Социалистическая индустрия
7 декабря 1988 года

Мастерство пилота и оператора на самолете сопровождения МиГ-25 дали возможность миллионам телезрителей увидеть, как уверенно шел на посадку многоразовый космический корабль. Эмоциональное напряжение тех минут трудно передать - экипажа-то в кабине "Бурана" не было. И тем не менее у нас, создателей системы управления, не было сомнений в том, что "челнок" точно выйдет на полосу и успешно завершит свой первый рейс. Впрочем, уверенность эта ни на минуту не покидала разработчиков на всех участках полета. Ведь при отработке аппаратуры и программно-математического обеспечения были проведены сотни испытаний на стендах и аналого-цифровом комплексе, которые имитируют движение корабля в самых различных - штатных и нештатных - ситуациях. А последний этап многократно проверялся на летающей лаборатории и имитаторе "Бурана", оснащенных точно такой же системой.

 Задачи, которые она призвана решать, настолько многообразны, а сама система настолько сложна, что рассказать обо всем в газетной публикации просто невозможно. Судите сами: на борту "Бурана" установлено около тысячи приборов, в которых точнейшая электромеханика сочетается с новейшей электроникой

Образно говоря, у системы управления "Бураном" есть свои "глаза", "мозг", "руки". Всякое сравнение хромает, а это тем паче, но оно по крайней мере позволяет более или менее популярно объяснить читателям основные задачи и методы их решения. Система должна определить, где в данный момент находится корабль, - как видите, она выполняет функции не только пилота, но и штурмана. Автоматика выбирает нужную траекторию и "удерживает" на ней корабль. Наконец, она обеспечивает устойчивую ориентацию "Бурана" в пространстве.

Физиологи считают, что подавляющую часть сведений об окружающем мире человек получает с помощью зрения. А основной поток информации, необходимой для управления космическим "челноком", поступает от комплекса командных приборов - вот почему с известной натяжкой его можно считать "глазами" корабля. Основные элементы комплекса - три гиростабилизированные платформы с тремя акселерометрами - приборами для измерения ускорений, вызванных работой двигателей и воздействием атмосферы. Девять датчиков угловых скоростей - по три: на каждую из трех взаимно перпендикулярных осей, жестко связанных с корпусом корабля. На некоторых участках движения используются и акселерометры, жестко связанные с корпусом.

Гиростабилизированная платформа обеспечивает неизменную ориентацию в пространстве установленных на ней акселерометров. Обычно для этого достаточно трехрамочного подвеса, хотя такая конструкция имеет ограничение по одному из углов поворота. Поэтому для "Бурана" с его крайне сложной траекторией движения пришлось создать платформу с четырьмя рамками, обеспечивающую ориентацию при любых эволюциях корабля. Значит, вместо трех традиционных углов, значения которых позволяют управлять движением, пришлось использовать четыре, введя сложные алгоритмы пересчета. Этот пример - один из многих - показывает, что для создания системы управления для "Бурана" даже применение известных решений требовало немало изобретательности.

Информация от комплекса командных приборов поступает в "мозг" - бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК). Четыре однотипные вычислительные машины высокого быстродействия и с большим объемом памяти во время полета работают параллельно, решая одни и те же задачи. И если даже две из них выйдут из строя, система управления не потеряет работоспособности.

И, наконец, "руки" автоматического пилота - комплекс исполнительных органов и обслуживающих их систем. Это несколько аэродинамических плоскостей: элевоны, руль направления, воздушный тормоз, балансировочный щиток, это два двигателя орбитального маневрирования, тридцать восемь управляющих двигателей относительно малой тяги, входящих в объединенную двигательную установку "Бурана". Надо ли объяснять, что такое сочетание управляющих органов - аэродинамических и реактивных, - необходимое для полета "Бурана" и в космосе, и в атмосфере, как минимум вдвое осложняло задачу разработчиков.

Любая, даже самая совершенная машина безжизненна, пока ее "мозг" подобен чистому листу бумаги. Особое место в работе системы управления "Бураном" занимают алгоритмы, реализованные в бортовых программах. Лишь после введения программ в память БЦВК, после контроля всех систем корабль "оживает". Вместе с работниками нашего НПО в создании программно -математического обеспечения участвовали и разработчики бортовых систем "Бурана". Для программ совместно с Институтом прикладной математики имени М.Келдыша были созданы языки высокого уровня "Пролог" и "Диполь".

Для отработки алгоритмов управления движением в навигации, включая спуск, приведение на аэродром и посадку, был создан аналого-цифровой комплекс, где движение "Бурана" имитировалось на универсальных вычислительных машинах. Это был, образно говоря, "математический полет" во чреве ЭВМ. А взаимодействие приборов и систем шлифовалось на комплексном моделирующем стенде. Стенд был единственным инструментом, позволяющим проверить полный комплекс программного обеспечения в условиях, когда работают все без исключения бортовые системы корабля - естественно, не реальные, а их математические модели. Вычислительный эксперимент позволил многократно имитировать полет "Бурана" от старта до посадки.

