Cистемы отображения информации комплекса "Алмаз"

Тяпченко Ю.А.
НИИ авиационного оборудования, г. Жуковский, Туполева,18
т/ф 556-2350, e-mail: typhenko()progtech.ru, tiapchenco()niiao.com

В статье представлены состав, внешние виды и основные характеристики систем отображения информации и пультов космонавтов орбитальной пилотируемой станции и транспортного корабля снабжения космического комплекса "Алмаз", их особенности.
   Пилотируемый ракетно-космический комплекс "Алмаз"  был создан Центральным конструкторским бюро машиностроения (ОКБ-52 - ЦКБМ, с 1983г. - НПО машиностроения г. Реутов, генеральный конструктор В.Н. Челомей).
   Задача создания орбитальной пилотируемой станции научного, народно-хозяйственного и оборонного назначения В.Н Челомеем была поставлена 12 октября 1964 года на совещании ведущих специалистов ОКБ-52 /1/.
   21 июля 1967 года эскизный проект станции был утвержден межведомственной комиссией. Комплекс "Алмаз"  включал орбитальную пилотируемую станцию ОПС (изделие 11Ф71) и транспортный корабль снабжения (ТКС, изделие 11Ф72). В состав ТКС входят функционально-грузовой блок (ФГБ, изделие 11Ф77) и возвращаемый аппарат (ВА, изделие 11Ф74).
   ТКС предназначен для доставки на ОПС трех космонавтов, расходуемых материалов и до 8 грузовых возвращаемых капсул.  Масса возвращаемого груза (фотопленка и материалы исследований) в капсуле до 100 кг.
   ОПС и ТКС выводятся на орбиту раздельно ракетоносителями УР-500К («Протон»). Экипаж в составе трех космонавтов в скафандрах доставляется на станцию с помощью ТКС. При выведении ТКС на орбиту экипаж размещается в ВА. После выхода на орбиту  он переходит в ФГБ через люк в днище ВА  и занимает рабочее место (РМ) за центральным пультом космонавтов, на котором размещается система отображения информации (СОИ) "Юпитер". В ручном режиме стыковка со станцией производится с вышеуказанного РМ.   Возвращается экипаж с помощью ВА, который отделяется от ФГБ. ВА имеет автономную систему управления спуском и посадкой. Ручное управление спуском и посадкой производится с использованием СОИ "Икар".
   Выше был представлен вариант комплекса, который был создан и составные части которого прошли летно-конструкторские испытания: ОПС в пилотируемом варианте, ТКС - в беспилотном. Однако следует отметить, что этой конфигурации комплекса предшествовали варианты, в которых предусматривалось создание Куйбышевским филиалом транспортных кораблей 7К-ТК, вариант ОПС с ВА, и выведения ОПС вместе с экипажем в ВА и др.
   Сегодня очевидно, что комплекс "Алмаз" по своим характеристикам, задачам, которые он был способен решать в интересах народного хозяйства и обороны страны, мог стать одним из уникальных достижений ушедшего 20-го века. Но не стал.   В угоду амбициям политического руководства СССР по предложению некоторых руководителей НПО «Энергия»,   был принят вариант, в соответствии с которым  орбитальную пилотируемую станцию предложено было сделать НПО «Энергия» с тем, чтобы опередить США в этой части космической гонки, так как в это время США создавали свою орбитальную станцию – станцию «Скайлэб».
   Для реализации указанного варианта ЦКБМ г. Реутово передает в распоряжение НПО «Энергия»  четыре  ОПС для их  оснащения системами, заимствованными с кораблей "Союз-7К", а  НПО «Энергия» создает модификацию корабля "Союз-7К" (корабль "Союз-А8"), обеспечивает их изготовление и в дальнейшем с использованием своей ракеты-носителя должен обеспечивать доставку экипажей на станцию "Алмаз".
   Более подробно история и драматизм создания комплекса "Алмаз" представлены в работе английских ученых /2, 3/ и работе /4/.
  Таким образом, важнейшие составные части комплекса «Алмаз» стали основой долговременных орби- тальных станций (ДОС)  «Салют», «Мир» /5/ и МКС.
  Всего было создано 7 станций "Салют", из которых  станции № 2, 3, 5 - это орбитальные пилотируемые станции (ОПС) комплекса "Алмаз"  (ЦКБМ). Станции «Салют» № 1, 4, 6, 7 – ДОС-17К (НПО «Энергия») (см. табл. 1 в работе  /6/).
   В таблице 1 настоящей статьи представлены летные испытания составных частей комплекса.

Таблица 1
Изделие комплекса "Алмаз" 
Время существования
Транспортные корабли
начало
окончание
"Алмаз-1" ОПС №101

("Салют"-2)

 3.04.1973 29.04.73

(26 дн.)

 Через 13 суток произошла разгерметизация отсеков и в пилотируемом варианте не эксплуатировалась.
"Алмаз-2" 

ОПС №102 ("Салют"-3)

 26.06.1974 25.01.75 (213 дн из них 15 в пилотируемом режиме) 1-ый экипаж П.Р. Попович, Ю. Артюхин, “Союз-14” (изделие 7К-Т (11Ф615А9)).

2. Г.Сафонов и Л.Демин. “Союз-15” (11Ф615А9). 27 августа 1974г. Стыковка не произведена – отказ системы сближения “Игла”. 24 января 1975 г. со станции была спущена капсула с фотоматериалами
"Алмаз-3" ,

ОПС №103

("Салют"-5)

 22.06.1976г. 8.08. 1977г

(441 дн.)

