CC BY
4
в
УДК 930.1
https://doi.org/10.24412/2226-2296-2024-2-40-43
История создания универсальной телеметрической техники пятого поколения в 1960-1965 годах
Кукушкин М.А.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/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 1960-1965-х годах, их образцы и тактико-технические характеристики. В статье подчеркивается, что отмеченные годы стали прорывным периодом для развития телеметрической аппаратуры, обеспечивающей работу космонавтов в космическом полете. Также отмечается, что в данный период произошла модернизация радиотелеметрического средства для измерения быстроменяющихся параметров, значительно повысилась помехоустойчивость передачи телеметрической информации и впервые начали создаваться унифицированные телеметрические средства одновременно для медленноменяющихся и быстроменяющихся параметров.
Ключевые слова: радиотелеметрическая система, датчики, быстроменяющиеся параметры, медленноменяющиеся параметры. Для цитирования: Кукушкин М.А., Окунев С.Ю., Буклаков О.В. История создания универсальной телеметрической техники пятого поколения в 1960-1965 годах // История и педагогика естествознания. 2024. № 2. С. 40-43. D0I:10.24412/2226-2296-2024-2-40-43
CREATION OF UNIVERSAL TELEMETRY EQUIPMENT OF THE FIFTH GENERATION (1960-1965) Kukushkin Mikhail A.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/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 the 1960s-1960s, their samples and tactical and technical characteristics. The article emphasizes that these years have become a breakthrough period for the development of telemetry equipment that ensures the work of astronauts in space flight. It is also noted that during this period there was a modernization of the radio telemetry tool for measuring rapidly changing parameters, the noise immunity of the transmission of telemetric information has significantly increased and for the first time unified telemetry tools have been created simultaneously for slow-changing and fast-changing parameters. Keywords: radio telemetry system, sensors, fast-changing parameters, slow-changing parameters.
For citation: Kukushkin M.A., Okunev S.YU., Buklakov O.V. CREATION OF UNIVERSAL TELEMETRY EQUIPMENT OF THE FIFTH GENERATION
(1960-1965). History and Pedagogy of Natural Science. 2024, no. 2, pp. 40-43.
DOI:10.24412/2226-2296-2024-2-40-43
В начале - середине 1960-х годов перед отечественной космической отраслью возникали новые задачи: актуализировались вопросы телеметрического обеспечения искусственных спутников Земли (ИСЗ), а также создания телеметрического обеспечения аппаратуры и датчиков для работы космонавтов в космическом полете.
Разработанная в 1955-1956-м и запущенная в 19591960-х годах в серийное производство быстродействующая радиотелеметрическая система (БРС) БРС-1 на тот момент решила задачу получения быстроменяющихся параметров (БМП) в ракетной технике. Однако для решения новых задач наблюдался огромный дефицит возможностей радиотелеметрических систем и требовалась коренная модернизация этой системы, в том числе ее унификация с возможностью измерения медленноменяющихся параметров (ММП). Также возникла необходимость в усовершенствовании автономных регистраторов (АРГ), поскольку характеристики 12-канальных регистраторов АРГ-
3 не удовлетворяли ни по числу каналов, ни по диапазону измеряемых частот.
Поставленная и используемая на полигонах радиотелеметрическая система (РТС) - «Трал-К» как в подвижном, так и стационарном варианте [1], требовала коренной модернизации, адаптации ее для решения задач телеметри-рования космонавтов. Кроме того, в связи с увеличением дальности полета ракет необходимо было повысить помехоустойчивость передачи телеметрической информации.
Также пришедшая на смену регистратора МНР-1 первая система с цифровой регистрацией информации - цифровая проводная телеметрическая система с суммарной информативностью 2000 опр/сек «Терек» должна была работать в паре с системой «Старт», требующей огромного помещения, что создавало много неудобств в работе телеметри-стов [2].
Таким образом, в первой половине 1960-х годов необходимо было решить пять основных проблем:
щ
История и педагогика естествознания
2•2024
- разработка новых и адаптация существующих РТС для телеметрического обеспечения пилотируемых спутников («телеметрирования» космонавтов);
- усовершенствование радиотелеметрических средств для измерения быстроменяющихся параметров;
- повышение помехоустойчивости передачи телеметрической информации;
- создание унифицированных средств измерения и обработки телеметрической информации;
- модификация цифровой регистрации информации «Терек».
Осуществление полетов человека в космос потребовало совершенствования средств контроля за состоянием космонавта. Их созданием и испытанием в Институте медико-биологических проблем с начала 60-х годов непосредственно занималась лаборатория оперативного врачебного контроля, возглавляемая И.Т. Акулиничевым и входящая в отдел космической физиологии, руководимый О.Г. Газенко [3].
