CC BY
18
УДК 930.1
https://doi.org/10.24412/2226-2296-2023-3-4-66-69
В
Развитие отечественных космических телеметрических средств (начало -середина 1950-х годов)
Кукушкин М.А.
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского, 197198, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0009-0001-1211-844X, E-mail: [email protected]
Резюме: В статье рассмотрено развитие космических телеметрических средств в начале - середине 1950-х годов, их образцы и тактико-технические характеристики. Проведен анализ развития образцов техники. По итогам работы сделаны выводы. Материалы статьи могут быть полезны для исследователей в области истории развития отечественной космонавтики и ракетной техники. Ключевые слова: радиотелеметрическая система, датчики, быстроменяющиеся параметры, медленноменяющиеся параметры. Для цитирования: Кукушкин М.А. Развитие отечественных космических телеметрических средств (начало - середина 1950-х годов) // История и педагогика естествознания. 2023. № 3-4. С. 66-69. D0I:10.24412/r222B-2296-2023-3-4-B6-69
DEVELOPMENT OF DOMESTIC SPACE TELEMETRY FACILITIES (early- mid-1950s)
Kukushkin Mikhail A.
Academy named after A.F. Mozhaisky, 197198, St. Petersburg, Russia ORCID: https://orcid.org/0009-0001-1211-844X, E-mail: [email protected]
Abstract: The article discusses the development of space telemetry facilities in the early - mid-1950s, their samples and tactical and technical characteristics. The analysis of the development of samples of equipment is carried out. Based on the results of the work, conclusions were drawn. The materials of the article may be useful for researchers in the field of the history of the development of Russian cosmonautics and rocket technology.
Keywords: radio telemetry system, sensors, fast-changing parameters, slow-changing parameters.
For citation: Kukushkin M.A. DEVELOPMENT OF DOMESTIC SPACE TELEMETRY FACILITIES (early- mid-1950s). History and Pedagogy of
Natural Science. 2023, no. 3-4, pp. 66-69.
DOI:10.24412/2226-2296-2023-3-4-66-69
В 1948-1949 годы работниками Научно-исследовательского института № 855 (НИИ-885) была разработана и введена в эксплуатацию новая отечественная радиотелеметрическая система (РТС) второго поколения СТК-1 «Дон», в которой стал применяться новый, прорывной для того времени принцип - временного разделения каналов (ВРК). При этом с помощью разработанного программно-коммутационного устройства (ПКУ) появилась возможность подключать на один канал РТС поочередно несколько медлен-номеняющихся параметров, что, в свою очередь, позволило РТС СТК-1 «Дон» увеличить число измеряемых параметров до 30 [1].
Однако, решив проблему увеличения числа измеряемых каналов РТС, к началу 1950 года телеметристы столкнулись с другой проблемой - измерения быстроменяющихся параметров. Принцип ВРК, применяемый в системе СТК-1 «Дон», предусматривал дискретную передачу измерительных данных по каждому каналу с частотой 62,5 опроса в секунду, что не позволяло осуществлять измерения вибраций в полете ракеты [1]. Следует отметить, что у РТС первого поколения с частотным разделением каналов, таких как «Мессина» и «Бразилионит», такая проблема отсутствовала.
Кроме того, планировалась к запуску новая ракета Р-7, где уже необходимо было значительно увеличить количество каналов, а также дальность передачи информации.
Таким образом, ученым требовалось разработать принципиально новое техническое решение, которое бы позволило решить две основные проблемы:
- увеличить количество каналов РТС, а также дальность передачи телеметрической информации;
- измерять быстроменяющиеся параметры (вибрации), используя радиотелеметрические системы с ВРК.
За решение этих проблем взялись ведущие институты, такие как НИИ-885 (СКБ-567) и ОКБ Московского энергетического института (МЭИ), между которыми развернулась борьба за право разработки космических радиосистем.
