что существенно упростило и удешевило систему.

Состав. Сердцем и разумом этой системы была РВСРВ "А-35". Её упрощённая структура приведена на рис. 2.

Структура РВСРВ А-35

Рис. 2. Структура РВСРВ "А-35"

РВСРВ "А-35" содержит 55 полупроводниковых ЭВМ трёх типов: 29 комплектов ЭВМ 5Э92б А.С. Лебедева (НИИТМиВТ) [10]., 20 ЭВМ "К340А" Д.И. Юдицкого (НИИ-37) [11]. и 6 ЭВМ "Т-40У" Ю.Д. Шафрова (НИИРП) [12].

Алгоритм работы

В режиме "Боевая работа" все компоненты системы функционируют согласно Общей боевой программе. Алгоритм работы региональной вычислительной системы "А-35" подобен алгоритму системы "А", но полностью автоматизирован, не требует участия человека.

Вычислительные комплексы УДО анализируют данные четырёх РЛС ДО "Дунай-3х", непрерывно сканирующих каждая свой сектор пространства. Обнаружив в пространстве объекты, ВК выделяют среди них МБР (их радиолокационные образы существенно отличаются от образов самолётов, искусственных спутников и космических объектов, также видимых локатором), рассчитывают траектории МБР и передают их в ГВЦ.

ГВЦ распределяет обнаруженные цели по стрельбовым комплексам и передаёт каждому координаты его цели. ЭВМ СК даёт команду своему РКЦ на захват и сопровождение выделенной ему парной цели. РКЦ с заданной периодичностью измеряет точные координаты цели и передаёт их ЭВМ.

ЭВМ по этим данным рассчитывает точную пролонгированную траекторию движение компонентов цели (последней ступени и ГЧ МБР) и распределяет элементы парной цели между двумя РКИ и даёт команду на пуск ПР.

Каждый из РКИ измеряет точные координаты своей ПР и передаёт их ЭВМ.

ЭВМ по получаемым от РКЦ и РКИ данным рассчитывает пролонгированные траектории цели и ПР, рассчитывает поправки траектории ПР для её вывода на строго встречный курс и через РКИ передаёт эти поправки ПР, которая их отрабатывает.

ЭВМ рассчитывает точку встречи цели и противоракеты и по её достижении даёт через РКИ команду на подрыв БЧ ПР. Производится маломощный ядерный взрыв, разрушающий цель.

После взрыва ЭВМ анализирует данные измерений РКЦ и РКИ и по результатам анализа даёт заключение о поражении цели.

В случае неудачи при наличии запаса времени возможен пуск второй ПР.

В случае удачи возможна аналогичная работа по другой цели.

Работа системы

Боевая система "А35", а в ней и её "сердце и разум" РВСРВ "А-35", была сдана заказчику в два этапа, в 1972 и 1974 гг. И проработала, с модернизацией в 1978 г. (система "А-35М") до февраля 1995 г., когда на смену ей пришла система "А-135", т.е. 23 года.

В ходе модернизации система ПРО "А-35" путём изменения алгоритма (программного обеспечения) её работы и перекоммутации части объектов с минимальными затратами средств и времени была превращена в многоканальную систему "А-35М" (рис. 3), способную поражать сложные баллистические цели (о них далее).

Это проявило ещё одно ценное свойство цифровых управляющих систем – их гибкость, модернизируемость.

Поражение сложной баллистической цели системой ПРО А-35М [13]

Рис. 3. Поражение сложной баллистической цели системой ПРО "А-35М" [13]

РВСРВ "Аргунь"

Пока разрабатывалась и строилась "А-35", в США появились МБР с разделяющимися боеголовками. В одной ГЧ МБР разместили несколько боевых ядерных зарядов, которые на конечном участке траектории разделяются, и каждый направляется на свою цель. Но кроме боевых зарядов (реальных целей ПРО) разместили пассивные (ложные цели) и активные (радиоизлучатели) средства противодействия ПРО. Для ПРО это была сложная баллистическая цель (СБЦ).

