Система сбора внешнетраекторной информации «Сбор-В»
Если последний довод королей — это спецназ, то ракетно-ядерное оружие — это последний довод президентов супердержав. Ракетно-ядерное оружие рождалось в муках. Доставка ядерного боеприпаса на территорию врага требовало создания ракет стратегического назначения, а развитие космических аппаратов военного назначения требовало создания ракетоносителей.
Создание ракетной техники требовало проведения многочисленных испытаний, так называемых лётных экспериментов. В ходе испытаний первостепенной задачей является определение траектории полёта ракеты. С этой целью было создано большое количество измерительных систем различного класса по всей территории бывшего СССР.
Испытания проходили настолько интенсивно, что узким местом стала доставка в вычислительный центр (ВЦ) космодрома данных траекторных измерений о проведенных испытаниях с целью выполнения обработки и формирования отчёта о траектории полёта ракеты.
Информация записывалась на жёсткие носители на магнитных лентах и перфолентах, а затем доставлялась самолётом на космодром. Самолёты уже не могли обеспечить оперативность своевременной доставки одновременно со всех измерительных пунктов.
Поражение в «холодной войне»
В советское время был создан огромный задел в области вооружений. Мы видим сегодня модернизованные бомбардировщики Ту-160, Ту-22М3, танк Т-90 и т. д. Появление новых видов вооружений — это хорошо забытые старые советские разработки, которые лежат в секретных отделах КБ. Советские инженеры плодили чудеса техники, которые огромными заделами до сих пор томятся в закромах Родины или того, что от Родины осталось. Но не везде всё было так же благодатно.
Проблемы возникали с «нервами армии» — со связью и с вычислительной техникой. Советские партийные лидеры в эпоху застоя резко противодействовали кибернетике, особенно тому, что касается управления отраслями, как предлагал в конце 60-х академик Глушков. Компартия боялась потерять своё влияние на общество. Ей в этом помогли «партнёры» из-за рубежа. Так, академик Арбатов, приехав из командировки в США, заявил о том, что ЭВМ — это просто мода, которая на Западе скоро пройдет [1].
В этой обстановке был сделан ошибочный шаг, который привел к тому, что вместо развития своей линейки ЭВМ, например, БЭСМ-6, Советский Союз занялся копированием зарубежных образцов ЭВМ. Это широко известные IBM-360 и PDP-11, которые были ЭВМ «единой серии» EC, а также СМ-3, СМ-1420 и т. д. Всё это вылилось в то, что СССР пропустил поворот в развитии техники, а именно в появлении персональных компьютеров, что выразилось в перепроизводстве этих самых ЕС и СМ ЭВМ. За конкретными примерами далеко ходить не надо. Целый этаж 7-го корпуса НИИРИ был заставлен этой вычислительной техникой, которую через год пришлось демонтировать по причине её бесполезности.
В главном корпусе в разных местах тоже стояли эти монстры-копии. На северном полигоне в Северодвинске был построен четырёхэтажный корпус для подобной техники, которую собирались использовать для сбора траекторной информации о полёте ракет стратегического назначения при испытельных пусках с подводных лодок.
На космодроме Плесецк внедрялись ЭВМ типа СМ-1700 — клоны VAX-11/730.
До 1991 года, понимая, что необходимо отделить свою часть от всей системы «Сбор», ведущий инженер Козлов разработал архитектуру базы данных, которая являлась подсистемой хранения траекторной информации. Подсистема хранения была разработана в идеологии файлового сервера, который должен быть отдельным компьютером, в файловой системе которого хранятся файлы измерительной информации. Для доступа к файлам был предусмотрен справочник, который выбирал файлы траекторной информации заинтересованным лицам, выполняя поиск по дате испытаний и по номеру изделия. Также можно было получить справочную информацию об изделии, изготовителе, дате пуска, выполняя различные выборки из справочных таблиц. Файловый сервер уже в 1991 году использовал СУБД Oracle, любезно предоставленный технической разведкой СССР. Операционная система — UNIX.
Таким образом, в то время разработкой архитектуры базы данных была разделена ответственность между разработкой подсистемы хранения и собственно системой сбора информации.
К новому, 1991 году руководство НИИРИ принимает решение сформировать отдел на базе лучших специалистов отдела САПР и АСУ. Начальником отдела назначается Козлов В. А., единственный исполнитель, который выполнил свою часть в самом начале работы над системой «Сбор-В».