В связи с тем что в 1950 году произошла серия аварий на ракетах Р-2, а причины не могли определить в связи с невозможностью оценивать вибрации в ходе полета ракеты [1], необходимо было в кратчайшие сроки решить вторую проблему (см. выше).
На помощь пришли студенты вузов - Московского авиационного института, Московского высшего технического училища им. Баумана и МЭИ, пришедшие на преддипломную практику в 5 отдел ОКБ-1. А именно в этот отдел в 1951 году перешла лаборатория из 16-го Научно-исследовательского института. В ней В.С. Пиганов разабатывал бортовую часть аппаратуры, а О.А. Сулимов - наземную часть, а именно аппаратуру воспроизведения и записи на киноленту, чтобы вибрацию можно было увидеть.
В 1952 году по результатам дипломного проектирования студентов была изготовлена магнитная автономная регистрирующая станция (МАРС).
Но следовало решить еще одну проблему - конструирование регистраторов для измерения быстроменяющихся параметров, в том числе и на стендовых испытаниях систе-
щ
История и педагогика естествознания
3-4 • 2023
мы МАРС. Эти параметры в то время отслеживались с помощью осциллографа. Временно решил данную проблему П.И. Сверчков, он выдвинул идею запоминать информацию на борту с помощью магнитофона, то есть бортового магнитного регистратора [1].
Число измерительных каналов определялось исходя из ширины рабочего поля записывающей головки. Последняя же определялась исходя из ширины рабочего поля записывающей головки, а именно шесть записывающих головок укладывается по ширине ленты, в связи с этим система МАРС имела шесть каналов с полосой регистрационных частот до 2,0 кГц и наземную аппаратуру воспроизведения к ней [1]. Но шести измеряемых каналов бвло недостаточно, хотя проблема измерений быстроменяющихся параметров временно была решена.
В НИИ-885 (СКБ-567) после сдачи в серийное производство СТК-1 «Дон», разработки автономных регистраторов вибраций МАРС и программно-коммутирующего устройства (ПКУ) под руководством Е.С. Губенко в 1950-1951 годах была создана РТС-2. Она имела уже 28 каналов с сохранением точности измерений с применением механического коммутатора, позволяющего снизить вес бортовых приборов в пять раз, при этом регистрация на наземной станции осуществлялась с помощью фотоблоков.
Радиотелеметрическая система РТС-2 («Нева») с модуляцией несущей частоты ВИМ-ЧМ (информативность системы приблизительно 1400 измерений в секунду) не нашла применения в ракетной технике из-за слабой виброустойчивости частотного модулятора передатчика и в основном применялась в авиации [1].
В 1952 году НИИ-885 был выделен в самостоятельное специальное конструкторское бюро № 567 Министерства промышленности средств связи СССР (СКБ-567) [1].
В 1952-1954 годах уже в СКБ-567 была разработана РТС-3, в которой, в отличие от РТС-2, было вдвое увеличено число каналов, до 56, при этом точность измерений была также увеличена вдвое. Кроме того, была улучшена конструкция приемного индикаторного устройства и блока фотозаписи. Впервые была применена широкая 320-мм фотопленка для получения раздельных фотограмм, а не по четыре на одной пленке, как в РТС-2. Также вводились несколько скоростей записи. Бортовая аппаратура состояла из трех блоков и весила 15,8 кг.
Одновременно в СКБ-567 была разработана РТС-4, которая имела, как и в РТС-2, 24 канала, но преследовала цель обеспечения малогабаритности бортовой аппаратуры - весила 4 кг. Бортовая аппаратура представляла собой коммутатор, малогабаритный передатчик и батарею питания, выполненные в виде усеченного конуса. Система РТС-4 в дальнейшем не нашла применения в космической технике, а использовалась в производстве танкового, противотанкового и пехотного реактивного оружия для ракет типа воздух-воздух, воздух-корабль и земля-корабль [1].