 1-ый экипаж Б.Волынов, В. Жолобов. 6.07.1976г – 24 .08.76, “Союз-21” (изделие 7К-Т (11Ф615А9)). Сбой системы сближения “Игла”. Стыковка ручная. Полет прерван 24.08.76 из-за болезни Волынова. 2-ой экипаж В.Зудов, В. Рождественский.

14.10.76. “Союз-23” . Стыковка не состоялась из-за отказа системы сближения.

 3-ий экипаж В.Горбатко, Ю.Глазков. 7.02.1977-25.02.1977. “Союз-24”.

26.02.1977 со станции была спущена на Землю капсула с фотоматериалами.

Далее для комплекса "Алмаз" не были выделены корабли “Союз”. Они использовались для доставки экипажей на станции РКК "Энергия".
Летно-весовой аналог ТКС с двумя ВА  15.12.1976 15.12.1976 Космос-882, Космос-883. ВА в этот же день успешно возвратились на Землю
ТКС-1  17 июля 1977 г. 3 февраля 1978 г. Космос-929. Первый полностью укомплектованный ТКС с ВА в беспилотном режиме. ВА был возвращен на землю через месяц после запуска ТКС-1.
Летно-весовой аналог ТКС с двумя ВА  30.03.1978   Космос-997, Космос-998
Летно-весовой аналог ТКС с двумя ВА  23.05.1979   Космос-1100, Космос-1101
ТКС-2 25.04.1981  29.06.1982 вместе с “Салют-6”. Космос -1267. После отделения ВА и его посадки на Землю, ФГБ ТКС был состыкован с "Салют-6" 
ТКС-3 02.03.1983 19.09.1983 Космос-1443. Состыковался с “Салют-7”. Отстыкован 14.08.1983. 23.08.1983 от ТКС отстыковался ВА, который возвратился на Землю.
ТКС-4 27.09.1985 Декабрь 1989г. Космос-1686 с неотделяемым ВА. 2.10.1985 был состыкован с “Салют-7”.

   Транспортные корабли снабжения (ТКС) и возвращаемый аппарат (ВА) рассматриваемого комплекса прошли летно-конструкторские испытания в беспилотном варианте, причем один из ВА во время этих испытаний использовался троекратно. Тем самым доказывались его высокие технические характеристики и многократность применения (проектная кратность равна 10).
   По результатам летных испытаний ТКС были выявлены замечания, на устранение которых потребовалось значительное время. Отрицательное влияние на судьбу ТКС, как средства доставки экипажей, оказали неудачные пуски РН «Протон», которые имели место в это же время. Как известно, в последующем этот носитель стал одним из лучших в мире.
   Одним из активных участников этой программы был коллектив специализированного ОКБ Летно- исследовательского института (СОКБ ЛИИ, главный конструктор С.Г. Даревский). На СОКБ ЛИИ  в соответствии с постановлениями ЦК КПСС и правительства, решениями военно-промышленной комиссии возлагалась ответственность за создание систем отображения информации (СОИ) для всех составных частей комплекса и комплексных тренажеров для подготовки космонавтов.
   Дополнительно специалисты СОКБ ЛИИ, получившие значительный опыт работы в области систем отображения информации пилотируемых космических аппаратов (ПКА) и тренажеростроения по программам, головным предприятием по которым было НПО «Энергия», выполнили большой объем работ по обоснованию интерьера станции, и приняли неформальное участие  в обосновании принципов построения системы управления бортовым комплексом (СУБК).
   В частности, СОКБ по рекомендации одного из руководителей авиационной отрасли, в подчинении которой находилось СОКБ,  передало ЦКБМ часть схем СУБК корабля "Союз-7К" разработки НПО "Энергия".     Воспользовалось ли этими схемами ЦКБМ автору неизвестно. Но для СОКБ этот факт имел свои негативные последствия. Например, СОКБ было отказано в головной роли по созданию тренажеров для всех станций разработки НПО "Энергия", несмотря на то, что к этому времени оно создало и ввело в эксплуатацию тренажеры по программам "Восток", "Восход", "Зонд", "Союз-7К" и три тренажера по комплексу "Алмаз". Очевидно, что с точки зрения руководителей НПО "Энергия" такое решение было правильным.
   Кроме этого, НПО "Энергия" перешло к прямым заказам дисплейных систем для автоматизированного контура  управления предприятиям, часть из которых вела работы по кооперации с СОКБ и которым оно (СОКБ) передавало свои научные проработки для последующей реализации. Следует отметить, что в это же время СОКБ при огромной поддержке секции прикладных проблем АН СССР и непосредственном участии Г.И. Рыльского (СПП АН СССР), П.Я. Шлаена (МО СССР), С.Г. Даревского, автора данной статьи, ряда видных ученых России в области эргономики, медицины, технической кибернетики и других направлений науки и техники, вели большой комплекс работ по организации совместных работ НИИ и ОКБ, ВУЗ-ов страны, институтов академий наук СССР, ГрССР, УССР, БССР, АзССР с целью создания:

