Автоматическая посадка «Бурана»
Постоянные читатели знают, что это событие не может пройти мимо моего внимания, так как я участвовал в работах по «Бурану», работая в Московском опытно-конструкторском бюро «Марс». Хотя и не на самых «передовых рубежах». Был банкет в гостинице «Украина», где мы праздновали это событие, поистине великое для нас. И были планы следующего полёта, тоже беспилотного, но значительно более длительного, и была работа по этим планам.
А потом было мутное безвременье, а потом, в 1993 году, закрытие программы…
Про сам «Буран» я до сих пор не написал, хотя глава о нём стоит следующей в моей незаконченной серии об истории проектов пилотируемых многоразовых кораблей. Однако об истории его создания написал, и о ракете «Энергия» тоже. И сейчас я не буду писать про «Буран» как таковой, потому что это должен быть не блоговый пост, а настоящая статья, а может, и не одна. А вот область ответственности нашего отделения постараюсь показать.
Мы делали то, что обеспечило СССР, наверное, единственный всем понятный приоритет по сравнению с американским шаттлом. Мы, наше отделение, делали алгоритмический и программный комплекс автоматической посадки «Бурана». Насколько я знаю, у американцев такой режим предусмотрен, но ни разу не применялся. Их шаттлы всегда сажали лётчики.
Сейчас, как я понимаю, задача посадки без участия экипажа решена – ведь садятся же беспилотники, в том числе и большие. Но, по-моему, пассажирские лайнеры до сих пор не приземляются «в автомате». А тогда, я точно знаю, хорошо оборудованные аэродромы могли доводить хорошо оборудованные лайнеры до высоты 15 метров. Дальше – экипаж. Задача усугублялась тем, что аэродинамическое качество «Бурана» на дозвуке составляло примерно половину качества тогдашних пассажирских самолётов – 4,5 против 8–10. То есть корабль был «вдвое ближе к утюгу», чем нормальный стреловидный пассажирский самолёт. Что не удивляет, если сравнить их форму.
Автоматическая посадка 100-тонной громадины – очень сложная штука. Мы не делали никакого «железа», только программное обеспечение режима посадки – от момента достижения (при снижении) высоты 4 км до остановки на посадочной полосе. Я попробую очень коротко рассказать, как делалась эта алгоритмия.
***
Сначала теоретик пишет алгоритм на языке высокого уровня и проверяет его работу на контрольных примерах. Этот алгоритм, который пишет один человек, «отвечает» за одну какую-нибудь, сравнительно небольшую, операцию. Затем происходит объединение в подсистему, и её тащат на моделирующий стенд. В стенде «вокруг» рабочего, бортового алгоритма размещены модели – модель динамики аппарата, модели исполнительных органов, датчиковых систем и др. Они тоже написаны на языке высокого уровня. Таким образом, алгоритмическая подсистема проверяется в «математическом полёте».
Потом подсистемы собираются вместе и опять проверяются. А потом алгоритмы «переводятся» с языка высокого уровня на язык бортовой машины (БЦВМ). Для их проверки, уже в ипостаси бортовой программы, существует другой моделирующий стенд, в составе которого есть бортовая ЭВМ. А вокруг неё наверчено то же – математические модели. Они, конечно, модифицированы по сравнению с моделями в чисто математическом стенде. Модель «крутится» в большой ЭВМ общего назначения. Не забывайте, это были 1980-е годы, персоналки только начинались и были совсем маломощными. Это было время мэйнфреймов, у нас стояла спарка из двух ЕС-1061. А для связи бортовой машины с матмоделью в универсальной ЭВМ нужно специальное оборудование, оно в составе стенда нужно ещё для разных задач.
Этот стенд мы называли полунатурным – ведь в нём, кроме всякой математики, была настоящая БЦВМ. На нём реализовался режим работы бортовых программ, очень близкий к режиму реального времени. Долго объяснять, но для БЦВМ он был неотличим от «настоящего» реального времени.
Когда-нибудь я соберусь и напишу, как происходит режим полунатурного моделирования – для этого и других случаев. А пока я только хочу объяснить состав нашего отделения – того коллектива, который всё это делал. В нём был комплексный отдел, который разбирался с датчиковыми и исполнительными системами, задействованными в наших программах. Был алгоритмический отдел – эти собственно писали бортовые алгоритмы и отрабатывали их на математическом стенде. Наш отдел занимался а) переводом программ на язык БЦВМ, б) созданием специального оборудованием для полунатурного стенда (здесь я и работал) и в) программами ля этого оборудования.
В нашем отделе были даже свои конструкторы, чтобы делать документацию для изготовления наших блоков. И ещё был отдел, занимавшийся эксплуатацией помянутой спарки ЕС-1061.
Выходным продуктом отделения, а значит, и всего КБ в рамках «буранной» темы, была программа на магнитной ленте (1980-е!), которую везли отрабатывать дальше.
