CC BY
9
ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
УДК 930.1
https://doi.org/10.24412/2226-2296-2024-1-57-59
I
I
История разработки и внедрения телеметрических систем четвертого поколения для регистрации медленно-и быстроменяющихся параметров космических средств в 1955-1960 годах
Кукушкин М.А.1, Лосик А.В.1, Окунев С.Ю.1, Буклаков О.В.2
1 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, 197198, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0009-0001-1211-844X, E-mail: [email protected]
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0331-2846, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0009-0008-2318-4144, E-mail: [email protected]
2 Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного, 194064, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0009-0007-4545-1541, E-mail: [email protected]
Резюме: В статье рассмотрено развитие космических телеметрических средств в 1955-1960 годах, их образцы и тактико-технические характеристики. В статье подчеркивается, что отмеченные годы стали прорывным периодом для развития телеметрических средств и автоматизации обработки телеметрической информатизации. Также указывается, что происходила модернизация ранее созданной телеметрической аппаратуры, что позволило повысить качество получения и обработки телеметрической информации в соответствии с новыми требованиями к полетам космических аппаратов.
Ключевые слова: радиотелеметрическая система, датчики, быстроменяющиеся параметры, медленноменяющиеся параметры. Для цитирования: Кукушкин М.А., Лосик А.В., Окунев С.Ю., Буклаков О.В. История разработки и внедрения телеметрических систем четвертого поколения для регистрации медленно- и быстроменяющихся параметров космических средств в 1955-1960 годах // История и педагогика естествознания. 2024. № 1. С. 57-59. DOI:10.24412/2226-2296-2024-1-57-59
DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF TELEMETRY SYSTEMS OF THE FOURTH GENERATION FOR THE REGISTRATION OF SLOW-AND RAPIDLY CHANGING PARAMETERS FROM SPACE VEHICLES IN 1955-1960 Kukushkin Mikhail A.1, Losik Alexander V.1, Okunev Sergey YU.1, Buklakov Oleg V.2
1 Academy named after A.F. Mozhaisky, 197198, St. Petersburg, Russia ORCID: https://orcid.org/0009-0001-1211-844X, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0331-2846, E-mail: [email protected] ORCID: https://orcid.org/0009-0008-2318-4144, E-mail: [email protected]
2 Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny, 194064, St. Petersburg, Russia ORCID: https://orcid.org/0009-0007-4545-1541, E-mail: [email protected]
Abstract: The article considers the development of space telemetry facilities in 1955-1960, their samples and tactical and technical characteristics. The article emphasizes that these years have become a breakthrough period for the development of telemetry tools and automation of telemetry informatization processing. It is also indicated that the previously created telemetry equipment was being upgraded, which made it possible to improve the quality of receiving and processing telemetry information in accordance with the new requirements for spacecraft flights.
Keywords: radio telemetry system, sensors, fast-changing parameters, slow-changing parameters.
For citation: Kukushkin M.A., Losik A.V. Okunev S.YU., Buklakov O.V. DEVELOPMENT AND IMPLEMENTATION OF TELEMETRY SYSTEMS OF THE FOURTH GENERATION FOR THE REGISTRATION OF SLOW- AND RAPIDLY CHANGING PARAMETERS FROM SPACE VEHICLES IN 19551960. History and Pedagogy of Natural Science. 2024, no. 1, pp. 57-59. DOI:10.24412/2226-2296-2024-1-57-59
В середине 1950-х годов перед космической отраслью возникали новые задачи, предстояло решать вопросы телеметрического обеспечения не только ракет, но и создаваемых первых искусственных спутников Земли (ИСЗ). Кроме того, предстояло решать вопросы телеметрического обеспечения (аппаратуры и датчиков для телеметрирования) сначала животных, а в ближайшей перспективе и космонавтов.
Разработанная в 1955 году радиотелеметрическая система «Трал» позволяла успешно проводить стендовые испытания ракеты Р7, но при решении новых задач необходимо было увеличивать количество быстроменяющихся
параметров (БМП), так как радиотелеметрические системы РТС-5, МАРС, АРГ-2, АРГ-3 не позволяли в полной мере решать вопросы измерения быстрых параметров в связи с недостаточным количеством измеряемых параметров.