Именно на этом стенде было связано в единый комплекс все бортовое математическое обеспечение и получена единая "модель памяти", использованная для управления "Бураном" в реальном полете.

И вот день пуска. Накануне на Байконуре была прекрасная погода, но в понедельник она резко ухудшилась - появились низкая облачность, дождь, ветер. Возник вопрос: стартовать или нет? Техническое руководство все-таки решилось на пуск. Что ж, тем лучше - есть возможность испытать систему управления в тяжелых погодных условиях.

Обычно перед стартом любого космического аппарата гироплатформу с высокой точностью ориентируют в пространстве. По вертикали - собственными акселерометрами, а в плоскости горизонта - с помощью сложнейшей электронно-оптической системы азимутального прицеливания. Такая система есть на "Энергии" - именно задержка в отделении ее приборов вынудила автоматику отменить в октябре пуск за 51 секунду до старта.

Чтобы не проводить такую сложную операцию с платформами "Бурана", было применено так называемое аналитическое прицеливание. На участке выведения корабль получал навигационную информацию от системы управления ракеты-носителя. БЦВК сравнивал ее с собственной навигационной информацией, вычислял поправки, уточняя нужное азимутальное направление платформ "Бурана".

А если бы прервалась связь между "Энергией" и кораблем? Система управления в любой момент была готова перейти на автономное решение задач навигации. Кстати, после разделения это происходит в штатном режиме.

Разделение "Бурана" со второй ступенью носителя и уход от него - ответственнейший момент полета. Как только мощные толкатели отправят корабль в самостоятельное плавание, система управления включает двигатели малой тяги. Напомню - их 38, и сложность в том, чтобы выбрать те, которые создадут максимальную тягу в направлении отхода "челнока" и минимальный момент вокруг его центра масс. Иначе корабль может начать разворот, во время которого рискует удариться кормой или носом о вторую ступень ракеты.

После выхода корабля на круговую орбиту автоматика сориентировала его левым крылом вниз. Такое положение в последующих полетах будет рабочим на орбите - оно наиболее удобно для использования астро- и радиосредств. Система управления на этом участке поддерживает ориентацию "Бурана", стараясь тратить как можно меньше топлива.

Весьма сложные эволюции автоматика обеспечивает и при сходе с орбиты - разворачивает "Буран" хвостом вперед, обеспечивает требуемый тормозной импульс, потом снова ориентирует "челнок" так, чтобы он вошел в атмосферу под определенным углом. Затем надо погасить скорость до расчетного значения 520 метров в секунду и, преодолев расстояние свыше 8.000 километров, привести его в расчетную точку. Все это система управления выполнила с высокой точностью.

А самым трудным, пожалуй, был участок полета в диапазоне высот от 80 до 40 километров - здесь корабль испытывает максимальное тепловое воздействие. "Буран" покрыт термозащитным слоем из плиток, выдерживающих высокую температуру, но у любого материала есть свой предел, который, естественно, ограничивает параметры движения. Это ограничение зачастую противоречило задачам наведения. Алгоритмы, прогнозирующие движение корабля до конечной точки, гибко формировали такую траекторию спуска, которая проходила вблизи ограничения по температуре, но ни в коем случае не заходила за него. Вот такое в некотором роде хождение по краю пропасти обеспечивала система управления. И ничуть не проще было обеспечить стабилизацию "Бурана" сначала только с помощью двигателей малой тяги, а потом с использованием и аэродинамических исполнительных органов. Нужно было очень точной выдерживать значение угла атаки. Иначе температурное воздействие могло разрушить либо остекление кабины - при уменьшении угла атаки, либо кромки двигателей орбитального маневрирования - при его увеличении.

Задача, решенная на этом участке системой управления, поистине уникальна. Потому с таким напряжением участники спуска ждали появления телеметрической информации после перерыва, вызванного плазменной ионизацией. И когда на высоте чуть более 46 километров радиосвязь стала устойчивой, появилась уверенность - "Буран" идет точно по номинальной траектории и будет на посадочной полосе.

Каждый ученый, конструктор, инженер испытывает законную гордость, справившись со сложной задачей. Думаю, коллектив разработчиков системы управления "Бураном" имеет полное право гордиться своим детищем.

В. Лапыгин,
генеральный конструктор системы управления "Бураном", доктор технических наук, профессор.

---

О системе управления ОК "Буран" смотри также раздел "Система управления"

---

Web-master: ©Вадим Лукашевич 1998-2008
E-mail: buran@buran.ru