Начальник отдела занялся подбором кадров для создания небывалого на то время программного обеспечения системы «Сбор-В» и выполнения входного контроля аппаратной части для этой системы, а также, как покажет будущее — организацией запутанных финансовых схем, обеспечивающих финансирование разработки системы в период после развала СССР. С одной стороны, эта схема была результатом инициативы Козлова, единственно возможной в то время, а с другой стороны, она была ему небезразлична в личном плане.
Дамокловым мечом висел вопрос о том, как же всё-таки избежать очередного провала? А провалы в то время шли один за другим.
Под окнами во внутреннем дворе НИИРИ стояли оригинальные вычислительные машины, созданные для имитации системы управления пуском ракет по заказу Министерства обороны СССР для военного училища им. Крылова. Шкафы с аппаратурой стояли под дождём, не востребованные военными. Всё НИИРИ было завалено вычислительной техникой, единственной ценностью которой было содержание огромного количества драгметаллов. Попытка создать систему сбора на базе ЭВМ СМ-1420 (советская копия американской PDP-11) и корзины с адаптерами провалилась. Ничто не работало. Всё пошло в мусорную корзину. Ситуация напоминала известную басню Крылова «Квартет». Отсутствовал комплексный взгляд на будущую систему. Большинство руководителей института были радиоинженерами, но никоим образом не были программистами, об архитектуре программного обеспечения представления у них не было. Те же специалисты, которые занимались разработкой программного обеспечения для системы «Вега», были перегружены работой по переводу программного обеспечения с вычислительных средств на базе ЕС-1045 на ПЭВМ IBM PC/AT.
До 1991 года техническая разведка СССР получила обширную информацию о проведении испытаний в США ракетной техники. Получены, например, разведданные о проведении испытаний ракеты морского базирования «Трайдент» с помощью корабля радиотехнической разведки. Разведка также добыла информацию о том, какие линии связи используются на полигоне Ванденберг [2, 3], какие имеются скорости передачи данных.
На конец 1980-х годов скорость передачи была у потенциального противника на полигоне составляла 1200—2400 бит/сек. В СССР посчитали, что надо автоматизировать и наш наземный испытательный комплекс тоже. Вначале было принято решение выполнить интеграцию измерительных систем в интересах космодрома Плесецк.
Известно, что Джордж Буш и Михаил Горбачев встретились 2-3 декабря 1989 г., и Горбачёв подписал капитуляцию в «холодной войне» от имени СССР:
Горбачёв подписал документы, раскрывающие точностные характеристики всех имеющихся баллистических ракет стратегического назначения и обязался докладывать каждое утро о местонахождении ракетных поездов России — БЖРК.
Однако не все согласились «поднять руки вверх», прежде всего Юрий Семёнович Соломонов [5], возглавивший работы над новым мобильным комплексом баллистических ракет «Тополь-М». Создание, испытание и постановка на боевое дежурство стратегических ракет «Тополь-М» было равносильно спасению русской цивилизации.
Как показали испытания, «Тополь-М», помимо скрытности передвижения, обладает исключительной точностью попадания в цель.
Создание «нового и небывалого»
Основная задача разрабатываемой системы сбора траекторной информации «Сбор В»— положить на стол президенту России содержательный отчёт о проведенных испытаниях в течение суток с момента пуска ракеты.
Второй этап системы «Сбор-В» получил название «Система управления из единого центра», аббревиатура ЕЦУ. ЕЦУ предусматривал работу с маневрирующими ракетами, имеющими траектории, отличные от традиционных, а это потребовало адаптивного перенацеливания антенн наземных измерительных систем в реальном масштабе времени, перевода пеленгатора системы «Вега» в заранее рассчитанную упреждённую точку встречи с ракетой. Для решения задачи оперативного проведения летных экспериментов необходимо было выполнить соединение в единый наземный измерительный комплекс всех измерительных систем, включая «Вегу-НО», «Каму-А», «Каму-Н», «Висмутин», «Велюр» и т. д.
Система «Сбор-В» должна была стать (и стала) базой для управления измерительными системами для перенацеливания их узконаправленных антенн для адаптивного реагирования на резкое изменение траектории полёта испытуемого изделия. Наземный измерительный комплекс должен был представлять единый организм, единую распределённую измерительно-информационную систему, предназначенную для испытания маневрирующих ракет. В качестве операции прикрытия выдвигалась версия о том, что твердотопливные ракеты на активном участке траектории в зависимости от состояния твёрдого топлива, реагирующего на различные условия хранения, могут отличаться площадью горения из-за микротрещин. Для компенсации разной интенсивности горения и вариативности силы тяги у разных экземпляров ракет «Тополь-М» система управления формировала индивидуальные траектории на активном участке. Появилась необходимость передавать ракету подобно эстафетной палочке от одной ИС к другой, выполняя прогноз точки передачи, формируя сообщение о перенацеливании и передавая его по криптографически закрытым линиям связи.
