ПЭВМ на борту пилотируемого космического аппарата

Из­вес­т­но, что од­ним из до­сти­же­ний пи­ло­ти­ру­е­мой кос­мо­нав­ти­ки СССР яв­ля­ет­ся со­зда­ние ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ных сис­тем на ос­но­ве при­нци­пов про­грам­мно-ло­ги­чес­ко­го уп­рав­ле­ния. Воз­мож­ность пред­став­ле­ния це­лей и за­дач пол­ета, це­лей и за­дач фун­кци­о­ни­ро­ва­ния сис­тем в ви­де иерар­хи­чес­ко­го де­ре­ва про­грамм поз­во­ли­ла пе­ре­йти от сис­тем ото­бра­же­ния ин­фор­ма­ции раз­вер­ну­то­го ти­па к ин­тег­ри­ро­ван­ным сис­те­мам (ИС) со сжа­ти­ем ко­манд-ин­фор­ма­ций (КИ). Ос­нов­ны­ми сред­ства­ми, обес­пе­чи­ва­ю­щи­ми че­ло­ве­ко-ма­шин­ный ин­тер­фейс (ЧМИ) в та­ких сис­те­мах, яв­ля­ют­ся мно­го­фун­кци­о­наль­ные ин­ди­ка­то­ры и кно­поч­ные ус­трой­ст­ва вво­да ин­фор­ма­ции.

Слож­ность тех­ни­чес­ких сис­тем не­пре­рыв­но воз­рас­та­ет. Из­вес­т­но, что с уве­ли­че­ни­ем их слож­нос­ти ста­но­вит­ся боль­ше и объ­ём ин­фор­ма­ции, не­об­хо­ди­мой для при­ня­тия ре­ше­ния по уп­рав­ле­нию тех­но­ло­ги­чес­ки­ми про­цес­са­ми, по уп­рав­ле­нию дви­же­ни­ем ле­та­тель­но­го ап­па­ра­та с уче­том ог­ра­ни­че­ний по без­опас­нос­ти и т. д. Ка­тас­тро­фы в атом­ной энер­ге­ти­ке, ави­а­ции, кос­мо­нав­ти­ке и дру­гих от­рас­лях про­мыш­лен­нос­ти сде­ла­ли не­об­хо­ди­мым су­щес­твен­ное по­вы­ше­ние эф­фек­тив­нос­ти че­ло­ве­ко-ма­шин­ных сис­тем. Оно мо­жет быть до­стиг­ну­то, в час­тнос­ти, за счет раз­ра­бот­ки сис­тем под­дер­ж­ки опе­ра­то­ров, ба­зи­ру­ю­щих­ся на эк­спер­т­ных сис­те­мах. Для со­зда­ния эк­спер­т­ной сис­те­мы тре­бу­ют­ся боль­шие объ­емы па­мя­ти для хра­не­ния на­чаль­ных дан­ных, те­ку­щей ин­фор­ма­ции об объ­ек­те уп­рав­ле­ния, ал­го­рит­мов фор­ми­ро­ва­ния ре­ше­ний, эк­сплу­а­та­ци­он­ной до­ку­мен­та­ции, мас­са ко­то­рой со­став­ля­ет от не­сколь­ких ки­лог­рам­мов на кос­ми­чес­ком ко­раб­ле до мно­гих со­тен кг на мор­с­ком суд­не.

Из ска­зан­но­го сле­ду­ет, что эф­фек­тив­ное ре­ше­ние про­блем че­ло­ве­ко-ма­шин­но­го ин­тер­фей­са тес­но свя­за­но с раз­ви­ти­ем ин­фор­ма­ци­он­ных тех­но­ло­гий во­об­ще и сис­тем ото­бра­же­ния в час­тнос­ти.

Ес­ли рань­ше раз­ви­тие ин­фор­ма­ци­он­ных тех­но­ло­гий сти­му­ли­ро­ва­лось, в ос­нов­ном, во­ен­но-ори­ен­ти­ро­ван­ны­ми от­рас­ля­ми, то в на­сто­я­щее вре­мя это про­ис­хо­дит за счет ин­вес­ти­ций в по­тре­би­тель­с­кий сек­тор и граж­дан­с­кие от­рас­ли про­мыш­лен­нос­ти. В свя­зи с со­кра­ще­ни­ем рас­хо­дов на во­ен­но-ори­ен­ти­ро­ван­ные на­прав­ле­ния воз­ни­ка­ет пот­реб­ность в адап­та­ции про­мыш­лен­ных тех­но­ло­гий к объ­ек­там спе­ци­аль­но­го на­зна­че­ния, ка­ко­вы­ми яв­ля­ют­ся объ­ек­ты ави­а­ции, кос­мо­нав­ти­ки, атом­ной энер­ге­ти­ки, су­дос­тро­е­ния и др.