   Вышеуказанные решения НПО "Энергия", а также смена руководителя СОКБ ЛИИ в последующем привели к тому, что указанные работы начали свертываться и затем полностью прекратились
   В  режиме становления СОКБ ЛИИ, как самостоятельного предприятия, и в условиях конфликтной ситуации между головными  заказчиками НПО "Энергия"  и ЦКБМ г. Реутов оно (СОКБ ЛИИ) обеспечило создание, изготовление, поставку и ввод в эксплуатацию СОИ всех составных частей комплекса "Алмаз" и тренажеров ТДК-Ф71, ТДК-Ф72, ТДК-Ф73 для подготовки космонавтов в ЦПК им. Ю.А. Гагарина.
   Ни до этого, ни после СОКБ не выполняло большего объема работ, чем в тот период, поэтому закрытие данного направления (официально в 1982 г.) оказало значительное влияние на морально-психологический климат его молодого коллектива. Это была третья, наиболее тяжелая по своим последствиям ситуация.
   В предшествующие годы были прекращены работы по кораблям 3КВ №6 с искусственной тяжестью, "Зонд"  и лунной программе Н1-Л3 . Работы по созданию СОИ и тренажеров велись едва ли не круглосуточно. По каждой из указанных программ были созданы и введены в эксплуатацию системы отображения информации и комплексные тренажеры. Кроме этого, работая в Минавиапроме в условиях критического отношения его руководства к космическому направлению, коллектив во главе с С.Г.Даревским искал пути применения космических технологий в авиации, энергетике и других системах деятельности.   Это в свою очередь обостряло отношения с предприятиями и институтами, традиционно работавшими по соответствующим направлениям .
   Вышеуказанные рассуждения не имеют прямого отношения к предмету данной статьи, но автор посчитал необходимым представить оценку условий работы в области пилотируемой космонавтики в тот период со стороны представителя предприятия второго уровня кооперации головных предприятий НПО "Энергия" и ЦКБМ г. Реутов.
   Ниже показывается вклад СОКБ ЛИИ совместно с кооперацией НИИ и ОКБ в обеспечение комплекса "Алмаз" в части систем отображения, по которым, как было сказано выше, это предприятие было назначено головным. В статье приведены некоторые характеристики составных частей СОИ.
   Как показано на  рис.1, в  комплекс "Алмаз" входят СОИ «Марс», «Юпитер», «Икар», информационно- поисковая система (БИПС) и с изделия ОПС №0104, дисплейная система для космонавтов (ДИСК-1).
   В состав СОИ ОПС и  ФГБ входят пульты центральных постов  и специализированные периферийные пульты, датчики, светильники и ручки управления движением.
   По своим техническим характеристикам и возможностям СОИ комплекса "Алмаз"  относится к СОИ четвертого поколения.
 

СОИ "МАРС" ОРБИТАЛЬНОЙ ПИЛОТИРУЕМОЙ СТАНЦИИ (ОПС)

ЦКБМ - заказчик СОИ.
 

Рис.2		 На рис. 2  показана фотография центрального  поста управления ОПС "Алмаз", где

1. Командно-сигнальное устройство КСУ.
2. Пульт пилота рабочего отсека – ППР-1
3. Пульт управления фототелевизионной аппаратурой – ПФТ-1,
4. Ручка управления ориентацией станции пальчикового типа – РУ,
5. Пульт управления системой радиосвязи – ПСР-1.

Рис.3
Рис.4

На рис. 3 и рис. 4 показаны пульты предшлюзового отсека и соответственно бытового отсека ОПС.

   Как видно на фотографии рис.2, состав и компоновка рабочего места космонавтов центрального поста ОПС существенно отличаются  от состава и компоновки рабочего места кос-монавтов станций "Салют"  РКК  "Энергия", которые показаны в работе /6/.
   Следует отметить, что в ЦКБМ г. Реутов проблеме эргономического обеспечения ОПС и соответственно рабочих мест космонавтов уделялось большое внимание. К этим работам были подключены ряд институтов АН СССР и Минобороны страны. Сотрудники ЦКБМ принимали активное участие в разработке руководств по эргономическому обеспечению специальной техники. С закрытием темы  "Алмаз" все работы в этом направлении фактически были практически.

ППР


Рис.5		    На рис.5 представлен внешний вид пульта пилота рабочего отсека ППР-1. Это главный пульт центрального поста станции.

 В состав ППР-1 входят:
   1. Командно-сигнальные пульты (КСП) с развернутым информационным полем и матричным способом управления системами объекта . КСП предназначены для выдачи разовых команд на агрегаты избираемых для управления систем. Матричные информационные поля состоят из унифицированных электролюминесцентных блоков размером 2 х 9 и 3 х 9 сигнальных ячеек.   По двум смежным сторонам каждого поля располагаются по два блока кнопочных переключателей. Один однорядный с буквенными надписями  на кнопках – это блок выбора систем. Второй двухрядный с цифровыми обозначениями  - это блок подачи команд на включение или выключение агрегатов.
 