В первых космических полетах человека на кораблях «Восток» устанавливалась аппаратура «Вега-А» массой 4 кг. В комплект «Вега-А» входили три идентичных усилителя ЭКГ, усилитель канала дыхания и электрокардио-фон; энергопотребление составляло не более 5 Вт. Элек-трокардиофон предназначался для непрерывной подачи сигналов пульса по каналу бортового радиопередатчика «Сигнал» на Землю; указанные сигналы формировались в виде прямоугольных импульсов из зубцов ЭКГ и модулировались звуковой частотой. Регистрация остальных показателей - ЭКГ и пневмограммы (ПГ) у Ю.А. Гагарина, ЭКГ, ПГ и кинетокардиограммы у Г.С. Титова - осуществлялась периодически с помощью радиотелеметрической системы [3].
Задачи радиотелеметрии обеспечивались измерительным комплексом «Восток», разработанным в ОКБ МЭИ. Бортовая аппаратура этого комплекса размещалась на корабле, наземная - на стартовой позиции и измерительных пунктах командно-измерительного комплекса.
Решение первой проблемы, о которой говорилось ранее в тексте статьи, началось с модернизации базовой РТС «Трал» с созданием и вводом в эксплуатацию радиотехнического комплекса «Восток». В 1961 году система «Трал» перешла на магнитный носитель и, таким образом, стала первой системой с регистрацией измерений в цифровом виде [1].
В дальнейшем в конструкторском отделе ОКБ МЭИ под руководством первого заместителя главного конструктора К.К. Морозова осуществлялась дальнейшая модернизация системы «Трал», а также конструировалась аппаратура: «Трал-П1», «Трал-Т», «Рубин-Д» и др. Радиоизмерительный комплекс космического корабля «Восток» имел в своем составе радиотелеметрическую систему «Трал» с бортовым устройством «Трал-П1» [3].
Телевизионная система «Трал-Т» была разработана совместно ОКБ МЭИ и Ленинградским институтом киноинженеров (ЛИКИ). В этой системе видеосигнал, поступающий с камер, преобразовывался во временное положение измерительного импульса относительно опорного при числе измерительных импульсов 6000 в секунду и при синхронизации пачками импульсов, подобных маркерным сигналам системы «Трал». Система обладала очень хорошей помехоустойчивостью и была, по существу, прообразом современного цифрового телевидения. В системе «Трал-Т» число строк было ограничено величиной 100, а число кадров - 10 в секунду. ОКБ МЭИ создало систему, обеспечивающую преобразование видеосигнала в импульсный сигнал, его измерение, прием на Земле и обратное преобразование в видеосигнал.
2- 2024 История и педагогика естествознания
ЛИКИ поставлял камеры для съема видеоизображения работы космонавтов на борту космического аппарата, а также регистраторы сигналов на кинопленку, размещаемые на Земле.
В ходе работ по пускам корабля «Восток» в ОКБ МЭИ без участия ЛИКИ были разработаны более совершенные системы РТС - «Топаз-10» и «Топаз-25». Последняя, используя частотную модуляцию и эффективную систему синхронизации, обеспечивала с тремя камерами на борту телесъемку в современном стандарте (625 строк, 50 кадров в секунду) и его прямую трансляцию в телевизионную сеть страны [3].
Решение второй проблемы, также обозначенной выше в тексте статьи, началось с модернизации системы БРС-1. Это стало возможным благодаря появлению в промышленности первых советских транзисторов, что явилось прорывом в советской электронной промышленности того времени. Изначально созданная система БРС-1, выполненная на радиолампах миниатюрной серии «Дробь», имела в качестве преобразователя первичного источника питания умформер УФ-2 и в совокупности весила 40 кг (объем 40 дм3) и потребляла от батарей 40 А. Использование новой элементной базы на транзисторах позволило вдвое улучшить характеристики БРС-1 (20 кг, 20 дм3, 20 А) [2].
В 1962 году была создана специальная модификация наземной станции для размещения в подводной лодке -БРС-1Л - регистрация вибраций при выходе ракеты из-под воды.
Однако основным прорывом в области измерения БМП было создание системы БРС-4. Она создавалась на базе БРС-1 - использовался тот же вид телеметрического кода, вид модуляции, - но на более высоком качественном и количественном уровне.
При создании этой системы особое внимание было уделено системе как высокочастотной, так и низкочастотной синхронизации, а также стабильности шкалы и уровня сигнала. При этом система БРС-4 работала в трех метровых (М1, М11, МШ) и одном дециметровом диапазонах волн на пяти рабочих частотах.