При этом сле­ду­ет иметь в ви­ду, что та­кая адап­та­ция це­ле­со­об­раз­на при ус­ло­вии ши­ро­ко­го ис­поль­зо­ва­ния про­мыш­лен­ных тех­но­ло­гий в сис­те­мах ука­зан­но­го ти­па. Для обес­пе­че­ния это­-го ус­ло­вия не­об­хо­ди­мо вы­де­лить об­щую часть че­ло­ве­ко-ма­шин­но­го ин­тер­фей­са ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­ных сис­тем уп­рав­ле­ния, не­за­ви­си­мо от их на­зна­че­ния.

Как по­ка­за­ли ис­сле­до­ва­ния, вы­пол­нен­ные в НИ­ИАО со­вмес­т­но с ря­дом пред­при­ятий, ра­бо­та­ю­щих в ин­те­ре­сах кос­мо­нав­ти­ки и энер­ге­ти­ки, об­щая часть мо­жет быть вы­де­ле­на, ес­ли де­я­тель­ность че­ло­ве­ка рас­смат­ри­вать с по­зи­ций те­о­рии об­слу­жи­ва­ния слож­ной тех­ни­чес­кой сис­те­мы. При та­ком под­хо­де, на­при­мер, за­да­ча пи­ло­ти­ро­ва­ния са­мо­ле­та — од­на из за­дач об­слу­жи­ва­ния са­мо­ле­та. За­да­ча сты­ков­ки кос­ми­чес­ко­го ап­па­ра­та со стан­цией есть од­на из мно­гих за­дач об­слу­жи­ва­ния кос­ми­чес­ко­го ап­па­ра­та, ос­та­нов атом­но­го ре­ак­то­ра есть за­да­ча об­слу­жи­ва­ния его сис­тем и т. д. Тех­ни­чес­кие сред­ст­ва че­ло­ве­ко-ма­шин­но­го ин­тер­фей­са до­лж­ны обес­пе­чи­вать воз­мож­ность ре­ше­ния за­дач про­вер­ки, кон­тро­ля за ис­поль­зо­ва­ни­ем рас­ход­ных ком­по­нен­тов, ди­аг­нос­ти­ки сис­тем, вы­да­чи ре­ко­мен­да­ций в раз­лич­ных си­ту­а­ци­ях и т. п.

Из­вес­т­но, что мно­гие из пе­ре­чис­лен­ных за­дач при­ме­ни­тель­но к на­зем­ным объ­ек­там ус­пеш­но ре­ша­ют­ся с по­мощью ПЭВМ ти­па IBM PC. На ос­но­-вании ра­бот, про­ве­ден­ных НИ­ИАО (г. Жу­ков­с­кий Мос­ков­с­кой об­лас­ти), РКК «Энер­гия» (г. Ка­ли­нин­г­рад Мос­ков­с­кой об­лас­ти) и др., «стан­дарт» IBM PC при­нят в ка­чес­т­ве ос­нов­но­го при со­зда­нии ЧМИ для мо­дер­ни­зи­ру­е­мо­го ва­ри­ан­та ко­раб­ля «Со­юз» и меж­ду­на­род­ной стан­ции «Аль­фа». Ря­дом пред­при­я-тий ана­ло­гич­ные ре­ше­ния пред­ло­же­ны при по­стро­е­нии че­ло­ве­ко-ма­шин­ных ин­тер­фей­сов объ­ек­тов энер­ге­ти­ки, в том чис­ле атом­ной.

Ос­но­вы­ва­ясь на из­ло­жен­ном, мы пред­став­ля­ем ин­тег­ри­ро­ван­ный пульт уп­рав­ле­ния, ко­то­рый мо­жет быть вклю­чен не­пос­ред­ствен­но в кон­тур руч­но­го уп­рав­ле­ния ко­раб­ля или стан­ции, ис­поль­зо­ван в ка­чес­т­ве сред­ст­ва сис­те­мы под­дер­ж­ки опе­ра­то­ра, элек­трон­ной биб­ли­о­те­ки, сис­те­мы ре­гис­тра­ции па­ра­мет­ров и сиг­на­лов и др. Струк­ту­ра ин­тег­ри­ро­ван­но­го пуль­та уп­рав­ле­ния по­ка­за­на на рис. 1, а на рис. 2 — его внеш­ний вид. В таблице 1 приводятся основ­ные характеристики пульта.