 2. Блок контроля (БКП) – блок вызова аналоговых параметров на видеоконтрольное устройство (ВКУ) . Наименование вызываемых на контроль групп параметров дано на головках кнопок. Наименования вызываемых параметров и порядок их расположения на экране ВКУ даны на трафаретах над кнопками блока вызова параметров. Такая форма подсказки оператору характерна для всех СОИ отечественных ПКА разработки СОКБ ЛИИ.
   3. Видеоконтрольное устройство (ВКУ) – телевизионного типа на основе ЭЛТ с накладным шкальным устройством (ШУ). ШУ- это многослойное устройство с подсветкой в торцах каждого слоя. Каждый слой представляет собой набор шкал параметров. С помощью  ШУ аппаратно обеспечивается подсветка шкал вызываемых на контроль параметров. В окне в верхней части ШУ  высвечиваются наименования групп параметров, вызываемых на контроль. Эти наименования частично дублируют надписи на клавишах БКП.
   4. Электролюминесцентный цифровой индикатор уровня топлива двигательной установки ОПС: горючего и окислителя.
   5. Четырехшкальный блок индикации параметров (БИП) по вызову. Вызов параметров на контроль производится с помощью восьми кнопок, расположенных на индикаторе. Шкалы и наименование измеряемых параметров нанесены  на гранях четырех  восьмигранных барабанов, которые приводятся во вращение от кнопок кнопочного переключателя прибора. Значения параметров, вызываемых на контроль,  индицируются в виде светящихся столбиков плазмы в стеклянной трубке. Трубки размещены параллельно оси вращения барабанов.
   6.  Электролюминесцентный цифровой индикатор контроля углов разворота станции.
   7. Электролюминесцентный мнемоиндикатор работы двигателей ориентации и направления вращения станции.
   8. Индикаторы трехшкальные со световым отсчетом. Предназначены для отображения главных параметров системы энергоснабжения: тока и напряжения солнечных батарей и нагрузок, напряжения на выходе преобразователей трехфазных статических ПТС-500 и ПТС-1000 и др.
   9. Табло сигнальные электролюминесцентные системы аварийно-предупредительной звуковой и световой сигнализации. Представляют собой типовые по конструкции блоки сигнализаторов размером 3 х 5 ячеек.
   10. Пульт управления бортовой оптической информационно-поисковой системы.
   11. Индикатор электролюминесцентный цифровой кодовых сообщений.
   12. Индикатор электролюминесцентный цифровой ввода и контроля ввода уставок.
   13. Бортовые часы космические с секундомером и будильником.
   14. Индикатор навигационный космический с качественным и количественным способами представления местоположения станции по долготе и широте. На карте указано местоположение НИП – наземные измерительные пункты. На остеклении по центру нанесены круги зон радиовидимости  этих НИП. Имеется счетчик оборотов вокруг земли и задатчики наклона орбиты и периода обращения

Функционально в  пульт входят следующие подсистемы:
   1. Подсистема ручного управления бортовыми системами ОПС, в состав которой входят командно- сигнальные пульты с матричным способом избирания объектов управления и развернутой формой представления информации о состоянии и режимах работы агрегатов.
   2. Подсистема аварийно-предупредительной световой и звуковой сигнализации, в состав которой входят сигнальные табло на основе электролюминесценции, звуковые динамики, прибор формирования звуковых сигналов или прибор звуковой сигнализации (ПЗС), центральный сигнальный огонь (ЦО), приборы логической обработки входных сигналов и управления средствами сигнализации, служебные органы (кнопочные переключатели) управления подсистемой. Звуковые динамики размещены непосредственно в пульте и отдельно на станции.
   3. Подсистема отображения главных параметров систем ОПС и станции в целом, в которую входят трехшкальные приборы со световым отсчетом, индикаторы положения станции в пространстве и относительно земли, индикатор расхода топлива, средства сигнализации состояния или режимов работы основных систем.
   4. Многофункциональная подсистема контроля и управления, в состав которой входят средства обмена информацией с бортовым цифровым комплексом и средства группового контроля параметров (видеоконтрольное устройство - ВКУ телевизионного типа, средства преобразования аналоговых параметров в видеосигнал для отображения на ВКУ, шкальное накладное  устройство, блок вызова параметров на ВКУ, трехшкальный газоразрядный прибор группового контроля аналоговых параметров).
   5. Пульт системы поддержки космонавтов при выполнении специальных задач – пульт бортовой информационно-поисковой системы (ПУ БИПС см. ниже).
   6. Подсистема оперативного контроля и управления – средства прямой подачи команд, регуляторы параметров и др.

   Дополнительно для управления бортовыми системами ОПС используется командно-сигнальное устройство (КСУ) с матричным способом избирания и контроля объектов управ-ления. КСУ- это КСП со свернутым информационным полем. По принципу действия это дисплей с электромеханическим способом вызова наименований объектов для управления. Вид КСУ на центральном рабочем месте ОПС показан на рис.6. Конструкция КСУ заимствована с СОИ корабля "Союз-7К".
   С помощью данного устройства обеспечивается выдача 16 х 12 х 2 команд управления и контроль состояния 16 х 16 агрегатов. Дешифрация команд обеспечивается с помощью ажурного 16-гранного барабана. В каждую из 16 его граней вставлены прозрачные пленки с наименованиями объектов управления. Вызов грани в окне производится кнопками выбора систем (однорядный кнопочный переключатель справа от окна КСУ). Команды подаются с помощью кнопок из двухрядного кнопочного переключателя. Внутри барабана, вдоль его оси расположена линейка из 16 электролюминесцентных сигнализаторов. Эти сигнализаторы подключаются к датчикам состояния агрегатов по матричной схеме с помощью кнопок вызова систем /7/.

   ПФТ-1. Пульт фототелевизионной аппаратуры (см. рис.7). Внешне этот пульт отличается своей простотой. В нем КСП размером 9 х 9 объектов управления. Информационное поле состоит из трех унифицированных электролюминесцентных блоков размером 3 х 9 ячеек. Имеются приборы одношкальные со световым отсчетом, цифровые электромеханические счетчики, сигнальные табло электролюминесцентные, кнопочные переключатели для задания спецпрограмм и спецкоманд.
Функционально этот пульт несет большую нагрузку при решении задач внешнего наблюдения и фоторегистрации.
   ПСР-1. Пульт системы радиосвязи (см. рис.8). Пульт обеспечивает управление средствами связи с землей, набор и передачу текстовых и цифровых сообщений и др. Здесь впервые для пилотируемой космонавтики была создана и применена цифробуквенная клавиатура.
   ППШО-1. Пульт предшлюзовой камеры (см. рис.9). Это пульт, в котором используются унифицированные модули командно-сигнальных полей и табло, кнопочные переключатели и аналоговая система электронной индикации на основе ЭЛТ, аналогичная системе, которая используется на ППР1.
 

