אבולוציה של מערכות בקרה של חלליות סובייטיות מוקדמות

9
אבולוציה של מערכות בקרה של חלליות סובייטיות מוקדמות
דגם של "ספוטניק-1" עם הדגמה של מכשירים פנימיים. תמונה של המוזיאון לקוסמונאוטיקה


קשה לדמיין חללית מודרנית, חד פעמית או רב פעמית, ביתית או זרה, ללא מערכת בקרה מורכבת הבנויה על בסיס מחשבים בעלי ביצועים גבוהים. עם זאת, לא תמיד זה היה כך. לחללית המוקדמת בתכנון סובייטי לא היו מערכות בקרה כלל. אז הופיעו המכשירים הפשוטים הראשונים על המכשירים, וההתפתחות הנוספת שלהם הובילה להופעתם של מחשבים רב-תכליתיים מלאים.



בדרך שנקבעה מראש


בדיקות והתקנים מקומיים וזרים ששימשו בניסויים ומחקרים מוקדמים בתחום טכנולוגיית הטילים והחלל לא היו בעלי מערכות בקרה מלאות. על הסיפון היו מכשירי אוטומציה ליחידות ומערכות בודדות, אך לא ניתנה אפשרות של בקרת טיסה מלאה. יתרה מכך, באותה תקופה לא היה בהם צורך.

לדוגמה, ללוויין המלאכותי הראשון של כדור הארץ SP-1 (ספוטניק-1), ששוגר באוקטובר 1957, היו על הסיפון ערכת סוללות, משדר רדיו, סט חיישנים וציוד קירור. לא היו מכשירים לקביעת קואורדינטות ומיקום בחלל, כמו גם בקרת טיסה. הלוויין היה אמור לנוע לאורך המסלול שנקבע בעת שיגורו.


דגם של "ספוטניק-2". בחלק התחתון הייתה "בקתה" עם מקום לכלב. תמונה מאת ויקימדיה קומונס

הספוטניק-2 הבא נבנה על פי עיקרון דומה, המטען שלו היה המכולה עם הכלב לייקה. על הסיפון היו מכשירים רק לאיסוף והעברת נתונים על מצב החיה. עם זאת, נחזוה גם אוטומציה של כמה תהליכים, כמו קירור של מיכל ראוי למגורים.

שלט רחוק


עוד בשלב המחקר המקדים התברר שלטכנולוגיית החלל המבטיחה יהיו אמצעי שליטה מסוימים. באופן עצמאי או לפי פקודות מכדור הארץ, לוויינים חייבים להפעיל מכשירים, לערוך מחקר וכדומה. בעיות עיצוב כאלה נפתרו כבר בתחילת 1958 בעת יצירת החללית הבאה.

במאי 1958, ספוטניק-3 או אובייקט D נכנסו למסלול. בפעם הראשונה בתרגול ביתי, מכשיר זה קיבל את האמצעים של שליטה אוטומטית ושלט רחוק. מתחם המכשור המשולב יכול היה לקבל ולבצע פקודות מתחנת הבקרה הקרקעית. על הסיפון היו 12 מכשירים מדעיים למטרות שונות, שהופעלו וכיבו אותם בפקודה או באמצעות מכשיר תוכנית זמן על הסיפון. בנוסף, בחלקים מסוימים של המסלול, שבהם לא היה קשר עם כדור הארץ, הקלטת טלמטריה על סרט מגנטי הופעלה אוטומטית. לאחר שחזור החיבור, המידע המוקלט הועבר.


"ספוטניק-3" / "D" בשלב ההרכבה. תמונה מאת RGANTD

עד מהרה נעשה שימוש בשלט רחוק לפיקוד רדיו בתחום המחקר הבין-פלנטרי. החל בסתיו 1958 עשתה ברית המועצות מספר ניסיונות לשלוח תחנות בין-כוכביות אוטומטיות לירח. השיגורים הראשונים הסתיימו בתאונות, ורק בינואר 1959 הצליחה ה-Luna-1 AMS לעבור קרוב ללוויין הטבעי של כדור הארץ. בספטמבר של אותה שנה נחתה לראשונה החללית לונה-2 על הירח - קשה, עם הרס המבנה.