Однако всё это неизбежно наталкивалось на проблему сложности соединения несоединимого.
Сложность этой задачи складывалась из нескольких параметров:
1) все ИС создавались независимо друг от друга и имели разные интерфейсы, коды, измерительные кадры и разную длину посылок, разный тип синхронизации;
2) все ИС распределены на огромной территории от западных до восточных границ России;
3) на тот момент выбор операционных систем был не велик и обеспечивался внешней разведкой СССР;
4) задачи сбора и распределения траекторной информации не были автоматическими, ни на одном полигоне и отсутствовала методика выполнения таких работ;
5) отсутствовал коллектив, имеющий опыт решения подобных задач;
6) линии связи были ненадёжными, требовалась передача данных по криптографически закрытым линиям связи.
Измерительные системы траекторий полёта ракет имеют разные параметры связи. Каждый производитель снабжал свою ИС такими параметрами связи и такими кадрами измерений, которые были уникальными, исходя из ему одному известному принципу. Такой подход был далёк от идеала и, естественно, не позволял просто воткнуть кабель в разъём, чтобы передавать данные, потому что на обратном конце кабеля никто не был готов обеспечить аналогичные параметры по умолчанию.
Поскольку во всей системе «Сбор» была уже выделена информационно-справочная часть в виде разработанной архитектуры файлового сервера базы данных, то необходимо было взяться за разработку всего остального в системе «Сбор», все оставшееся должно было получать информацию от всех ИС абсолютно независимо и параллельно, независимо от среды передачи данных, при этом не терять информацию, обеспечивать режим реального масштаба времени, обеспечивать шифрование передаваемых данных, обеспечивать контроль линий связи и автоматическое восстановление при сбое в результате потери синхронизации, сбоев и т. д. Короче, все должно быть замечательным, невзирая ни на что. Поэтому общая научная задача была разбита на несколько частных задач. Первым делом надо было зафиксировать во всём калейдоскопе мозаичной информации её постоянную часть, от которой можно было бы строить архитектуру программного обеспечения и разрабатывать само программное обеспечение системы «Сбор».
В качестве такой постоянной части, которая в научных кругах уже стала известна во всём СССР, было понятие об информационно-вычислительной сети. В 1990 году был издан справочник «Протоколы информационно-вычислительных сетей» (ИВС) под редакцией члена-корреспондента АН СССР И.А. Мизина и д.т.н. Ф.П. Кулешова [6]. Рассмотрение системы «Сбор» в качестве ИВС предоставило возможность найти место ИС в функционально-логической и физической структуре ИВС. Очевидно, что понятие ИВС не было в то время распространено на наземный измерительный комплекс космодрома. Все ИС были автономны. Разработка программного обеспечения ИВС системы «Сбор» требовала также зафиксировать в калейдоскопе мозаичных знаний о разработке программного обеспечения ту часть, отталкиваясь от которой можно непротиворечиво создать ПО системы «Сбор». В качестве основы была выбрана эталонная модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). После выбора в качестве руководства к действию ЭМВОС стала задача распространить и дополнить методики и алгоритмы построения всех уровней ПО каждого элемента ИВС космодрома.
Борьба со сложностью
Первые попытки разработки системы сбора траекторной информации от измерительных систем слежения за баллистическими ракетами стратегического назначения и ракетоносителями космических аппаратов на территории Советского Союза, основанные на технике аналогичной PDP-11 и VAX закончились неудачей. В НИИРИ пытались использовать СМ 1420 и собственной разработки корзины с платами адаптерами телефонных и телеграфных стыков, работоспособности которой не добились в силу несоответствия культуры разработки аппаратуры поставленным задачам в период до 1991 года. На космодроме Плесецк, центре сбора траекторной информации, дела носили оттенок трагикомичности. После монтажа на ВЦ Космодрома СМ-1700 и двухчасовой работы военных на этой ЭВМ был вынесен суровый приговор: «Не подходит!»
Команда разработки системы «Сбор», выражаясь спортивным языком, оказалась в тяжёлом нокауте. Так закончился первый бой по созданию единого наземного измерительного комплекса в СССР.