"А-35" с такими МБР бороться не могла, потому что таких требований к ней никто не предъявлял – наши военные не прогнозировали такого подвоха от американцев.

Поэтому, узнав из разведданных об американском "сюрпризе", Г.В. Кисунько предложил модернизировать "А-35", перестроив алгоритм её работы для поражения СБЦ, и дополнить её ещё тремя многоканальными стрельбовыми комплексами (МКСК) второй очереди системы "А-35", которые предстояло разработать.

Эти работы он начал ещё в 1965 г. разработкой аванпроекта полигонного варианта МКСК "Аргунь". Главным конструктором "Аргуни" он назначил Н.К. Остапенко.

В соответствии с заданием, каждый МКСК предназначался для обнаружения, сопровождения и одновременного перехвата до 24 реальных баллистических целей одной или нескольких МБР.

МКСК должен был обеспечивать полную автоматизацию управления технологическими средствами и целевой обработки данных в цикле от обнаружения СБЦ, селекции её компонентов с выделением реальных целей до их поражения. Для этого требовалось разработать алгоритмы автоматической селекции (которых не было), многоканальные радиолокационные и стрельбовые средства и очень высокие по тем временам вычислительные ресурсы. Для их обеспечения зеленоградскому СВЦ (Д.И. Юдицкий) была заказана сверхпроизводительная по тому времени модулярная суперЭВМ "5Э53" производительностью около 40 млн. оп/с [14].

РВСРВ "Аргунь" на основе этой ЭВМ и РЛС канала цели сантиметрового диапазона "РКЦ-35ТА" А.А. Толкачёва (ОКБ «Вымпел») были важнейшими компонентами полигонного МКСК "Аргунь".

С сожалением приходится констатировать, что в результате сложной многолетней борьбы между различными группировками в Минрадиопроме, поддержанными различными кругами во властных и военных структурах, вторая очередь системы ПРО "А-35" реализована не была [1–4]. Не был достроен и полигонный МКСК "Аргунь". Но все его объекты были построены по отдельности и в комплексе отлажены. Не хватало только противоракеты "А-351" и ЭВМ "5Э53", поставка которой планировалась в 1972 г. Временно вместо 4-машинного комплекса на "5Э53" был применён 5-машинный комплекс на ЭВМ "5Э92б", снятых с демонтированных объектов системы "Алдан". Естественно с существенной потерей возможностей системы.

Поскольку реально "Аргунь" работал с "5Э02б", в этом составе мы и рассмотрим РВСРВ "Аргунь", хотя проект МКСК был разработан с "5Э53".

Состав. Упрощённая структура РВСРВ "Аргунь" приведена на рис. 4.

Структура РВСРВ Аргунь

Рис. 4. Структура РВСРВ "Аргунь"

Пять ЭВМ и другие объекты "Аргуни" были рассеяны но огромном пространстве полигона на расстояниях в десятки и сотни километров друг от друга. Система передачи данных Ф.П. Липсмана объединяла их в единую Региональную вычислительную систему реального времени.

Финал. К сожалению, закончить работы по созданию полигонного МКСК "Аргунь" разработчикам не дали, остановив их в завершающей фазе. Но и в таком составе "Аргунь" уже работал [4, 15]. Были успешно проведены заводские испытания с участием представителей 4 ГУ МО СССР. Обеспечено одновременное обнаружение, сопровождение и определение траекторий до 15 целей, это с ЭВМ "5Э92б". С "5Э53" "Аргунь" и МКСК должны были одновременно обрабатывать до 100 целей с селекцией из них реальных.

С 1971 г. шло планомерное сворачивание работ по "Аргуни", закончившееся в 1974 г. его урезанием и превращением из полигонного стрельбового в измерительный комплекс – МИК "Аргунь-И". В составе РЛС РКЦ-35ТА "Истра" и КВП. Всё остальное было разными способами уничтожено, стартовые позиции - взорваны.