על סיפון מוצרי לונה המוקדמים היה סט של מכשירי מדידה למטרות שונות, מכשירים לניטור פעולתם וכן תחנת רדיו לקבלת פקודות והעברת טלמטריה. עבור הטיסה לירח, הותקנו תחנות על מה שנקרא. בלוק "E" - השלב השלישי של רקטת הנושא "Vostok-L" עם אפשרות שלט רחוק. היחידה הייתה אחראית להביא את ה-AMS למסלול המחושב.

לאחר השיגור, עקבו מהקרקע את הטיסה של הרקטה ווסטוק-L עם הלונה על ידי ציוד מכ"ם, שנוצר במקור לניסוי טילים בליסטיים. נתוני המסלול התקבלו ועובדו על ידי מערכת מחשוב מיוחדת המבוססת על מכונת BESM-2. כאשר התוצר "E" עם ה"ירח" סטה מהמסלול האופטימלי, נוצר המכלול והעביר אליו פקודות לתיקון המסלול. באופן כללי, מערכת כזו פעלה היטב, אם כי היו שגיאות.


תחנה אוטומטית "לונה-2". תמונה מאת ויקימדיה קומונס

תכונות חדשות


חלליות מוקדמות יכלו לטוס רק לאורך מסלול מחושב מראש, אשר שוגר על ידי רכב שיגור או שלב עליון. להמשך הפיתוח של תוכניות חלל, היה צורך לפתח כמה כלי בקרה שיאפשרו למכשיר להתמצא בחלל ולבצע תמרונים.

ההצלחות הראשונות בכיוון זה הושגו במהלך הפיתוח של ה-Luna-3 AMS, שהושק בהצלחה באוקטובר 1959. לתחנה זו נוצרה מערכת התמצאות פוטו-טלמטרית מקורית של Chaika. הוא כלל אלמנטים אופטיים שקבעו את מיקומם של השמש והירח ביחס ל-AMS, מכשיר מחשוב ומנועי חילוף. הציוד המדעי של התחנה, כמו בעבר, פעל לפי התוכנית שנקבעה או פקודות ממרכז הבקרה.

נוכחותה של מערכת ה"צ'איקה" היא שאפשרה ל"לונה-3" לצלם את הלוויין הטבעי של כדור הארץ, כולל. הצד האחורי שלו. בעתיד, התפתחויות על מערכת זו והרעיונות העיקריים שלה שימשו באופן פעיל בפרויקטים אחרים של טכנולוגיית חלל.


"לונה-3" עם מערכת ההתמצאות "שחף". גרפיקה Astronaut.ru

שליטה אוטונומית


מאז 1957, מתקיים פיתוח של חללית מאוישת מבטיחה, שנקראה לאחר מכן ווסטוק. הוא קיבל מערכות בקרה אוטומטיות וידניות ששכפלו זו את זו. כל האמצעים היו מובחנים בפשטות מסוימת והתאימו למשימות שנקבעו. אז, הציוד איפשר לבצע התמצאות במסלול ולבצע ירידה. פונקציות אחרות כמעט נעדרו. לצורך התמצאות בחלל, לספינה הייתה קבוצה של מנועים בעלי הספק נמוך שנשלטו על ידי אוטומציה או אסטרונאוט.

יישור אופקי בוצע באמצעות חיישני אינפרא אדום. לאורך ציר המסלול, הספינה הונחה על ידי השמש (אוטומטית) או על ידי כדור הארץ, באמצעות התקן Vzor (ידנית). באופן עצמאי או לפי פקודה, אוטומציה יכולה לבצע ירידה ממסלול באמצעות מערכת הנעה בלימה. הקוסמונאוט התבקש לבצע משימות אלו בעזרת מכשיר הניווט גלובוס, שחישב את שטח הנחיתה המשוער.

במאי 1960 התרחש השיגור הראשון של ווסטוק ניסיוני בתצורה בלתי מאוישת. המכשיר תחת הכינוי "ספוטניק-4" לא יכול היה לחזור לכדור הארץ עקב כשל במערכת ההתמצאות. לאחר מכן בוצעו עוד כמה שיגורים, כולל. עם מטען בצורת ציוד מדעי, בעלי חיים ובובות. לדוגמה, ב-19 באוגוסט 1960, בלקה וסטרלקה המפורסמות יצאו לחלל. מסיבות ברורות, טיסות אלו השתמשו רק באוטומט ובשליטה מרחוק.