Кроме того, специалисты не успевали своевременно «вручную» обрабатывать полученную телеметрическую информацию. Процесс обработки телеметрической информации выглядел следующим образом. Вначале происходила фотообработка (проявка, промывка, просушка) пленок после регистрации, после чего - доставка пленок в расчетное бюро. После просушки пленок их нужно было разметить -
■ 2024
История и педагогика естествознания
17
л • Ц л ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
пером и тушью над каждым записанным параметром поставить его обозначение-индекс (с интервалами в 10 секунд по всему времени полета) для прочтения результатов измерений. Пленки при этом раскладываются на специальных просмотровых столах с подсветкой по всему времени полета, метров 7-10. В результате дешифровки выпускается альбом графиков и таблиц с краткой текстовой характеристикой нюансов дешифровки [1-3].
В связи с этим процесс дешифровки не в полной мере позволял решать задачу обработки полученной телеметрической информации в требуемый промежуток времени, налицо ощущалось явное отставание телеметрии от уровня ракетной техники.
Таким образом, на рубеже середины 1950-х годов необходимо было решить две основные проблемы:
1) создание новых радиотелеметрических средств для измерения быстроменяющихся параметров;
2) автоматизация процесса обработки телеметрической информации.
Для решения первой проблемы в 1955 году в отделе 20 НИИ-88 начались работы по разработке новой системы БМП - БРС.
В связи с тем, что у созданных в первой половине 1950-х годов РТС-5 имеелись существенные недостатки (малое число каналов, недостаточная скорость опроса измеряемых параметров, чрезвычайно малый временной интервал для одного канала, в котором осуществлялось измерение), было необходимо в первую очередь организовать устойчивую высокоинформативную радиолинию. Для этого в отделе 20 НИИ-88 под руководством начальника отдела Е.С. Джанумова приступили к разработке виброустойчивого частотного модулятора передатчика [1].
За основу были взяты наработки по РТС-5 в СКБ-567, а также по радиопередающему устройству с частотной модуляцией - РТС-2 [1], в котором отсутствовали недостатки бортового лампового передатчика системы РТС-5, где дрожание управляющей сетки электронной лампы, вызванное вибрацией изделия, оказывалось неразличимо с электрическими вибросигналами, подаваемыми на эту сетку.
Для имитации вибрации работы ЧМ-генератора в лаборатории постукивали карандашом по пальчиковой лампе, на основе которой был выполнен ЧМ-генератор, что вызывало паразитную девиацию частоты, которая фиксировалась в наушниках трофейного гетеродинного волномера фирмы «Роде-Шварц» путем подсчета п-й гармоники генератора, совпадающей со значением исследуемой частоты. Исследование выявило полное отсутствие виброустойчивости частотного модулятора передатчика РТС-2. Пришлось разработать свою схему ЧМ-модулятора быстродействующей РТС на лампе типа «дробь» (6С6Б) [1]; модулятор выполнялся по схеме реактивной лампы с заземленной по высокой частоте сеткой.
В результате была решена проблема создания устойчивого к вибрациям частотного модулятора на несущей частоте, что позволило приступить к реализации радиолинии АИМ-ЧМ с общей информативностью более 100 000 измерений в секунду.
Таким образом, в 1955-1956 годах была разработана экспериментальная 10-канальная (8 рабочих, 2 служебных) быстродействующая радиотелеметрическая система (БРС) - БРС-1. Она состояла из бортового устройства (коммутатор с тактовой частотой 133 кГц и передатчик метрового диапазона) и наземной станции (приемник на 3 несущих частоты, коммутатор, блок интерполяционных фильтров, блок управления, блок времени, блок кадровой записи на кинопленку). Бортовая аппаратура была выполнена на лампах типа «дробь», наземная - на пальчиковых лампах.
Испытания системы БРС-1 позволили уточнить основные характеристики тракта передачи сигналов и приступить к разработке 20-канальной системы. В результате проведенных испытаний были [1]:
- уточнены требования к реальным амплитудно-частотным характеристикам низкочастотных интерполяционных фильтров;
- определена частота опроса канала - 8000 раз в секунду, что обеспечивает 4-кратный опрос одного периода максимально передаваемой по каналу частоты - 2000 Гц;
- установлено значение тактовой частоты в 160 кГц для 20-канальной системы;
- введено импульсное излучение в передатчике (скважность Q = 2), что позволяет уменьшить переходные искажения между каналами системы, увеличить мощность излучения передатчика в два раза по сравнению с режимом Q = 1, обеспечить надежную систему синхронизации приемного устройства за счет выделения первой гармоники тактовой частоты: fт = 160 кГц;
- сформирован маркерный импульс длительностью: тм = 3 тн, где тн - длительность канального импульса;
- предложен принцип передачи контрольного сигнала (эталонная синусоида частотой 1000 Гц) по одному из служебных каналов;
- выявлена необходимость кварцевания тактовой частоты, что позволит значение fт использовать на земле в качестве бортового времени и повысить помехозащищенность системы синхронизации приемных устройств;
- выделены из 20 каналов четыре служебных (два - для передачи маркера и два - для передачи служебных команд).