Рис.8
Рис.9

Другие пульты ОПС

На рис.10, 11, 12 , 13 показаны эскизы лицевых панелей пультов научной аппаратуры, шлюзовой камеры, щитков управления освещением, а на рис. 14 - один из щитков освещения, который установлен на ОПС.
 

Рис.14

БИПС

БИПС – бортовая информационно-поисковая система. В ее состав входят: Структурная схема БИПС, фото пульта и размещение пульта и диапроектора на ЦРМ ОПС показаны на рис.15 и соответственно на рис.16  и рис.17.

Рис.15

Рис.16

Рис.17

   Необходимая информации размещается на кадрах фотопленки. Выбор кадра вручную производится с пульта заданием номера кадра. Далее поиск заданного кадра производится автоматически. Имеется режим ручной прокрутки фотопленки. БИПС имеет следующие характеристики:
1. Информационная емкость – 4096 кадров.
2. Носитель информации – 16 мм фотопленка
3. Размер экрана –152 х 204 мм х мм
4. Максимальное время поиска кадра – менее 2-х мин.
5. Максимальное время смены кассеты с пленкой – 2 мин.
6. Масса: диапроектор – 3.85 кг, пульт- 3.5 кг.
7. Напряжение питания – 27в, максимальная потребляемая мощность в режиме поиска и просмотра – 58,5 вт

   При решении сложных задач управления БИПС переводится в автоматический режим поиска кадров по командам ЭВМ. Это режим электронного инструктора или режим поддержки космонавтов. В этом проекте СОКБ ЛИИ (пульт) и ЦКБ «Геофизика» (диапроектор и кассета) обеспечили создание аппаратуры. Тактика применения, алгоритмы выбора видеокадров и содержательная часть видеокадров обеспечивались заказчиками проблемных задач.
   Очевидно, это первый бортовой диапроектор, как в отечественной, так и мировой практике создания БРЭО летательных аппаратов. Кроме этого, по нашему мнению, это первая автоматизированная бортовая система поддержки операторов (СПО) или первый бортовой электронный инструктор (ИЭ).
Следует отметить, что к теоретическому обоснованию принципов построения СПО (ИЭ) и тактике их использования на борту ЛА и ПКА были привлечены ряд ВУЗ-ов и институтов АН и МО СССР в рамках НИР и ОКР, о которых говорилось выше. Особенно активно в этом направлении работали Уфимский авиационный институт и военно-инженерная академия имени Можайского.
 

ПУ БВК


Рис.18		 ПУ БВК - пульт управления бортовым вычислительным комплексом. Внешний вид пульта представлен на рис.18.
   По своим функциям ПУ БВК – это дисплейный комплекс, предназначенный для взаимодействия с бортовым вычислительным комплексом ОПС. Для этого комплекса были разработаны специальный язык общения, диалоговая система и система проектирования человеко-компьютерного интерфейса. Это первая человеко - ориентированная бортовая цифровая дисплейная система  летательного аппарата, к созданию которого были привлечены ряд институтов, в частности институт проблем управления АН СССР (ИПУ г. Москва). В этом комплексе были успешно решены  задачи информационной сбоеустойчивости и отказоустойчивости.

СОИ "Юпитер" ТРАНСПОРТНОГО КОРАБЛЯ СНАБЖЕНИЯ (ТКС)

Филиал ЦКБМ - заказчик СОИ.
Состав СОИ ТКС – СОИ "Юпитер" – показан на рис.1. В этой системе центральное место занимает пульт грузового отсека – пульт ПГО-1, фотография которого показана на рис.19
где:
1. ТСЭ – Табло сигнальные электролюминесцентные подсистемы аварийно-предупредительной звуковой и световой сигнализации.
2. КЭИ- комбинированный электронный индикатор с использованием видеоконтрольного устройства (ВКУ) телевизионного типа  на ЭЛТ и накладного шкального устройства .
3. БКП – блоки контроля параметров или блоки кнопочных переключателей вызова параметров на контроль на ВКУ. Наименование и форма представления параметров показаны на шильдиках над кнопочными переключателями.
4. КСП- Командно-сигнальные пульты матричного типа.
5. Измерительные приборы главных параметров ФГБ.
6. РУ - Ручки управления ориентацией и продольным движением  ФГБ пальчикового типа, аналогичные ручкам управления корабля "Союз-7К" и др (см. рис. 20)
7. БЧК – бортовые часы космические
   Как и на главном  пульте ОПС, основными средствами СОИ ТКС являются подсистема световой и звуковой сигнализации, командно-сигнальные пульты типа КСП, электронная система отображения информации с использованием ВКУ телевизионного типа и др.
   На этом пульте оригинально решена проблема размещения ручек управления движением ТКС. Штатно РУ зафиксированы в пульте. В рабочем положении они выдвигаются (см. рис.21). Для исключения тремора руки конструкцией предусмотрены специальные упоры, которые размещаются на откинутой крышке ручки, как показано на рис. 22.
 