לוח המכשירים של החללית המאוישת "ווסטוק". תמונה מאת ויקימדיה קומונס

לבסוף, ב-12 באפריל 1961, בוצעה הטיסה הראשונה של הווסטוק בתצורה מאוישת. תחת שליטתו של הטייס-קוסמונאוט הראשון בעולם יו.א. הספינה של גגרין עשתה מסלול אחד וחזרה בהצלחה לכדור הארץ. במהלך השנתיים הבאות, בוצעו חמישה שיגורים נוספים של חלליות ווסטוק עם אסטרונאוטים ומספר רב של ניסויים בלתי מאוישים. כל הפעילויות הללו אישרו את יכולת הפעולה של מערכות הבקרה החדשות.

מחשב על הלוח


כבר במהלך הפיתוח של החללית לונה או ווסטוק, מומחים סובייטים עבדו על דרכים נוספות לפיתוח מערכות בקרה עבור חלליות ו-AMS. אז, בסוף שנות החמישים, החל מחקר בנושא שליחת חלליות למאדים. בתחילה בוצעה העבודה במסגרת תכנית 1M.

השימוש בבקרת פיקוד רדיו בתוכנית כזו כמעט ולא נכלל. לכלים אוטומטיים נפרדים, כמו בפרויקטים קודמים, היו גם חסרונות. בהקשר זה, הוחלט ליצור את מה שנקרא. יחידת חישוב המבוססת על מחשב מרכזי, אליו יחוברו כל שאר מערכות ה-AMS. המשימה של יצירת SRB נפתרה בהצלחה, יתר על כן, עם הצגת פתרונות חדשים ובסיס רכיבים מודרניים. למעשה, מדובר היה על מחשב על סיפון יחיד שמבצע את כל המשימות במהלך הטיסה.


AMS "Mars-1960" עם מחשב מובנה מן המניין. תמונה מאת ויקימדיה קומונס

במסגרת תוכנית 1M נבנו שתי תחנות Mars-1960. הם היו צריכים לטוס אוטומטית ליד מאדים, לאסוף נתונים מדעיים ולשדר אותם לכדור הארץ. השיגור של שתי ה-AMS התרחש באוקטובר 1960, ושני השיגורים הסתיימו בתאונות - התחנות נשרפו באטמוספירה. לא ניתן היה לבדוק את ה-SRB בטיסה.

עם זאת, ההתפתחויות על הרעיון של SRB לא נעלמו. עד מהרה החל פיתוחה של "הספינה הבין-כוכבית הכבדה" TMK, שגם אותה החליטו לצייד במערכת מחשוב אחת. פרויקט זה לא הוכתר בהצלחה, אך מפתחיו הצליחו להתקדם שוב ביצירת מחשבים לחלל.

לבסוף, כחלק מעבודת TMK, התגבש ובוצע לבסוף הרעיון של מחשב על סיפון אחד האחראי על כל הפעולות ועוזר לצוות. עד מהרה נעשה שימוש במושג זה ביצירת החללית המאוישת של סויוז, תחנות המסלול של סאליוט ומספר פרויקטים אחרים.


אחד מהבלוקים של המחשב המובנה המוקדם עבור חללית סויוז. תמונה habr.com

תהליכים אבולוציוניים


בשנות החמישים והשישים התנהל פיתוח הרקטה וכדור החלל בקצב גבוה. אירועים מרכזיים שקבעו את המשך התפתחות הקוסמונאוטיקה התרחשו בקביעות מעוררת קנאה, ולעתים קרובות הם הופרדו בכמה חודשים. במקביל, הועסקו בתעשייה מספר רב של מפעלים ומומחים מתחומים שונים, מה שתרם לפתרון מהיר של בעיות.

מגמות אלה מומחשות היטב על ידי האבולוציה של מערכות בקרה עבור חלליות וספינות. אז, בשנת 1957, ספוטניק-1 נכנס למסלול ללא כל אמצעי שליטה, וכבר בשנת 1960 יוצר והושק AMS עם מחשב רב תכליתי. במקביל, נוצרו הרעיונות והמושגים העיקריים, שעדיין משתמשים בהם באסטרונאוטיקה – אבל כבר ברמה הטכנית המודרנית.
ערוצי החדשות שלנו

הירשם והישאר מעודכן בחדשות האחרונות ובאירועים החשובים ביותר של היום.