В ка­чес­т­ве про­цес­сор­но­го яд­ра ис­поль­зу­ет­ся вы­чис­ли­тель­ный мо­дуль 5025А се­мей­ст­ва MicroPC фир­мы Oc­ta­gon Systems. Бла­го­да­ря хо­ро­шим вы­чис­ли­тель­ным воз­мож­нос­тям и зна­чи­тель­ным ре­сур­сам па­мя­ти мо­дуль уп­рав­ля­ет ра­бо­той как ка­на­ла меж­сис­тем­но­го об­ме­на, так и внут­рен­ни­ми сред­ства­ми пуль­та.

Для ото­бра­же­ния ин­фор­ма­ции в пуль­те ис­поль­зо­ван мно­гоц­вет­ный элек­тро­лю­ми­нес­цен­т­ный дис­п­лей фир­мы Pla­nar. Тех­ни­чес­кие ха­рак­те­рис­ти­ки дис­п­лея обес­пе­чи­ва­ют вы­со­кое ка­чес­т­во изо­бра­же­ния при ши­ро­ком уг­ле об­зо­ра.

Уп­рав­ля­ет ра­бо­той дис­п­лея кон­трол­лер SVGA (мо­дуль 5420) се­мей­ст­ва MicroPC. Для хра­не­ния при­клад­но­го про­грам­мно­го обес­пе­че­ния в пуль­те пред­ус­мот­рен элек­трон­ный диск на ос­но­ве флэш-па­мя­ти, что да­ет поль­зо­ва­те­лю ши­ро­кие воз­мож­нос­ти по от­ра­бот­ке и мо­дер­ни­за­ции про­грам­мно­го обес­пе­че­ния в про­цес­се адап­та­ции пуль­та под за­да­чи кон­крет­но­го при­ме­не­ния. Объ­ем флэш-дис­ка со­став­ля­ет ­4 Мбайт с воз­мож­ностью уве­ли­че­ния до 32 Мбайт. Фун­к­ции элек­трон­но­го флэш-дис­ка вы­пол­ня­ет мо­дуль PC-FD фир­мы M-Systems.

Кон­трол­лер PCMCIA (мо­дуль 5842 фир­мы Octagon Systems), ус­та­нов­лен­ный в пуль­те, обес­пе­чи­ва­ет пе­ре­но­си­мость про­грам­мно­го обес­пе­че­ния с по­мощью флэш-кар­ты. В об­щем слу­чае, бла­го­да­ря это­му кон­трол­ле­ру, к пуль­ту мо­гут быть под­клю­че­ны до­пол­ни­тель­-ная внеш­няя па­мять объ­емом до 80 Мбайт, мо­дем, АЦП, сеть Ethernet, спут­ни­ко­вая на­ви­га­ци­он­ная сис­те­ма GPS и т. д.

Для ор­га­ни­за­ции меж­сис­тем­но­го об­ме­на в пуль­те пред­ус­мот­рен ин­тер­фейс по ГОСТ 18977-79 (ARINC 429 ), пред­на­зна­чен­ный для со­зда­ния ка­на­лов ин­фор­ма­ци­он­но­го об­ме­на в ком­плек­сах бор­то­во­го обо­ру­до­ва­ния. Мо­дуль свя­зи по ARINC 429 под­дер­жи­ва­ет 2 пе­ре­да­ю­щих и 2 при­ем­ных ка­на­ла. Кон­струк­тив­но кон­трол­лер ин­тер­фей­са вы­пол­нен в фор­ма­те MicroPC. При не­об­хо­ди­мос­ти он мо­жет быть за­ме­нен кон­трол­ле­ра­ми ин­тер­фей­сов MIL-STD-1553B, Ethernet и др., вы­пол­нен­ны­ми в этом же фор­ма­те.