БРС-4 имела удвоенную информативность - 320 000 измерений в секунду (вместо 160 000), имела больше каналов - 40 (вместо 20) с полосой измеряемых частот 0-2000 Гц. Предусмотрено увеличение полосы до 8000 Гц за счет сокращения числа каналов, а также увеличение числа каналов за счет их информативности (1 х 2 000 = 16 х 125).
Тем не менее использование БРС-4 в виброварианте не закрыло потребности в измерении высокочастотных вибраций. Каналы БРС-4 имели частотный диапазон всего 2 кГц, а расширение его осуществлялось за счет других каналов. Поэтому метод автономной регистрации по-прежнему еще использовался и даже развивался. В связи с этим на смену появился автономный регистратор АРГ-4, имевший 24 канала в диапазоне до 15 кГц. Соответственно была разработана и наземная аппаратура воспроизведения и перезаписи - ИС-3400. Приборы АРГ-2,3,4 активно использовались до 1965 года. Автономные виброизмерительные системы АРГ отличались от РТС тем, что они записывали натурный процесс, имеющий нестационарный характер [2].
Особенно важным моментом, при создании системы БРС-4, явилось то, что впервые была внедрена идея «совмещенности», в связи с этим один комплект РТС стал обеспечивать измерение и регистрацию как параметров типа вибрации (БМП), так и обычных медленноменяющих-ся параметров. Благодаря реализации этой идеи в системе БРС-4 появилась возможность существенного сокращения телеметрической аппаратуры на борту ракеты, а также и на наземных измерительных пунктах полигонов [1].
л • Ц л ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
Таким образом, система БРС-4 обретала свойства РТС для передачи «медленных» параметров ракеты, требующих оперативного наглядного представления зарегистрированной информации испытателю. При этом для измерения вибраций вместо системы «Спрут», разработанной в первой половине 1950-х годов, появился стендовый регистратор «Уран» с записью на магнитную ленту и обработкой на анализаторе спектра частот. В 1962-1963 годах был разработан следующий анализатор спектра частот - ИС-1838 (разработчики Б.П. Турченев и Л.П. Павлов). У него диапазон частот был расширен до 20 000 Гц и добавлены некоторые новые режимы: цикл 0,2 сек в суженном частотном диапазоне, слежение за частотой, наложение результатов циклов анализа на определенном временном интервале (так называемый экспресс-анализ) и др. Он был включен в состав аппаратуры обработки системы БРС-4 и АРГ-4 и серийно освоен на Ижевском мотозаводе [2].
В свою очередь, для передачи «медленных» параметров были разработаны специальные локальные коммутаторы -цифровые, подключаемые к каналам основного коммутатора (с частотой следования импульсов - 8 кГц). Каждые 10 импульсов (с амплитудной погрешностью в 5%) представляли собой одно измерение «медленного» канала с погрешностью 0,3% (восьмиразрядным двухпозиционным кодом). Из одного канала основного коммутатора - «быстрого» -получалось 16 каналов «медленных» с частотой опроса 50 измерений в секунду. А если применить не двухпозицион-ный, а четырехпозиционный код, то из одного «быстрого» получается 32 «медленных» канала. Другими словами, система БРС-4, если все ее «быстрые» каналы использовать как «медленные», могла иметь примерно 600 каналов при двухпозиционном коде, а при четырехпозиционном коде число каналов БРС-4 увеличивалось вдвое [2].
Важным моментом явилось то, что в БРС-4 появилась возможность варьировать числом «быстрых» и «медленных» каналов, отдавая под «медленные» большее или меньшее количество каналов системы. В пятом комплексе НИИ-88 был разработан новый комплекс обработки, «Лотос», который помимо обработки передавал обработанную информацию, зарегистрированную системой БРС-4 («медленные» каналы), по линиям связи и отображал ее на телеэкранах [2].
Построение системы БРС-4 на полупроводниках позволило значительно уменьшить вес и размеры бортовой аппаратуры, при этом модульная конструкция ее блоков обеспечивала легкий доступ при ремонте. Также отпала необходимость в предстартовой калибровке благодаря достигнутой идентичности всех каналов передачи телеметрической информации.
Внедрение высокостабильного кварцевого генератора и синхронизация тактовой частоты каналов позволили значительно улучшить помехозащищенность радиолинии и решить третью проблему, стоящую перед разработчиками телеметрических систем.
Казалось, что разработка системы БРС-4 решила и четвертую проблему, связанную с созданием унифицированных средств измерения и обработки телеметрической информации. Однако наземная станция БРС-4 была по-
строена как вибрационная, где регистрация была закрытой, нечитаемой, и для прочтения информации требовалось воспроизведение - перезапись на киноленту. В связи с этим потребовалось оперативно разработать дополнительную аппаратуру открытой записи медленной, кодовой информации. Для этого были использованы блоки открытой регистрации станции МО-9, разработанной в пятом комплексе НИИ-88. Перезапись стала осуществляться в структуре РТС-9Ц с автоматизированной дешифровкой на средствах МО-9. Аппаратуру, разработанную в КБ Ижевского мотозавода - изготовителя аппаратуры РТС-9 и БРС-4, назвали СП4-9 [2].