С 1959-1960 годов начался серийный выпуск системы БРС-1: бортовая аппаратура - на Ижевском мотозаводе, наземная аппаратура - на заводе «Геофизика» в Москве, Серпуховском радиозаводе и Ижевском мотозаводе.
Таким образом, с помощью разработанной системы БРС-1, запущенной в 1959-1960 годах в серийное производство, была временно решена первая проблема - измерения быстроменяющихся параметров.
Однако для телеизмерений на ракете Р7 очень остро стояла вторая проблема, заключающаяся в обработке зарегистрированной телеметрической информации как БМП, так и ММП.
Особенно актуальной была задача автоматизации БМП, в связи с тем что расшифровка регистрации «быстрых» процессов, осуществляемая вручную, не приносила уверенности в правильности полученных результатов.
Из воспоминаний Б.П. Турченева [1], для проведения обработки необходимо было перезаписать информацию с магнитной ленты на киноленту и затем глазами прочитать (с помощью проектора-увеличителя) сложные кривые, отображающие вибрационные перегрузки. Оператор-обработчик, извлекая полезную информацию, обычно определял частоты колебаний, подсчитываемые по числу периодов на определенном временном участке, и амплитуду, определяемую через максимальный размах колебаний на этом же участке.
Таким образом, вибрационный процесс представлялся как спектр периодических составляющих. В связи с тем что вибрационный сигнал был нестабилен во времени, имел сложную форму, содержащую множество гармоник, а не синусоидальную, расшифровать информацию вручную было практически невозможно, и важные данные по резонансным частотам периодически терялись. Кроме этого, автоматизировать процесс было вполне логично также и с другой точки зрения. Получаемые сигналы, записываемые на магнитную ленту, сразу смогут обрабатываться с помощью электронной аппаратуры без промежуточной визуализации на кинопленке.
История и педагогика естествознания 1 ■ 2024
Для обработки быстроменяющихся параметров созданной станции БРС необходимо было разработать подходящий анализатор спектра частот (АСЧ) [2]. Первое техническое задание на электронный АСЧ было выдано в 1955 году обработчиками данных из ОКБ-1 отделу 20 НИИ-88. Требования были очень жесткими: высокая разрешающая способность по частоте - 50 Гц в диапазоне до 5 кГц, то есть 1%, при коротком цикле анализа - 1 секунда. Существовавшие в то время АСЧ были рассчитаны на стационарные процессы и имели циклы анализа в десятки секунд. Еще хуже обстояли дела по решению этих задач на ЭВМ.
В 1956 году в 20-м отделе НИИ-88 под руководством начальника отдела И.И. Уткина началась разработка аппаратуры автоматизированного анализа записей вибропроцессов, зарегистрированных автономными магнитными регистраторами типа АРГ-2,-3. Группа О.А. Сулимова с молодыми специалистами Г.Ф. Шамином и Н.А. Макеевым решила самую трудную задачу - короткий цикл анализа при высокой разрешающей способности, предложив разделить весь частотный диапазон на четыре поддиапазона, анализируемые гетеродинным способом одновременно. При таком новом подходе этим ученым удалось получить даже лучшие результаты, чем требовалось: в низкочастотном, наиболее важном поддиапазоне - разрешающую способность 12 Гц.
Разработанный анализатор работал в двух режимах -последовательном и покадровом. При последовательном режиме можно было получить изменение амплитуды во времени одной частоты спектра. Покадровый анализ позволял увидеть спектр вибраций на заданном интервале времени. Опыт обработки показывал, что наиболее опасными интервалами являются старт ракеты, область максимальных скоростных напоров, разделение ступеней, отделение головной части.
Таким образом, этот опытный образец АСЧ, появившийся в 1958 году, получил индекс ИС-2887, был включен в состав телеметрической системы БРС-1 и серийно освоен сначала заводом «Геофизика» (Москва), а потом - Ижевским электромеханическим заводом.
В середине 1956 года в отделе 20 НИИ-88 также началась работа по автоматизации процесса обработки функциональных - медленно меняющихся параметров. В результате этого была разработана система автоматизированной обработки «Старт». Лидером разработки данной системы стал А.В. Милицын, который однозначно и категорически отказался от оптических методов ввода информации и предложил всем разработчикам РТС переходить на метод
ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ Ml щ ® Г
магнитной регистрации результатов измерений. С учетом того что опыт использования магнитной регистрации воспроизведения зарегистрированной информации уже был -это автономные регистраторы МАРС, АРГ-2,-3 и РТС БРС-1, после согласования структуры записи на магнитной ленте и логики считывания с нее информации с разработчиками РТС в 1959 году состоялись успешные государственные испытания системы «Старт».