В 1954-1956 годах была разработана РТС-6. Основной целью создания этой системы было повышение виброустойчивости бортовых приборов. В отличие от предыдущих РТС, для уменьшения вибраций на частотный модулятор передатчика в ней была введена дополнительная подне-сущая на сравнительно низкой частоте. Система имела 28 каналов и обеспечивала погрешность - 1,5 %. Бортовая аппаратура весила 6 кг. Коммутация осуществлялась механическим коммутатором. Были разработаны разные модификации (1,5-2 кг). Последняя модификация имела электронный коммутатор и весила 600 г. При этом наземная станция не отличалась от предыдущих РТС.
Следует отметить, что система РТС-5 в этот период еще находилась в разработке.
3-4 ■ 2023 История и педагогика естествознания
Таким образом, специалистами СКБ-567 при создании РТС-6 был сделан еще один шаг вперед, заключающийся в осуществлении программирования каналов, выводимых на экран визуального наблюдения. Не было уже жесткого закрепления местоположения канала, то есть измеряемого параметра на экране блока визуального наблюдения.
В этот же период СКБ-567 сконструировало систему РТС-7, которая уже имела 56 каналов по 50 измерений в секунду.
В системе РТС-7 впервые использовалась фазоимпуль-сная модуляция, обеспечивающая уже большую точность (1%) и дальность передачи, а также виброустойчивость. Как и в РТС-6, вначале использовался механический коммутатор, впоследствии - электронный.
Однако все разработанные СКБ-567 системы не позволяли измерять быстроменяющиеся параметры. Проблему измерений вибраций удалось решить только с помощью созданной впервые в Советском Союзе в 1955-1956 годах коллективом под руководством главного конструктора Е.С. Губенко в СКБ-567 радиотелеметрической станции измерения быстроменяющихся параметров РТС-5. При этом бортовая аппаратура конструктивно размещалась в двух прямоугольных блоках по 8-10 кг каждый. Наземная аппаратура была сконструирована аналогично РТС-3.
Станция РТС-5 имела две рабочие частоты в диапазоне 40-60 МГц, временное разделение каналов с модуляцией несущей ШИМ-ЧМ, 8 измерительных каналов по 6250 опросов каждый. Регистрация велась с электронно-лучевой трубки фотоблока на кинопленку типа А-2, заправленную в стандартную приемо-подающую кассету «КИНАП» емкостью 300 м на скорости 200 мм/с. На кинопленке записывались четыре измерительных канала, на своей части ширины пленки каждый, калибровка масштаба канала в пять уровней, передаваемая периодически, метки времени в секундах, десятых и сотых долях секунды штрихами разной длительности и оцифровка секунд, регистрируемая от электромеханического счетчика, работающего на просвет при вспышках специальной неоновой лампы. Точность измерения параметров 5%. Станция была выполнена на пальчиковых лампах и имела высокую надежность (исключая лентопротяжный механизм). Опорно-поворотное устройство разборной антенны станции размещалось на задней стенке КУНГа слева и имело червячный механизм подъема вверх из транспортного положения и редукторы ручного механического привода по азимуту и углу места. Антенна представляла собой директорную антенну круговой поляризации со взаимно перпендикулярными вибраторами из трубок, запитанными в турникет, и такими же рефлектором и двумя директорами. Эффективная поверхность антенны 20 м, чувствительность приемника 10 мкв, дальность до 2 000 км. Антенны аппаратных машин комплекта имели противоположные направления вращения круговой поляризации. Станция была оборудована вентиляторами-калориферами, щитками подключения электропитания, кабелей СЕВ и связи, катушками с кабелем. Во вспомогательной машине был расположен темный отсек (типа купе в передней части КУН-Га) для зарядки кассет с пленкой. В нем же располагалось технологическое бортовое устройство РТС-5 (передатчик, электромеханический (ламельный) коммутатор, умформер, штыревая антенна). Остальную часть КУНГа занимали лабораторные столы с выдвижными ящиками для ЗИПа и набором измерительных приборов, позволяющих проверить все основные характеристики станции.