Руководство НИИРИ было вынуждено пойти на многочисленные кадровые перестановки. Начальником отдела назначили архитектора базы данных — Козлова Валентина Алексеевича. Предыдущий руководитель разработки был переведен в ведущие инженеры-электронщики. Козлов взялся за подбор кадров из добровольцев отдела САПР и АСУ. И хотя все причастные и непричастные шептались по углам, что ничего у них не получится, новый состав был настроен взять реванш за прошлое поражение. Руководителем разработки программного обеспечения был назначен Николаев Андрей Вадимович, заместителем программист 1-й категории — Волошин Юрий Борисович, а руководителем разработки ПО файлового сервера базы данных — Аксюта Геннадий Валерьевич.
Николаеву Андрею и Волошину Юрию было ровно 30 лет, оба выучились в ХАИ на ракетостроительном факультете в группе, ориентированной на создание ракеты Х-55 [7], профессионально подготовлены к расчётам траекторий ракет, успели отслужить по два года лейтенантами в ВВС СССР, Николаев добился звания лучшей эскадрильи ВВС СССР 1985 года, Волошин служил в полку бывшей «Нормандии — Неман» и посетил с военной делегацией Северную Корею. Оба занимались боевыми искусствами, национальным тайм-менеджментом и психологической подготовкой [8-18]. Николаев лично разработал программный комплекс САПР и впервые в истории НИИРИ сдал его в отраслевой фонд алгоритмов и программ. Кроме того, Николаев и Волошин разработали программный комплекс САПР микроэлектронной аппаратуры сдали в фонд алгоритмов и программ, что позволило впервые в Харькове произвести фотошаблоны микротранзисторов. Т.е. испугать сложной работой и ответственностью их было невозможно.
Коллектив в начале 1991 года был сформирован. Однако общая атмосфера развала СССР витала в воздухе. Молодёжь дорвалась до компьютеров, на которые установила игры. Проведение многих часов на работе за играми было «нормой» в то время. Николаев, ответственный за сектор сбора траекторной информации и доставки её до файлового сервера базы данных, жёстко положил конец играм, прилюдно стерев их с «персональных компьютеров коллективного пользования». Реакция Козлова была незамедлительной: «Ты мне разгонишь весь коллектив, который я с трудом собирал!» Ответ был дерзким, но правильным: «Коллектив — это не клуб по интересам, в котором играют в игры в рабочее время». С этого момента все, кто хотел работать, работали, кто хотел играть, покинули отдел. Коллектив избавился от условной «пятой колонны». С этого момента началась настоящая работа, без дураков.
Общая обстановка в то время была такова, что инженеры 80-х были унижены, они выполняли роли колхозников, грузчиков и чернорабочих на стройке, а ещё мели улицу перед институтом. И вот появление новой важной работы, которую до них никто не смог сделать, необычайно мотивировала новый коллектив.
К сожалению, работающей аппаратуры не было в 1991 году, поэтому Николаев разработал программный эмулятор аппаратуры для отладки разрабатываемых программ.
Итак, необходимо было переосмыслить тему «Что же мы делаем?» Проблема в разработке системы «Сбор» была в её сложности. Информация представлялась в виде красивой мозаики в детской игрушке — калейдоскопе. Сложность эту надо было укротить. В то время я уже читал о методе борьбы со сложностью в книге Хаббарда «Проблемы работы» [19] (хотя её не поощряла Коммунистическая партия СССР). В этой книге предлагалось зафиксировать что-то одно и к этому присоединять все остальные части той предметной области, которые и создают эту мозаику.
Из истории техники хорошо было известно соревнование двух вертолётных фирм, Камова и Миля, по созданию тяжёлого транспортного вертолёта. Миль и Камов пошли разными путями. Камов созданием сложного вертолёта, а Миль всю сложность перевёл в сложность одного элемента — лопасти несущего винта. Практика показала, что проще разработать сложный элемент, чем сложную машину в целом. Поэтому разработку Ка-22 закрыли, а Ми-6 поставили на поток и наводнили ими небо Родины [20—22].
Первой задачей создания ИВС системы «Сбор» было упрощение. Традиционная физическая структура ИВС представлена на рисунке:
В разработке системы «Сбор» требовалось выполнить такое преобразование, которое всю сложность логической и физической структур ИВС переводило путём:
1) замены всех элементов ИВС в один универсальный элемент — концентратор информации;
2) замены терминала, на который ориентирован ИВС на ИС; т. е. другими словами алфавитно-цифровой терминал типа ЕС 7927 на измерительную систему;
3) главные вычислительные машины на АРМы (автоматизированные рабочие места).