Рис.19

Рис.20
Рис.21
Рис.22

   С данного рабочего места производится сближение и стыковка ФГБ со станцией. На этом этапе основным средством отображения является ВКУ.
   Виды индикации на КЭИ ТКС принципиально отличаются от видов индикации, которые были разработаны в рамках программы "Союз-7К". Их отработка проводилась заказчиком в ИМБП и РГНИИЦПК им. Гагарина при активном участии СОКБ ЛИИ.
   Следует отметить, что  компоновка средств центрального рабочего места ФГБ выполнена по-самолетному: средства визуального контакта космонавтов (иллюминаторы) размещены над приборной доской (пультом космонавтов) по продольной оси ТКС. В целом рабочее место отвечает требованиям эргономики.
 

СОИ "Икар" ВОЗВРАЩАЕМОГО АППАРАТА (ВА)

ЦКБМ - заказчик СОИ.
 

Рис.23		 Как видно из рис. 23 , ВА комплекса "Алмаз"  по форме существенно отличается от спускаемого аппарата ПКА типа "Союз-7К" . ВА имеет три люка: верхний, боковой и нижний (люк-лаз на днище). После посадки на Землю выход космонавтов возможен через боковой или верхний люки. Нижний служит для перехода в ТКС.
Состав СОИ ВА показан на рис.1, а на рис.24 приведена компоновка пультов ВА, где:
вверху слева – пульт возвращаемого аппарата ПВА-1, вверху справа – ПВА-2, внизу – пульт связи – ПСВ, далее
1. Индикаторы главных параметров систем ВА – индикаторы трехшкальные типа ИПТ со световым отсчетом.
2. БЧК – бортовые часы космические.
3. КСП - командно-сигнальные поля ПВА-1 информационной емкостью 11 х 9 сиг-налов и 11 х 9 х 2 команд и ПСВ емкостью 5 х 9 сигналов и 5 х 9 х 2 команд.

4. ИПО – индикаторы параметров одношкальные со световым отсчетом.
5. ИД – индикатор двухкоординатный со световым отсчетом. Предназначен для  отображения направления продольной оси ВА по тангажу и курсу. Для повыше-ния надежности указанные параметры дублируются на приборах одношкальных со световым отсчетом, которые расположены рядом с ИД.
6. ИНК – индикатор навигационный космический.
7. ТСЭ – табло сигнальные электролюминесцентные.
8. БИП – блок индикации параметров бортовых систем ВА. Индикатор параметров по вызову космонавтов, по конструкции и принципу действия аналогичный ин-дикаторам, которые используются на пультах СОИ "Марс" ОПС.
9. Блоки кнопок особоважных команд с механической защитой от случайных нажа-тий.
10. Телеграфный ключ.  На рис.25 ключ показан установленным на ПСВ в рабочем положении.
 

Рис.24
Рис.25

   На рис.26, 27, 28 представлены  пульты возвращаемого аппарата ПВА1 и ПВА2 и соответственно пульт  связи ПСВ СОИ "Икар", установленные в ВА.
 

Рис.26
Рис.27
Рис.28

   Принцип построения пультов ВА аналогичен принципам, представленным выше. Однако СОИ ВА существенно отличается от СОИ ПКА "Союз-7К" и "Союз-Т" приборным составом и методами обеспечения надежности. Это обусловлено тем, что на ПКА  "Союз-7К" и "Союз-Т" управление сближением и стыковкой производится из СА, а в комплексе "Алмаз" эта операция выполняется с рабочего места ФГБ.
   ВА в автономном режиме предназначен для спуска и посадки экипажа  на Землю. Учитывая это, из состава  СОИ ВА был исключен наиболее громоздкий индикатор на ЭЛТ. Контроль параметров систем обеспечивается на БИП, а параметров движения - на двухкоординатных приборах со световым отсчетом. Отображение параметров движения дублировано плоскопрофильными  приборами со световым отсчетом.
На ПВА-1 установлен блок контроля программ – БКП, с помощью которого обеспечивается управление программными режимами.
   БКП представляет собой сдвоенный ряд кнопок со светодиодами. Этот блок расположен снизу справа ПВА-1. По принципу действия и назначению БКП это командно-сигнальное устройство (КСУ) без дешифратора наименований команд.
   На пульте ПСВ размещается телеграфный ключ. Он имеет два состояния: рабочее и транспортировочное. В рабочем состоянии ключ занимает положение, показанное на рис. 25.