Дальше – это стенд предприятия-разработчика системы управления. Ведь ясно же, что система управления летательного аппарата – это не только БЦВМ. Эту систему делало значително более крупное, чем мы, предприятие. Они были разработчиками и «собственниками» БЦВМ, они набивали её множеством программ, выполняющих весь комплекс задач по управлению кораблём от предстартовой подготовки до послепосадочного выключения систем. А нам, нашей посадочной алгоритмии, в той БЦВМ отводилась только часть машинного времени, параллельно (точнее, я бы сказал, квазипараллельно) работали другие программные системы. Ведь, если мы рассчитываем траекторию посадки, то это не значит, что нам уже не нужно стабилизировать аппарат, включать-выключать всевозможное оборудование, поддерживать тепловые режимы, формировать телеметрию и прочая, и прочая, и прочая…
Однако вернёмся к отработке режима посадки. После отработки в штатной резервированной БЦВМ в составе всей совокупности программ эту совокупность везли на стенд предприятия-разработчика корабля «Буран». А там был стенд, называвшийся полноразмерным, в котором задействован целый корабль. При работе программ он помахивал элевонами, гудел приводами и всякое такое прочее. И сигналы шли от настоящих акселерометров и гироскопов.
Потом я насмотрелся этого всего на разгоннике «Бриз-М», а пока моя роль была совсем скромной. За пределы своего КБ я не выезжал…
Итак, прошли полноразмерный стенд. Думаете, это всё? Нет.
Дальше была летающая лаборатория. Это Ту-154, у которого система управления настроена так, что самолёт реагирует на выработанные БЦВМ управляющие воздействия, как если бы он был не Ту-154, а «Буран». Конечно, существует возможность быстро «вернуться» нормальный режим. «Буранский» включался только на время эксперимента.
Венцом же испытаний были 24 полёта экземпляра «Бурана», сделанного специально для этого этапа. Он назывался БТС-002, имел 4 двигателя от того же Ту-154 и мог сам взлетать с полосы. Садился он в процессе испытаний, конечно, с выключенными движками, – ведь «в штате» космический корабль садится в режиме планирования, на нём никаких атмосферных двигателей нет.
Сложность этой работы, а точнее, нашего программного-алгоритмического комплекса можно проиллюстрировать вот чем. В одном из полётов БТС-002. летел «на программе» до касания полосы основными стойками шасси. Затем пилот брал управление и опускал носовую стойку. Потом опять включалась программа и вела аппарат до полной остановки.
Кстати, это довольно-таки понятно. Пока аппарат в воздухе, у него нет ограничений на вращения вокруг всех трёх осей. И вращается он, как положено, вокруг центра масс. Вот он коснулся полосы колёсами основных стоек. Что происходит? Вращение по крену теперь невозможно вообще. Вращение по тангажу идёт уже не вокруг центра масс, а вокруг оси, проходящей через точки касания колёс, и оно пока свободное. А вращение по курсу теперь сложным образом определяется соотношением управляющего момента от руля направления и силы трения колёс о полосу.
Вот такой непростой режим, столь радикально отличающийся и от полёта, и от пробега по полосе «на трёх точках». Потому что, когда на полосу опустится и переднее колесо, то – как в анекдоте: уже никто никуда не вращается…
…Добавлю, что неполадки, понятные и непонятные, со всех этапов испытаний привозились к нам, анализировались, устранялись и снова шли по всей линии, от математического стенда до БТСа в Жуковском.
***
Ну вот. Все знают, что посадка прошла безупречно: ошибка по времени 1 секунда – после трёхчасового полёта! – отклонение от оси полосы 1,5 м, по дальности – сколько-то десятков метров. Наши ребята, те, которые находились в КДП – это служебное здание возле полосы – говорили, что ощущения были – словами не выразить. Ещё бы – они-то знали, что это такое, сколько там всего правильно сработало, какие миллионы взаимосвязанных событий произошли в нужной взаимосвязи, чтобы могло состояться это 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
И ещё скажу: «Бурана» не стало, но опыт не пропал. На этой работе вырос великолепный коллектив первоклассных специалистов, преимущественно молодых. Заряд от неё был таким, что коллектив не развалился до основания в тяжёлые годы, и это позволило как раз в оные создать систему управления разгонного блока «Бриз-М». Это была уже не программная система, тут уже была и наша БЦВМ собственной разработки, и блоки, управляющие всей бортовой машинерией – двигателями, пиропатронами, смежными системами других разработчиков и пр. И мы же делали наземный комплекс проверки и предстартовой подготовки разгонного блока.
Конечно, «Бриз» делали всем КБ. Но очень важную роль, прежде всего в создании программного комплекса, сыграли люди «Бурана» – люди, построившие и отточившие в ходе буранской эпопеи саму технологию ведения большой работы с участием сотен специалистов десятков разных профилей. И теперь у КБ, доказавшего свою состоятельность, очень много работы…
Информация