В качестве недостатков РТС-5 следует отметить малое количество измеряемых каналов и недостаточный диапазон контролируемых частот. Эти недостатки компенсировались с помощью автономных регистраторов типа МАРС, но и она
л • Ц л ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
имела малое число каналов и узкий диапазон частот, что обусловливало необходимость разработки новых автономных регистраторов с расширенными характеристиками [1].
В 1955 году в НИИ-88 началась разработка нового автономного регистратора АРГ-2, в котором было увеличено число измерительных каналов до 12 с полосой регистрируемых частот до 2 кГц.
В этом же году модифицировали АРГ-2 до 16 измеряемых каналов, расширив диапазон регистрируемых частот до 16 кГц. Систему назвали АРГ-3.
Следует отметить, что разработка регистраторов АРГ диктовалась также стремлением перейти к использованию пьезоэффекта в качестве преобразователя в датчиках вибраций вместо индуктивного.
В спецсекторе МЭИ (А.Ф. Богомолов) параллельно с разработкой РТС в НИИ-855 (СКБ-567) в 1954 году была создана 48-канальная радиотехническая система «Трал» [2]. Разработчиками системы «Трал» были: В.А. Котельников, А.Ф. Богомолов, Л.И. Кузнецов, С.М. Попов, М.Е. Новиков, Л.А. Куракин, А.Г. Николаев, П.Ж. Крис, Б.М. Мальков, В.П. Бычков, А.С. Альтман, Н.А. Терлецкий [3].
Энтузиазм и изобретательность молодого коллектива ученых МЭИ позволили максимально обеспечить, удачные схемотехнические решения теории того времени для создания новой системы.
Главным техническим решением для разработки новой системы «Трал» явилось использование времяимпульсно-го кода в радиоканале, обеспечивающее максимальную помехоустойчивость при передаче сообщений в условиях помех. Система рассчитывалась на большие дальности. Надежность радиоканала системы определялась результатами научных исследований, связанных с формированием эффективных бортовых передающих антенн и созданием высокоэффективных наземных приемных антенных систем.
РТС «Трал», которая была, по сути, усовершенствованной версией ранее разработанной системы «Индикатор-Т», обеспечивала измерения напряжения на выходах датчиков постоянного и переменного токов и контактных датчиков по 48 каналам с частотой опроса до 500 Гц и погрешностью около 1% на дальностях до 3000 км.
Аналоговая телеметрическая система «Трал» имела общую информативность 6000 измерений в секунду и 48 измерительных каналов. Однако за счет использования второй ступени коммутации могла подключать большее число медленно изменяющихся (инерционных) параметров типа температурных, а также редко или одноразово изменяющихся сигнальных параметров (прохождение команд или их исполнение) с помощью временного их разграничения или контроля положения коммутирующего устройства.
Станция «Трал» имела 12 рабочих фотоблока, 3 рабочих частоты в диапазоне 60-80 МГц, модуляцию ВИМ-АМ, 48 измерительных каналов, по 125 опросов в секунду по каждому. Синхронизация обеспечивалась основным маркером из 4 импульсов типа меандр и 3 дополнительных маркеров из 3 импульсов шириной 2,2 мкс. Длительность опорных и измерительных импульсов 1 мкс. Чувствительность приемника 15 мкв. Эффективная поверхность антенны 8-10 кв. м. Дальность работы до 10 тыс. км.
Для системы «Трал» была разработана аппаратура для записи ММП и БМП. За основу были приняты системы, создаваемые еще для стендовых испытаний с 1951 года в лаборатории С.А. Джанумова (отдел 5 ОКБ-1, а после образования отдела 20 НИИ-88 - в лаборатории А.И. Реттель).