ОБЩИЙ АНАЛИЗ и ВЫВОДЫ

   Итак, в обеспечение программы "Алмаз" СОКБ ЛИИ были созданы три комплекса систем отображения информации "Марс", "Юпитер" и "Икар", которые прошли полный цикл наземных автономных и комплексных испытаний. СОИ "Марс" прошли летные испытания в составе трех пилотируемых станций "Алмаз", а СОИ "Юпитер" и "Икар" - в беспилотном варианте. При этом один и тот же комплект СОИ "Икар"  использовался трижды в одном и том же ВА.
   Этими испытаниями было подтверждено соответствие созданных изделий требованиям пилотируемой ракетно-космичекой техники в полном объеме.
   СОКБ ЛИИ было обеспечено изготовление и поставка всех комплексов на комплексные стенды заказчика, специализированные стенды ИМБП, тренажеры для подготовки экипажей в РГНИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина. Испытаниями в ИМБП и на тренажерах были подтверждено соответствие СОИ требованиям человеческого фактора.
   На этапе наземных автономных испытаний основные трудности были связаны с обеспечением заданных требований по сопротивлению изоляции кабельных сетей пультов. Эта проблема была решена.
   Неожиданной для разработчиков системы управления и СОИ ОПС явилось заключение, которое было выдано по результатам одной из НИР, о превышении в 2-3 раза скорости информационного потока  СОИ возможностям пропускной способности космонавтов при решении задач управлении.
   Этот вывод ставил под сомнение возможность выдачи заключения о допуске к эксплуатации этой СОИ, которое было подготовлено СОКБ ЛИИ по результатам наземных автономных испытаний. Учитывая несоответствие результатов автономных оценок и испытаний и эргономических исследований, возникла необходимость экспериментального подтверждения выданных заключений.
   Автором данной работы было высказано предположение, что применение в рамках указанной НИР теории информации, основанной в данном случае на гипотезе о равновероятном наступлении событий, отображаемых средствами СОИ,  в этом проекте неправомерно.
   Для оценки этой гипотезы в СОКБ ЛИИ под руководством автора была создана специальная система регистрации на комплексном тренажере в РГНИИЦПК им. Ю.А. Гагарина, которая представляла собой массив светодиодов, изменение состояния и время между изменениями которых фиксировалось с помощью авиационной дистанционно управляемой фотокамеры.
   Обработка полученных результатов во время комплексных тренировок экипажей показала, что большая часть сигналов присутствует на сигнальных табло практически постоянно, и поэтому эта часть неинформативна. Другие сигналы появляются редко и поэтому с точки зрения теории информации также являются малоинформативными. Эти выводы подтвердили правильность выданного заключения о допуске СОИ к эксплуатации, основанном на оценках, которые были получены нами при исследовании информационных потоков на СОИ корабля "Союз-7К".
   В таблице 2 приведен количественный состав средств СОИ "Марс".  Как видно  из таблицы, в пультах этой СОИ, впрочем, также как и в СОИ "Юпитер" и "Икар", по-прежнему применяется большое количество сигнализаторов, органов управления и отдельных индикаторов.

Таблица 2
КОЛИЧЕСТВО КОМПОНЕНТОВ СОИ
ППР-1
ПОР-1
ПБО-1
ПФТ-1
ПАУ-1
ППШО-1
ПСР-1
ПШК-1
ПНА-1
Щ1
Щ2
ИТОГО
Пульты 
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
11
Табло 3 х 5
11
6
2
3
1
2
 
1
 
 
 
26
Табло 2 х 9 для КСП
2
 
 
 
 
2
 
 
 
 
 
4
Табло 3 х 9 для КСП
3
3
 
 
 
 
3
 
 
 
 
9
Общее количество сигнализаторов
283
178
30
45
15
73
85
23
 
 
 
732
Кнопок
200
101
42
24
20
91
131
43
15
16
8
691
Тумблеры
3
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3
Галетные переключатели
8
5
1
 
1
1
3
2
1
 
 
22
Количество регуляторов
10
4
1
1
 
7
4
6
 
 
 
33
Общее количество органов управления
221
110
44
25
21
99
138
51
16
16
8
749
Количество матричных команд
234
162
 
 
 
 
243
 
 
 
 
639
Приборы со световым отсчетом
3
2
 
1
 
 
 
 
1
 
 
7
Навигационные индикаторы
1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1
Индикаторы на основе ЭЛТ
1
 
 
 
 
1
 
 
 
 
 
2
Индикаторы группового контроля на ГРИ
1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1
Электромеханические цифровые индикаторы
 
2
1
 
 
2
 
 
 
 
 
5
Электролюминесцентные цифровые приборы
4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4
Количество аналоговых шкал приборов

для измерения параметров систем
17
2
 
1
 
4
 
6
1
 
 
31
Электромеханические часы-будильник
1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   Это говорит о том, что принципы сжатия команд-информации, которые впервые широко использовались в СОИ "Сириус-7К",  не нашли здесь своего дальнейшего развития.
   Так, с помощью КСУ в этом комплексе решаются вспомогательные задачи в то время, как на ПКА "Союз-7К" КСУ было основным средством управления бортовыми системами. В СОИ "Сириус-7К" одним из основных  был индикатор контроля программ, для использования которого не требовалось специальных инструкций. В СОИ "Икар" используется блок контроля программ - так называемое КСУ без дешифратора команд. Но его использование возможно только совместно с инструкцией по полету.
   Вместе с тем в СОИ комплекса "Алмаз" дальнейшее развитие получили принципы интеграции  и принципы унификации средств СОИ, принятые в СОИ кораблей "Зонд" и "Н1-Л3" в части командно-сигнальных полей, табло, газоразрядных индикаторов. Существенное развитие получили принципы построения комбинированных электронных индикаторов на основе ЭЛТ, значительное внимание было уделено принципам построения человеко-компьютерного интерфейса для этапа сближении и стыковки в СОИ "Юпитер".
   Для этого комплекса впервые были созданы или обоснованы:

