Автоматическая посадка «Бурана»
15-11-2010, 11:31. Разместил: VP
Сегодня, 15 ноября, исполняется 22 года со дня первого и единственного полёта нашего многоразового транспортного космического корабля «Буран». А также второго и последнего полёта ракеты-носителя сверхтяжёлого класса «Энергия».Всё, что связано с «Бураном», мне дорого. Потому что я работал по этой теме в мои инженерские годы, коих, впрочем, – большая часть жизни. Правда, не на самом ударном направлении и, по молодости лет, не на ведущих ролях.
Посадка – это был триумф. Дальше планировался второй полёт, опять беспилотный, но в несколько суток длительностью. А потом… потом был тоскливый период работы с неясной, меркнущей перспективой, пока в 1993-м программу не закрыли совсем.
Как вы знаете, «Буран», как и американский шаттл, садится, как планер – без двигателей. Нет у него двигателей для полёта в атмосфере. Так что зайти на полосу он может только один раз. Ещё вы, может быть, помните, что полёт «Бурана» был беспилотным, и посадка, соответственно, автоматической. Эта беспилотная посадка – наверное, единственный всем понятный наш приоритет по сравнению с американским шаттлом. У американцев такой режим предусмотрен, но ни разу не применялся. Они всегда сажали вручную. Молодцы, конечно; но… в в этот раз мы их точно сделали, и, что важно, в самом что ни на есть «хайтеке».
Насколько я знаю, пассажирские лайнеры до сих пор не приземляются «в автомате». А в 1980-х наземная техника первоклассных аэродромов «вела» лайнеры до высоты 15 метров, а дальше сажал экипаж. Надо ещё учесть, что аэродинамическое качество «Бурана» на дозвуке составляло примерно половину качества тогдашних пассажирских самолётов – 4-4,5 против 8–10. Можно сказать, «Буран» был на полпути к утюгу, если начинать этот путь от какого-нибудь Боинга 737.
Да что говорить – сравните их форму….
До высоты 4 км корабль снижался под управлением программ НПО АП. Дальше был наш этап – от 4 км над землёй до остановки на посадочной полосе. Хочу рассказать, как делалась эта алгоритмия.
***
Сначала теоретик пишет алгоритм некоторой, сравнительно небольшой, операции. Пишется это на языке высокого уровня, проверяется «в точках» на контрольных примерах. Такие отдельные алгоритмы соединяются в некий функциональный блок, и его ставят на моделирующий стенд. Там рабочий, «как бы бортовой» алгоритмический блок («как бы» – потому что он написан на языке высокого уровня) запускают в работу в математической же среде, имитирующей будущее окружение этого блока: модели «соседних» алгоритмов, модель динамики аппарата, модели исполнительных органов, датчиковых систем и др. Они тоже написаны на языке высокого уровня. Производится проверка в фиксированных точках (при фиксированных значениях входных параметров), а затем – имитация полёта. Называется – моделирование в замкнутом контуре.
Потом подсистемы собираются вместе и опять проверяются таким же примерно образом, только набор моделей меняется. А потом алгоритмы «переводятся» с языка высокого уровня на язык бортовой машины (БЦВМ); тогда это был ассемблер.
Это уже в «чистой математике» не проверишь – универсальная ЭВМ, которая прекрасно работает на языке высокого уровня, не понимает языка БЦВМ. Это уже реальные бортовые программы, и для их проверки предназначается другой моделирующий стенд, в составе которого есть бортовая ЭВМ. А вокруг неё то же самое – математические модели. Они не совсем такие, как в чисто математическом стенде, но принцип тот же. Модель «крутится» в большой ЭВМ общего назначения. Не забывайте, это были 1980-е годы, никаких персоналок; у нас стояла спарка из двух ЕС-1061.
Но для связи бортовой ЭВМ с универсальной, где модель, нужно специальное оборудование, оно в составе стенда нужно ещё для разных задач.
Стенд, где есть реальное бортовое оборудование (в нашем случае – БЦВМ), называется полунатурным. На нём реализовался режим работы бортовых программ, очень близкий к режиму реального времени. Точнее говоря, с точки зрения БЦВМ он ничем не отличается от режима реального времени.
Вот такая последовательность работы. Под эту последовательность и было составлено наше отделение. В нём был комплексный отдел, который разбирался с датчиковыми и исполнительными системами, задействованными в наших программах. Они выясняли содержание и форму представления информации, приходящей к нам на вход, а также – что и в каком виде мы должны будем выдавать на выходе. В другом отделе, алгоритмическом, шла собственно разработка бортовых алгоритмов и отработка их на математическом стенде. Матмодели также писались людьми из этого отдела. Тот отдел, в котором работал я, занимался переводом программ на язык БЦВМ, созданием специального оборудованием для полунатурного стенда (здесь я и трудился) и разработкой программного обеспечения для этого оборудования и вообще для полунатурного стенда. И ещё был отдел, ответственный за эксплуатацию универсальных ЭВМ, водивших в состав стенда.
Наш выходной продукт – бортовая программа, записанная на магнитной ленте (1980-е!). Ленту с программой везли на следующие этапы отработки.
Точнее, конкретно ленту везли в одно место – на стенд предприятия-разработчика системы управления. Это предприятие было во много раз крупнее, чем мы. Ещё бы: оно делало весь программный комплекс «Бурана», да и саму БЦВМ. Нам, нашей посадочной алгоритмии, в той БЦВМ отводилась только часть машинного времени, параллельно (точнее, я бы сказал, квазипараллельно) работали другие программные системы. Мы рассчитываем траекторию посадки; но ведь одновременно нужно делать всякие другие полезные вещи: стабилизировать аппарат, включать-выключать всевозможное оборудование, формировать телеметрию и так далее, вплоть до кондиционирования воздуха.