Работа по разработке наземных, проводных регистраторов осуществлялась молодыми специалистами О.Д. Комиссаровым и А.В. Милицыным, а также сотрудниками лаборатории А.А. Трухачевым, Л.Н. Неугодовым, Т.И. Столяровой, З.М. Ленковой, Л.А. Кондратюком [1].
Таким образом, были разработаны наземные регистраторы МНР-1 - для записи медленноменяющихся процессов и СПРУТ-1 - для записи быстроменяющихся процессов.
Основные характеристики МНР-1 (ИС 1602) [1]:
- число каналов - 40 с частотой опроса 100;
- число фотоблоков - 8;
- число каналов на каждом фотоблоке - 5;
- длина кабеля - до 300 м;
- точность и 1%.
Фотоблоки строились на основе электронно-лучевой трубки ЛО-38 (с синим свечением), запись производилась на движущуюся кинопленку шириной 35 мм, скорость протяжки 20 мм/сек; 40 мм/сек.
Сигналы времени - 1 сек, 0,1 сек и 0,01 сек - подавались на неоновую лампочку и записывались на кинопленку.
Основные характеристики системы СПРУТ-1 (ИС 2502)
[1]:
- число каналов - 12;
- число фотоблоков - 3;
- число каналов на фотоблоке - 4;
- запись непрерывная;
- скорость протяжки - 100, 200, 400, 800 мм/сек;
- длина кабеля и 300 м;
- точность регистрации и 5%;
- метки времени 1; 0,1; 0,01 сек - записывались между дорожками.
Системы МНР-1 и СПРУТ-1 позволили продолжительное время (до начала 60-х годов) решать поставленные задачи и находились в эксплуатации на стендах и стартовых позициях полигонов.
Таким образом, к концу 1955 года были разработаны две современные радиотелеметрические системы для измерения медленных параметров - РТС-7 (СКБ-567) и «Трал» (ОКБ МЭИ). Наличие двух типов телеметрического бортового устройства и одной и той же датчиковой аппаратуры позволило объективно оценить точностные и эксплуатационные характеристики систем «Трал» и РТС-7. Система «Трал» оказалась лучше, и ее запустили в серийное производство. А система РТС-7 уже под наименованием РТС-8 в дальнейшем использовалась в авиационной технике для самолетных крылатых ракет.
Выводы
1. В связи с разработкой новой ракеты Р-7, увеличивались требования к дальности, точности и объемам передаваемой телеметрической информации, что определило включение ведущих институтов Советского Союза для разработки современных космических телеметрических радиосистем.
2. С начала 1950-х годов произошло разделение космической телеметрической техники на медленноменяющиеся параметры (МП) и быстроменяющиеся параметры (БП). И к середине 1950-х годов были созданы системы, которые уже можно отнести к радиотелеметрическим системам третьего поколения, такие как: МП - «Трал» с системами МНР-1 и СПРУТ-1, БП - РТС-5, МАРС, АРГ-2, АРГ-3. Создание этих систем позволило приступить к стендовым испытаниям ракеты Р7.
¡68)
История и педагогика естествознания
3-4 ■ 2023
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сковорода-Лузин В.И. Телеметрия. Глаза и уши Главного конструктора. - М.: Оверлей, 2009. 320 с.
2. Ракеты и люди. М.: Машиностроение, 1999. 416 с.
3. Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи // Успехи физических наук. 2006. № 7. С. 762-770. REFERENCES
1. Skovoroda-Luzin V.I. Telemetriya. Glaza i ushi Glavnogo konstruktora [Telemetry. Eyes and ears of the Chief Designer]. Moscow, Overley Publ. 2009. 320 p.
2. Rakety^ilyudi [Rockets and people]. Moscow, Mashinostroyeniye Publ., 1999. 416 p.
3. Kotel'nikov V.A. On the capacity of "ether" and wire in telecommunications. Uspekhi fizicheskikh nauk, 2006, no. 7, pp. 762-770 (In Russian).
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.
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.
3-4 • 2023
История и педагогика естествознания