9 הערות
מידע
קורא יקר, על מנת להשאיר הערות על פרסום, עליך התחברות.
  1. +3
    21 במאי 2023 03:58
    מערכות ג'ירוסקופיות לשיגור טילים למסלול ???
    1. +6
      21 במאי 2023 04:31
      בְּדִיוּק!
      עד שנת 1970 (אם זכרוני אינו מפריע לי), נעשה שימוש במערכות ג'ירוסקופיות. היו יותר מדי שאלות לגבי היעדר או כוח משיכה נמוך על ספינות/לוויינים באותה תקופה של התקופה.
      מטבע הדברים, ההתקדמות לא עמדה במקום, אלא התקדמה קדימה.
  2. +6
    21 במאי 2023 05:45
    וכבר בשנת 1960 הם ייצרו והשיקו את AMS עם מחשב רב תכליתי על הסיפון. ט

    לא היו מחשבים על ה-AMS. מי שלא מאמין, קרא את הזיכרונות המפוארים של B.E. Chertok (זמה קורולבה למערכות בקרה)
  3. 0
    21 במאי 2023 06:11
    מגמות אלה מומחשות היטב על ידי האבולוציה של מערכות בקרה עבור חלליות וספינות.
    מה אפשר לומר על האבולוציה של מערכות בקרת חלליות (מאז 1957), אם רק מסתכלים על האבולוציה של הטלפונים הניידים ב-20 השנים האחרונות, היא הפכה ממכשיר תקשורת פשוט בלחיצת כפתור למיני מחשב כיס. וחקר החלל אינו צרכים ביתיים (עבודה) של אדם.
  4. +10
    21 במאי 2023 09:04
    המאמר הוא דוגמה חיה למה שקורה אם למחבר אין מושג כלל על מה הוא התחייב לכתוב עליו. כתוצאה מכך, בשנת 1960, מחשבים על הסיפון טסו לחלל, אך הקוראים לא למדו דבר על מערכות בקרת חלליות וההיסטוריה שלהן.
    מלכתחילה, על אילו מערכות בקרה רצה המחבר לספר? אם לשפוט לפי כמה רגעים מסיפורו - על מערכות ההתמצאות והייצוב של חלליות, כלומר מערכות המספקות כיוון נתון במרחב של אחד או כל שלושת הצירים של כלי הטיס. רק בנוכחות מערכת כזו אפשר לקרוא לחללית נשלטת.
    החללית המאוישת הראשונה כללה את האובייקט הבלתי מאויש לונה-3, שצילם את הצד הרחוק של הירח ב-1959, ואת החללית ווסטוק, שעליה ב-1961 טייס-קוסמונאוט יו.א. גגארין ביצע את טיסת המסלול הראשונה.
    לא היה דיבור על "מחשבים מובנים רב-תכליתיים" באותה תקופה. מערכות ההתמצאות והייצוב הראשונות של חלליות אלו היו דופק ממסר.
    המערכת כללה חיישן סולארי פוטו-אלקטרוני, שלושה גירוסקופים דו-שלביים המגיבים להקרנות של מהירות הזווית של הספינה, התקן לוגי וגופים מנהלים - מנועי סילון קטנים הפועלים על חנקן דחוס.
    "מחשב על לוח רב תכליתי" במעגל כזה הוא מכשיר לוגי, המיוצר על אלמנטים ממסר.
    הממסר האלקטרומגנטי הוא אלקטרומגנט עם גוש מגעים המותקן על אבזור נייד. על ידי חיבור המגעים של מספר ממסרים בשילובים שונים, אנו מקבלים אלמנט הגיוני של "סוג כזה או אחר".
    זה נראה כמו זה.