После этого этапа нашей отдельной ленты уже не существовало. А была лента со всей совокупностью бортовых программ, и её везли в Тушино, на стенд «Молнии» – предприятия-разработчика корабля «Буран» (и изготовителя тоже). А там был стенд, на котором в контур моделирования был включён настоящий «Буран», специально под это выделенный. В процессе моделирования он качал балансировочным щитком, выпускал шасси и всякое такое прочее. И сигналы шли от настоящих акселерометров и гироскопов.
Дальше – ещё интереснее.
Дальше была летающая лаборатория. Это Ту-154, у которого система управления настроена так, чтобы «изображать» «Буран». То есть БЦВМ вырабатывает управляющий сигнал, например, на элевоны, а у Ту-154 отклоняются элероны и рули высоты таким образом, что его реакция копирует соответствующее поведение «Бурана. Ясное дело, можно было быстро переключиться в обычный режим, а то ведь порой и до беды недалеко… Вообще, «буранский» режим включался только на время эксперимента.
Высшая форма испытаний называлась ВТС-002. Это экземпляр «Бурана», на котором установлены четыре движка, такие же, кстати, как на Ту-154. Он мог самостоятельно взлетать, набирать высоту – словом, это был не бог весть какой, но самолёт. Взлетит, выйдет в заданную стартовую точку – это под управлением лётчика. А здесь выключает двигатели и планирует, как будто он – «Буран», возвращающийся с орбиты. Разве что не горячий и без ядовито-агрессивных компонентов в баках…
ВТС-002 совершил 24 полёта – столько, сколько было с самого начала запланировано по программе его испытаний. Это была изощрённая работа, каждый полёт отличался от другого, и стратегия движения к конечной цели была тщательно выверена. Мой любимый пример. В одном из полётов БТС-002. летел под управлением программы до касания полосы, причём только двумя стойками шасси – основными. В этот момент происходило переключение на ручное управление, и лётчик бережно опускал на бетон носовую стойку. И тут опять включалась программа, и «отвечала за машину» до полной остановки.
То есть опусканием носа руководил отдельный алгоритм, который в том полёте не включался. Я уже сказал, что был довольно-таки далёк от динамиков и управленцев, но, думается, могу объяснить, что это за такой особенный манёвр – опускание носа.
Пока аппарат в воздухе, он может свободно вращаться вокруг всех трёх осей: крена, тангажа и рысканья. Вращается он, как и любой из нас на его месте, вокруг центра масс. Так; вот он опёрся на колёса основных стоек. Вращение по крену теперь невозможно вообще (не будем брать случай откровенно грубой посадки, там такие асы работали…). Вращение по тангажу идёт уже не вокруг центра масс, а относительно оси, проходящей через точки касания колёс, и пока, до опускания передней «ноги», оно свободное. А вращение по рысканью теперь зависит от соотношения момента от руля направления и силы трения колёс о полосу.
Как видим, режим движения «на двух ногах» резко отличается и от полёта, и от финального «трёхточечного» пробега. Когда переднее колесо опустится на полосу, то будет, как в анекдоте: уже никто никуда не вращается…
…Добавлю, что неполадки, понятные и непонятные, со всех этапов испытаний привозились к нам, анализировались, устранялись, и программа снова шла по всей линии, от математического стенда до БТСа в Жуковском.
***
Все, кому было интересно, помнят, что посадка прошла безупречно: ошибка по времени 1 секунда, отклонение от оси полосы 1,5 м. Наши ребята, те, которые находились возле полосы, рассказывали, что испытали ощущение, ни с чем не сравнимое. Ещё бы… Это мы просто смотрели по телевизору, как большой чёрно-белый угловатый комод легко и уверенно снижается и бежит по бетону. А они – они лучше, чем кто бы то ни было знали, какие миллионы взаимосвязанных событий произошли именно так, как должны были произойти, чтобы могло состояться это изящное и точное приземление.
Окраина аэродрома «Юбилейный» на Байконуре. Теперь это просто аэродром, я летал с него. А строился как главная полоса для эксплуатации космической транспортной системы «Энергия»-«Буран». Естественно, единственный состоявшийся полёт «Бурана» завершился здесь… Фото Галины Иодко
Вот что хочу сказать «Бурана» не стало, но опыт не пропал. Эта работа создала коллектив первоклассных специалистов, уверенных в себе и в товарищах. Причём там было много молодых, и они были просто-таки сформированы, взращены этой работой. Этот коллектив не рассосался бесследно в тяжёлые годы, что позволило как раз в оные создать с нуля совершенно новый большой комплекс – систему управления разгонного блока «Бриз-М». Тут уже была не программная система, тут и «железо» было своё. БЦВМ собственной разработки, и блоки, управляющие всем бортом – двигателями, клапанами, бортовыми системами разработки других фирм – всем, что есть на борту «Бриза-М». И мы же делали наземный комплекс проверки и предстартовой подготовки разгонного блока, который сам по себе – большая резервированная компьютерно-командная система.
Конечно, «Бриз» делали всем КБ. Но очень важную роль сыграли люди «Бурана» – люди, родившие и отточившие в ходе буранской эпопеи саму технологию ведения большой многоплановой, многоэтапной работы. Теперь у КБ, доказавшего свою состоятельность в то время, когда многие и многие аналогичные организации просто перестали существовать, теперь у этого КБ очень много работы. И там опять работает много народа, и опять много молодых…
Владимир Мейлицев, bwana.ru
Вернуться назад