Но это другая история. Нас интересует "Аргунь" как региональная вычислительная система реального времени. Которая и до усечения, и после в виде МИК "Аргунь-И" проработала 18 лет.

Заключение.

Мы рассмотрели три примера самых первых и тогда самых мощных в стране Региональных вычислительных систем реального времени. Они доказали перспективность применения цифровой техники в системах управления сложными объектами, но из-за секретности систем ПРО этот стимулирующий пример оказался не замеченным и не оценённым ни общественностью, ни специалистами, ни властными структурами.

Литература

  1. Кисунько Г.В. (1996) Секретная зона. Исповедь Генерального конструктора. М.: Современник.
  2. Остапенко Н.К., Малашевич Б.М. (2005) Немного о ПРО и о ПРОшниках. Как оно было на самом деле. (Исповедь главного конструктора). М.: Петит-А.
  3. Малашевич Б.М. (2013) 50 лет отечественной микроэлектронике. Краткие основы и история развития // Очерки истории российской электроники, вып. 5. М.: Техносфера.
  4. Остапенко Н.К. (2007) Ещё больше о ПРО. Были из моей маленькой жизни. М.
  5. Машина электронная вычислительная специализированная М-40 (ЭВМ М-40). URL: http://www.computer-museum.ru/histussr/m40.htm
  6. Машина электронная вычислительная специализированная М-50. URL: http://www.computer-museum.ru/histussr/m50.htm
  7. Пржиялковский В.В. Антонов Вениамин Степанович. URL: http://www.computer-museum.ru/galglory/antonov.htm
  8. Дунай (радиолокационная станция). URL: http://ru-wiki.org/wiki/%D0%94%D1%83%D0%BD%D0%B0%D0%B9_(%D1%80%D0%B0%D0%B4%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D....
  9. Айтхожин Н.А., Ганцевич М.М. Радиолокаторы наведения системы ПРО «А». URL: http://www.vko.ru/oruzhie/radiolokatory-navedeniya-sistemy-pro-1.
  10. Машина электронная вычислительная специализированная 5Э92б. URL: http://www.computer-museum.ru/histussr/5e92b.htm
  11. Малашевич Б.М. Неизвестные модулярные суперЭВМ. URL: http://www.computer-museum.ru/histussr/sok_evm.htm#340
  12. Схема взаимодествия элементов системы "А". URL: http://www.vko.ru/sites/default/files/images/pictures/archive/1001/58-01.jpg ; http://vpk-news.ru/sites/default/files/styles/galleryformatter_slide/public/photographs/2011/12/09/1...
  13. Малашевич Б.М. Краткие основы и история создания отечественных модулярных ЭВМ.
  14. Кадры решают всё: первопроходцы, которые провелиобоснование и крупномасштабные организационные работы, создали, испытали, оснастили армию оружием противосамолётной и противоракетной обороны. URL:  http://1aaa.1bbs.info/viewtopic.php?t=48

Примечания.

1. Здесь и далее: В структурах ЭВМ представлены овалами, а их периферийные устройства (боевые и вспомогательные объекты ПРО) – прямоугольниками. Конфигурации вычислительных сетей в рисунках приведены условно, т.к. точной информации о них нет.

2. В результате при одном залпе системы "А-35" над головами жителей центра европейской части страны было бы взорвано 16 ядерных зарядов мощностью по 2-3 Мт, т.е в сумме 32-48 Мт. А при четырёх возможных залпах стоящих на ПУ ПР – в 4 раза более, 128-192 Мт. Причём не локально, а распределённо по территории. Почему-то мне нигде не встречалось результатов исследований о степени радиоактивного заражения при этом наших территорий, нашего населения.

Материалы международной конференции Sorucom 2017
Помещена в музей с разрешения автора 18 Октября 2017

Проект Эдуарда Пройдакова
© Совет Виртуального компьютерного музея, 1997 — 2017