12 апреля 1961 года во время исторического полета в космос Ю.А. Гагарина на системе «Старт» впервые была обработана информация о физиологических параметрах организма космонавта. Разработка системы «Старт» была признана изобретением [4].
Также следует отметить, что в 1959 году под руководством Милицына в ходе демонстрации реальности автоматизированного процесса обработки был разработан новый стендовый регистратор - цифровая проводная телеметрическая система с суммарной информативностью 2000 опр/сек «Терек», который, по сути, являлся аналогом МНР-1, но был выполнен уже на полупроводниках и с регистрацией на магнитный носитель. Таким образом, система «Терек» - первая система с цифровой регистрацией информации.
Внедрение системы «Старт» означало переход телеметрии к новому методу регистрации - на магнитную ленту в цифровом (кодовом) виде. Первой РТС такого типа стала модификация системы «Трал», ее наземных станций «Трал-С» и «Трал-Д» [4]. Наземная станция ее стала называться «Трал-К». Магнитный регистратор для нее был разработан создателями системы «Старт», то есть в отделе 20 НИИ-88.
Выводы
1. Период с 1955 по 1960 год стал прорывным периодом в области автоматизации обработки телеметрической информации как медленноменяющихся, так и быстроменяющихся параметров.
2. В данный период начался новый этап создания РТС БМП после РТС-5, заключающийся в разработке системы БРС-1, которую уже можно отнести к радиотелеметрическим системам четвертого поколения, этап, давший большой научный задел для дальнейшего развития следующих поколений аппаратуры РТС БМП.
3. Продолжилась также модификация аппаратуры, «Трал», позволившая значительно повысить качество получения и обработки телеметрической информации ММП.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сковорода-Лузин В.И. Телеметрия. Глаза и уши Главного конструктора. М.: ООО «Оверлей», 2009. 320 с.
2. Порошков В.В. Ракетно-космический подвиг Байконура. М.: Патриот, 2007. 291 с.
3. История создания и развития АО «Российские космические системы». Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2015. С.
4. Пантелеев Г.Д. Радиотелеметрические системы ракетно-космических комплексов. М.: МО РФ, 2000. 56 с.
REFERENCES
41.
Skovoroda-Luzin V.I. Telemetriya. Glaza i ushi Glavnogo konstruktora [Telemetry. The eyes and ears of the Chief Designer]. Moscow, Overley Publ. 2009. 320 p.
Poroshkov V.V. Raketno-kosmicheskiypodvig Baykonura [Rocket and space feat of Baikonur]. Moscow, Patriot Publ., 2007. 291 p.
Istoriya sozdaniya i razvitiya AO «Rossiyskiye kosmicheskiye sistemy» [History of the creation and development of JSC Russian Space Systems]. -
Yekaterinburg, Fort Dialog-Iset' Publ., 2015. p. 41.
Panteleyev G.D. Radiotelemetricheskiye sistemy raketno-kosmicheskikh kompleksov [Radiotelemetric systems of rocket and space complexes]. Moscow, MO RF Publ., 2000. 56 p.
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Кукушкин Михаил Александрович, к.воен.н, ст. препод. кафедры оперативного искусства и тактики, Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского.
Лосик Александр Витальевич, д.и.н., проф., старший научный сотрудник, Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского. Окунев Сергей Юрьевич, к.и.н., доцент кафедры оперативного искусства и тактики, Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского. Буклаков Олег Венадьевич, к.воен.н, доцент кафедры оперативного искусства, Военная академия связи им. Маршала Советского Союза С.М. Буденного.
История и педагогика естествознания
Mikhail A. Kukushkin, Cand. Sci. (Milit.), Senior Lecturer of the Department of Operational Art and Tactics of the Military Space, Academy named after A.F. Mozhaisky.
Alexander V. Losik, Dr. Sci. (Hist.), Prof., Senior Researcher, Academy named after A.F. Mozhaisky.
Sergey YU. Okunev, Cand. Sci. (Hist.), Assoc. Prof. of the Department of Operational Art and Tactics of the Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky.
Oleg V. Buklakov, Cand. Sci. (Milit.), Assoc. Prof. of the Department of Operational Art of the Military, Military Academy of Communications named after Marshal of the Soviet Union S.M. Budyonny.
159