   В рамках этого проекта дизайнеры СОКБ И. Вакуленко, Д. Румянцев, В.Калишевич и др. приняли активное участие в разработке СОИ и средств отображения информации и станции. В последующем некоторые из них стали видными дизайнерами ВНИИТЭ и МГУ г. Москва и г. Брянска.
   Основываясь на авиационных традициях, в этом комплексе существенно повышалась роль космонавтов и  соответственно роль СОИ, как средства обеспечения деятельности кос-монавтов при управлении объектом.
Многие технические решения, принятые при создании СОИ комплекса "Алмаз", защищены авторскими свидетельствами.
   В целом создание СОИ с распределенной иерархической структурой для орбитальной пилотируемой станции "Алмаз", транспортного корабля снабжения (ТКС) и возвращаемого аппарата (ВА) –  новый этап в развитии эргатических систем бортового управления сложными системами.
   По результатам исследований, проведенных ЦКБМ г. Реутов, СОКБ ЛИИ, заводом «Звезда» г. Томилино, ГНИИКиАМ, ИМБП, ряда военных академий и институтов АН СССР и вузов страны, были разработаны руководства по эргономическому обеспечению космической техники (РЭО КТ) и др.
   Опыт работ по этой программе убедительно показал на необходимость опережающих исследований и разработки требований к человеко-машинному интерфейсу и их унификации. Ущерб от несвоевременного эргономического обеспечения может в несколько раз превышать затраты на проведение обеспечивающих НИР.  Несмотря на очевидность этого факта работы по стандартизации в этой области в России практически прекращены в то время, как за рубежом они интенсифицируются. Особенно это было заметно в преддверии создания международной космической станции.

   Дополнение:  Автор выражает искреннюю благодарность за помощь в подготовке материалов настоящей статьи одному из ведущих разработчиков системы управления ОПС и куратора СОИ в  ЦКБМ - Леониду Михайловичу Шелепину.
   Работы по созданию СОИ комплекса "Алмаз"  выполнены в СОКБ ЛИИ под руководством С.Г. Даревского и заместителя руководителя ЦКБМ  В.В. Сачкова, и Филиала ЦКБМ по бортовому оборудованию.
   Смежные предприятия в части СОИ: НИИ автоматической аппаратуры, ВНИИ радиоэлектроники НПО «Фазотрон», СКБ часовых механизмов все г. Москва, Ульяновское КБ приборостроения, заводы «Вибратор» и «Пирометр», ОКБ топливно-измерительной аппаратуры, ВНИИ телевидения г.Ленинград, ЦКБ «Геофизика», специальное КБ при Чебоксарском заводе измерительных приборов, НИИ Радиокомпонентов г. Москва и др.
   Автор надеется, что многие участники этой программы живы и представят для публикации фамилии руководителей работ и ведущих специалистов. Эта же просьба относится и к заказчикам, которые внесли главный вклад в СОИ- информационное обеспечение, т.е. непосредственно в создание человеко- компьютерного и человеко-машинного интерфейсов системы управления.
   Ведущие исполнители в СОКБ ЛИИ: Лавров Д.Н. – начальник  проектной лаборатории и ведущий по СОИ комплекса Алмаз (заместитель Тяпченко Ю.А.), Брагина Г.Н, Павленко Л..Я., Мещеряков  И.П., Биженов Ю.И., Прокофьев В.А., Зубченко В.П., Лебедев А.Г., Бондарев Е.И., Ягудина Т.А, Почетов А.Д., Калиниченко А.Я., Брагин Б.Ф., Пахомов С.А., Масловский Ю.Е., Кислов В.П., Симоненкова Л.П., Андриянов Р.К., Симановский Л.П., Тюленев Г.Ф, Ощепков Н.А., Конарев В.П., Подолян В.А., Шитов В.М., Максимова В.Н., Голенко Д.Г.  и многие другие.
   Большой вклад в организацию работ в соответствии с требованиями ракетно-космической техники и отработку СОИ в СОКБ ЛИИ внесли старший представитель заказчика Акулов А.С.  и его заместитель Седнев В.Д. и др.
   В создание дисплейного комплекса и  работы по дальнейшему развитию СОИ комплекса "Алмаз" основной вклад внесли  Шурман В.А., Лысяков Ю.М, Смеркис Ю.Б, Митенкова Р.М., Давыдов А.А., Егоров Е.А., Михеев В.А.,  др.

Литература
1. Игорь Маринин, Сергей Шамсаутдинов. ТО «Видеокосмос». «Алмазы» для пролетариата/ Новости космонавтики №… 199.., стр. 89-91.
2. Asif A. Siddiqi. The Almaz Space Station Complex: A History, 1964-1992. Part 1: 1964 – 1976. /c/o The British Interplanetary Society, 27/29 South Lambeth Road, London, SW8 1SZ, England.// JBIS, Vol. 54, pp.389-416, 2001.
3. Asif A. Siddiqi. The Almaz Space Station Complex: A History, 1964-1992. Part 2: 1976 – 1992. /c/o The British Interplanetary Society, 27/29 South Lambeth Road, London, SW8 1SZ, England.// JBIS, Vol. 55, pp. 35-67, 2002
4. Г.А. Ефремов, И.Ю. Постников, А.Ф. Шевченко.  Космическая программа "Алмаз"/Освоение аэрокосмического пространства: прошлое-настоящее-будущее// Избранные труды 10 Московского Международного симпозиума по истории авиации и космонавтики. Москва, 20-27 июня 1995 г. Москва, ИИЕТ РАН, 1997, стр.193-199
5. 50 лет впереди своего века (1946-1996г.г., М.:РКА, стр. 32).
6. Ю. Тяпченко. Системы отображения информации долговременной орбитальной пилотируемой станции "Салют"/ http://www.niiao.com.
7. Устройство для индикации. А/С №399889. Заявлено 17.12.1970. Опубликовано 03.10.73. Бюллетень №39.
Rev.21jul04