    השלב הבא היה מערכות בקרה ישירה אנלוגית עם ליניאריזציה פעימה בשימוש על החללית Zenit, Zenit-2, Mars, Venera, Progress, חללית Soyuz ותחנת Salyut.
    ואז הגיעו מערכות הבקרה האנלוגיות והדיסקרטיות המשתמשות במערכות האינרציה הפשוטות ביותר (SINS). בפעם הראשונה, נעשה שימוש בגרסה פשוטה ולא מתוקנת של ה-SINS בחללית סויוז M.
    ורק לאחר מכן הופיעה מערכת בקרה דיגיטלית דו-לולאת המבוססת על
    תיקון SINS מבוסס על שימוש במחשב דיגיטלי מוטבע (OCVM).
    לראשונה פותחה מערכת בקרה כפולה דיגיטלית המבוססת על SINS מתכוונן עבור החללית Soyuz T, שהטיסה הראשונה שלה התרחשה בדצמבר 1979.
    המחשב המשולב "Soyuz T" נקרא "ארגון - 16".
    זה בקצרה מאוד.
    באשר למערכות ומערכות מפגש ועגינה המאפשרות ירידה מבוקרת ממסלול, אלו כבר שני נושאים נפרדים.
    1. +3
      21 במאי 2023 10:56
      זה לא קשור למחשבים. נבחנים שלבים נפרדים של התפתחות מערכות הבקרה, בין אם הם כוללים מחשבים או לא. מההזמנות הראשונות למערכות בקרה, הדרישה העיקרית הייתה עמידה במשימות שהוקצו, הרכבן הושלם עם ציוד המבוסס על היעילות הגדולה ביותר. היכן שהושג על ידי מחשבים אנלוגיים, הותקן ציוד אנלוגי, ומחשבונים מיוחדים הופיעו בהרכב מאז 1968. אוטומציה דיסקרטית, ביצוע משימות, עבדה לא יותר גרוע ממחשב דיגיטלי. אף אחת מהמשלחות לא התקיימה במצב לא מקוון, קורסי אפולו חושבו גם במכונות גדולות, המחשב המשולב ביצע רק חלק מתפקידי בקרת הטיסה.
      1. -1
        21 במאי 2023 13:01
        זה לא קשור למחשבים.

        על מה זה?
        אז, בשנת 1957, ספוטניק-1 נכנס למסלול ללא כל אמצעי שליטה, וכבר בשנת 1960 יוצר והושק AMS עם מחשב רב תכליתי.
  5. +2
    21 במאי 2023 11:11
    קצת אחר כך בצד השני:


    מרגרט המילטון עומדת ליד תדפיסי תוכנת הטיסה של אפולו.

    1. 0
      22 ביולי 2023 13:05
      לא הצלחת למצוא בחורה יפה? brrr

"מגזר נכון" (אסור ברוסיה), "צבא המורדים האוקראיני" (UPA) (אסור ברוסיה), דאעש (אסור ברוסיה), "ג'בהת פתח א-שאם" לשעבר "ג'בהת א-נוסרה" (אסור ברוסיה) , טליבאן (אסור ברוסיה), אל-קאעידה (אסור ברוסיה), הקרן נגד שחיתות (אסורה ברוסיה), מטה נבלני (אסור ברוסיה), פייסבוק (אסור ברוסיה), אינסטגרם (אסור ברוסיה), מטה (אסור ברוסיה), החטיבה המיזנתרופית (אסורה ברוסיה), אזוב (אסור ברוסיה), האחים המוסלמים (אסורים ברוסיה), Aum Shinrikyo (אסור ברוסיה), AUE (אסור ברוסיה), UNA-UNSO (אסור ברוסיה). רוסיה), Mejlis של העם הטטרי קרים (אסור ברוסיה), הלגיון "חופש רוסיה" (מבנה חמוש, מוכר כטרוריסט בפדרציה הרוסית ואסור)

"ארגונים ללא מטרות רווח, עמותות ציבוריות לא רשומות או יחידים הממלאים תפקידים של סוכן זר", וכן כלי תקשורת הממלאים תפקידים של סוכן זר: "מדוזה"; "קול אמריקה"; "מציאות"; "הווה"; "רדיו חופש"; פונומארב; Savitskaya; מרקלוב; קמליאגין; אפחונצ'יץ'; מקרביץ'; לֹא יִצְלַח; גורדון; ז'דנוב; מדבדב; פדורוב; "יַנשׁוּף"; "ברית הרופאים"; "RKK" "מרכז לבדה"; "זִכָּרוֹן"; "קוֹל"; "אדם ומשפט"; "גֶשֶׁם"; "אמצעי תקשורת"; "דויטשה וולה"; QMS "קשר קווקזי"; "פְּנִימַאי"; "עיתון חדש"