Уп­рав­ле­ние объ­ек­том обес­пе­чи­ва­ет­ся воз­мож­ностью под­ачи до 27 тро­и­ро­ван­ных ко­манд ре­лей­но­го ти­па, а так­же при­емом ин­фор­ма­ции от 192 сиг­наль­ных дат­чи-­ков ти­па «су­хой кон­такт». Ин­фор­ма­ция, вы­да­ва­е­мая в ви­де 9-раз­ряд­но­го па­рал­лель­но­го ко­да, пред-­став­ля­ет со­бой ко­ды ко­манд уп­рав­ле­ния и сиг­на­лов со­сто­я­ния объ­ек­тов кон­тро­ля и уп­рав­ле­ния, бла­го­да­ря че-­му мож­но дис­тан­ци­он­но кон­тро­ли­ро­вать ра­бо­ту опе­ра­то­ра и объ­ек­та.

Для ра­бо­ты опе­ра­то­ра в пуль­те пред­ус­мот­ре­на фун­кци­о­наль­ная кла­ви­а­ту­ра, а так­же име­ет­ся воз­мож­ность под­клю­че­ния стан­дар­т­ной кла­ви­а­ту­ры ПЭВМ.

Фор­ми­ро­ва­ние не­об­хо­ди­мых пи­та­ю­щих на­пря­же­ний для мо­ду­лей пуль­та обес­пе­чи­ва­ет­ся бло­ком пи­та­ния, в ко­то­ром ис­поль­зо­ва­ны пре­об­ра­зо­ва­те­ли фир­мы Interpoint.

Фун­кци­о­наль­ные возмож­нос­ти

Пульт обес­пе­чи­ва­ет

• ото­бра­же­ние сиг­наль­ной ин­фор­мации,
• фор­ми­ро­ва­ние и вы­да­чу команд,
• ре­гис­тра­цию сиг­наль­ной инфор­ма­ции,
• ото­бра­же­ние на эк­ра­не те­куще­го вре­ме­ни,
• об­мен по ма­гис­тра­ли меж­систем­но­го об­ме­на.

На рис. 3-6 по­ка­за­ны при­ме­ры ви­дов ин­ди­-ка­ции, раз­ра­ба­ты­ва­е­мые для кос­ми­чес­ко­го ко­раб­ля ти­па «Со­юз».




В пуль­те пред­ус­мот-­ре­на ап­па­рат­ная и про­грам­мная под­дер­ж­ка ре­жи­ма дис­тан­ци­он­но­го уп­рав­ле­ния объ­ек­том, ког­да коман­ды уп­рав­ле­ния пос­ту­па­ют по ка­на­лу меж­сис­тем­но­го об­ме­на и тран­сли­ру­ют­ся пуль­том, пре­об­ра­зу­ясь в ре­лей­ные коман­ды уп­-рав­ле­ния. Это поз­во­ля­ет со­зда­вать на ос­но­ве та-­ких пуль­тов рас­пре­де-­лен­ные сис­те­мы ав­то­ма­ти­зи­ро­ван­но­го уп­рав­ле­ния с воз­мож­ностью кон­тро­ля за пе­ри­фе­рий­ны­ми объ­ек­та­ми с цен­траль­но­го пос­та.

Гиб­кая ар­хи­тек­ту­ра пуль­та обес­пе­чи­ва­ет воз­мож­ность адап­та­ции фун­к­ций пуль­та к тре­бо­ва­ни­ям поль­зо­ва­-те­ля. На­при­мер, мо­жет быть ре­а­ли­зо­ва­на фун­к­ция при­ема и вы­да­чи ана-­ло­го­вых сиг­на­лов, при­ема и ото­бра-­же­ния на эк­ра­не пуль­то­во­го дис­п­лея те­ле­ви­зи­он­но­го изо­бра­же­ния.

Пульт пред­на­зна­чен для ра­бо­ты в ус­ло­ви­ях слож­ных ме­ха­ни­ко-кли­ма­ти­чес­ких воз­дей­ст­вий. Хо­ро­шие эк­сплу­а­та­ци­он­ные ха­рак­те­рис­ти­ки пуль­та обес­пе­чи­ва­ют­ся за­ло­жен­ны­ми в нем кон­струк­тив­ны­ми ре­ше­ни­я­ми, при­ме­не­ни­ем вы­со­ко­на­деж­ных элек­трон­ных ком­по­нен­тов, элек­три­чес­ких со­еди­ни­те­лей, кла­виш­ных пе­ре­клю­ча­те­лей и т. д.

В под­го­тов­ке ма­те­ри­а­лов дан­ной статьи при­ни­ма­ли учас­тие А. В. Бел­ков, С. В. Иса­ев, М. В. Ве­ли­ков­с­кий. ●

Ю.А. Тяпченко, В.И. Безроднов – сотрудники НИИ авиационного оборудования

© СТА-ПРЕСС, 2025

Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!