Новая система РТС-9 была разработана по инициативе коллектива Е.С. Губенко (СКБ-567) по формированию новой концепции создания унифицированных РТС. Она была основана на обобщении исследований серии частных реализаций радиотелеметрических систем (РТС-2 - РТС-8) [4].
Для решения пятой проблемы, вызванной необходимостью отдельного большого помещения для системы «Старт», разработчикам системы «Терек» удалось создать другой вид стендового регистратора - цифровой проводной телеметрический комплекс с суммарной информативностью 14 000 опр/сек «Эра» - комплекс средств регистрации и оперативной обработки, который мог размещаться на площади 50-60 м2, успешно проработавшего на протяжении 1960-1964 годов [2].
Выводы
1. Период с 1960 по 1965 год характеризовался разработкой нового радиотехнического комплекса «Восток» и аппаратуры «Вега-А», а также модернизацией существующей РТС «Трал» для телеметрического обеспечения пилотируемых спутников, что позволило значительно повысить качество получения и обработки телеметрической информации.
2. Также благодаря появлению в промышленности первых советских транзисторов и внедрению их в производство произошла модернизация радиотелеметрического средства для измерения быстроменяющихся параметров -БРС-1, а в дальнейшем и БРС-4.
3. Появились системы обработки телеметрической информации 1-го поколения, такие как МО-9 и «Старт». Создание системы «Старт» на основе спецвычислителя не было ошибкой, а объяснялось отсутствием в стране в начале 60-х годов ЭВМ достаточно универсальных, с развитой памятью, необходимым быстродействием, развитыми системами ввода-вывода информации и средств документирования и визуализации.
4. Благодаря внедрению высокостабильного кварцевого генератора и синхронизации тактовой частоты каналов повысилась помехоустойчивость передачи телеметрической информации.
5. Данный период явился прорывным в части унификации телеметрических средств. Ими стали система РТС-9 и универсальная система БРС-4 в области автоматизации обработки телеметрической информации одновременно для ММП и БМП, которые уже можно отнести к радиотелеметрическим системам пятого поколения.
[42
История и педагогика естествознания
2■2024
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Порошков В.В. Ракетно-космический подвиг Байконура. М.: Патриот, 2007. 291 с.
2. Сковорода-Лузин В.И. Телеметрия. Глаза и уши главного конструктора. М.: Оверлей, 2009. 320 с.
3. Крисс П.Ж. Вклад ОКБ МЭИ в обеспечение первых в мире космических полетов на кораблях «Восток» и «Восход» (к 50-летию полета Ю.А. Гагарина) // Радиотехнические тетради. 2011. № 44. С. 8.
4. Победоносцев В.А. Краткий очерк развития отечественной ракетной радиотелеметрии в 1946-2006 гг. на фоне организации и развития отрасли отечественного ракетостроения // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. № 2. С. 89-99.
5. Трахтман А.М., Старцев В.К. История Российского НИИ космического приборостроения / под ред. Л.И. Гусева. Вып. 1. М.: Прессинг, 1994. 67 с.
REFERENCES
1. Poroshkov V.V. Raketno-kosmicheskiy podvig Baykonura [Rocket and space feat of Baikonur]. Moscow, Patriot Publ., 2007. 291 p.
2. Skovoroda-Luzin V.I. Telemetriya. Glaza i ushi Glavnogo konstruktora [Telemetry. Eyes and ears of the Chief Designer]. Moscow, Overley Publ., 2009. 320 p.
3. Kriss P.ZH. Contribution of OKB MEI to ensuring the world's first space flights on the Vostok and Voskhod ships (for the 50th anniversary of Yuri Gagarin's flight). Radiotekhnicheskiye tetrad, 2011, no. 44, p. 8 (In Russian).
4. Pobedonostsev V.A. Brief outline of the development of domestic rocket radio telemetry in 1946-2006 against the background of the organization and development of the domestic rocket engineering industry. Raketno-kosmicheskoye priborostroyeniye i informatsionnyye sistemy, 2016, vol. 3, no. 2, pp. 89-99 (In Russian).
5. Trakhtman A.M., Startsev V.K. Istoriya Rossiyskogo NII kosmicheskogo priborostroyeniya [History of the Russian Research Institute of Space Instrumentation]. Moscow, Pressing Publ., 1994. 67 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.
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.
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.
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.