Теперь картина упростилась:
Модифицированная физическая структура информационно-вычислительной сети (ИВС) единого наземного измерительного комплекса (ЕНИК). ИС – измерительная система; КИ – концентратор информации; АРМ — автоматизированное рабочее место специалиста[/center]
Теперь можно было конкретизировать архитектуру программно-аппаратных средств системы «Сбор». Традиционная схема архитектуры аппаратных средств, применяемая в вычислительной технике на то время, состояла из центрального процессора, мультиплексора передачи данных (связного процессора) и терминалов.
Конкретизация прототипа КИ привела к следующей схеме:
Для обеспечения параллельности информационных потоков, циркулирующих в ИВС системы «Сбор», выбрана операционная система UNIX. Поэтому архитектура ПО КИ можно описать следующей схемой:
Теперь подробнее рассмотрим процессор согласования или изделие НИ-526.
Структурная схема этого двухпроцессорного вычислительного комплекса представлена на схеме:
Устройство сопряжения состоит из n блоков сопряжения с ЭВМ по стыку С2 (1), двух вычислителей (2), n блоков ввода-вывода (3), ОЗУ, общего для двух вычислителей (4), двух процессоров (5), двух резидентных ОЗУ, доступных только своему процессору (6), двух резидентных ПЗУ, доступных только своему процессору (7). Устройство сопряжения подключается при помощи кабелей своими блоками сопряжения с ЭВМ по стыку С2 (1) к устройству расширения последовательного порта с интерфейсом RS-232 (для ПЭВМ известен как COM порт).
В качестве ПЭВМ под управлением операционной системы UNIX была выбрана IBM 386SX.
Итак, внешний облик концентратора информации (НИ-525) был определён, что позволило обновлённой команде определить внешний облик универсального элемента системы «Сбор» — концентратора информации:
Далее предстояло модифицировать эталонную модель взаимодействия открытых систем (ЭМВОС) под единый наземный измерительный комплекс и разработать программное обеспечение.
Литература
1. Фурсов А. Идея академика Глушкова и негативная роль Арбатова // https://rutube.ru/video/cf4439fcecca1800bf758368247300b2.
2. https://ru.wikipedia.org/wiki/База_Ванденберг.
3. https://ecoruspace.me/База+Ванденберг.html.
4. «Холодная война» закончена // https://www.youtube.com/watch?v=Y1-KGeEYeUE.
5. https://ru.wikipedia.org/wiki/Соломонов,_Юрий_Семёнович.
6. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник / С.А. Аничкин, С.А. Белов, А.В. Бернштейн и др.; Под ред. И.А. Мизина, А.П. Кулешова. М.: Радио и связь, 1990. 504 с.
7. Советская/российская стратегическая авиационная крылатая ракета // https://ru.wikipedia.org/wiki/Х-55.
8. Гранин Д. Эта странная жизнь // http://www.t-z-n.ru/archives/granin74.pdf.
9. Каллахэн С. В дрейфе. Семьдесят шесть дней в плену у моря (иллюстрации автора) / Пер. с англ. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 264 с.
10. https://ru.wikipedia.org/wiki/Каллахэн,_Стивен.
11. Франкл В. Сказать жизни «Да!» Психолог в концлагере. М: Альпина Нон-фикшн, 2009. 239 с.
12. Цзен Н. В, Пахомов Ю. В. Психотренинг. Игры и упражнения // http://psychologylib.ru/books/item/f00/s00/z0000047/st000.sh....
13. Тейлор Ф. У. Принципы научного менеджмента // http://chuprina.kz/wp-content/uploads/2013/11/printsipyi-nau....
14. Линдеман Х. Аутогенная тренировка // https://libking.ru/books/home-/home-health/95111-hannes-lind....
15. Леви В. Искусство быть собой // https://www.e-reading.club/book.php?book=94514.
16. Леви В. Искусство быть другим // https://www.litmir.me/br/?b=61282.
17. Абаев Н.В. Чань-буддизм и культурно-психологические традиции в средневековом Китае. Новосибирск: Наука, Сибирское отделение, 1989 // https://www.livelib.ru/book/1000017648/about-chanbuddizm-i-k....
18. Капабланка Х. Учебник шахматной игры (издание с обязательным предисловием и специальным редактированием д-ра техн наук, проф. М. М. Ботвинника), 1975. 152 с. // https://www.ozon.ru/context/detail/id/22259778/.
19. http://cyclowiki.org/wiki/Проблемы_работы.
20. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ка-22.
21. https://ru.wikipedia.org/wiki/Ми-6.
22. Военно-транспортный винтокрыл Камов Ка-22 // https://naukatehnika.com/voenno-transportnyij-vintokryil-kam....