CC BY
14
УДК 930.1
ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
https://doi.org/10.24412/2226-2296-2023-3-4-63-65
I
Зарождение отечественных космических телеметрических средств (вторая половина 1940-х - первая половина 1950-х годов)
Кукушкин М.А.
Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, 197198, Санкт-Петербург, Россия ORCID: https://orcid.org/0009-0001-1211-844X, E-mail: [email protected]
Резюме: В статье рассмотрены первые поколения космических телеметрических средств, их образцы и особенности появления. Проведен анализ появления и развития первых образцов радиотелеметрической техники. По итогам работы сделаны выводы. Материалы статьи могут быть полезны для исследователей в области истории развития отечественной ракетно-космической техники. Ключевые слова: радиотелеметрическая система, датчики, программная коммутация.
Для цитирования: Кукушкин М.А. Зарождение отечественных космических телеметрических средств (вторая половина 1940-х -первая половина 1950-х годов) // История и педагогика естествознания. 2023. № 3-4. С. 63-65. D0I:10.24412/2226-2296-2023-3-4-63-65
THE ORIGIN OF DOMESTIC SPACE TELEMETRY TOOLS (THE SECOND HALF OF THE 1940s - THE FIRST HALF OF THE 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 first generations of space telemetry tools, their samples and features of their appearance. The analysis of the appearance and development of the first samples of radio telemetry 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 rocket and space technology.
Keywords: radio telemetry system, sensors, software switching.
For citation: Kukushkin M.A. THE ORIGIN OF DOMESTIC SPACE TELEMETRY TOOLS (THE SECOND HALF OF THE 1940s - THE FIRST HALF
OF THE 1950s). History and Pedagogy of Natural Science. 2023, no. 3-4, pp. 63-35.
DOI:10.24412/2226-2296-2023-3-4-63-65
Противостояние между СССР и США, начавшееся после окончания Великой Отечественной войны, требовало ускоренного развития средств вооружения. Основным инструментом данного противостояния было создание ядерного оружия и средств его доставки. В качестве средств доставки рассматривалось создание межконтинентальных баллистических ракет. Как прототип этих ракет изначально рассматривались немецкие ракеты ФАУ-2 - «оружие возмездия». Для отслеживания функционирования данной ракеты в Германии еще в 1944 году была разработана первая в истории телеметрическая система «Мессина».
Самым главным фактором влияния на облик развивающихся ракетных радиотелеметрических средств были тактико-технические требования к телеметрии проектантов вновь создаваемых отечественных баллистических ракет (БР).
Первой в мире телеметрической системой была немецкая система «Мессина» для передачи телеметрических данных о полете ракеты ФАУ-2 на пункт управления. Советскими учеными научно-исследовательских институтов НИИ-20 и НИИ-88 была доподлинно воспроизведена телеметрическая система «Мессина» под названием «Мессина-1», состоящая из бортового комплекта, устанавливаемого на ракете, и наземной приемно-регистрирующей аппаратуры, которая обладала следующими характеристиками [1]: включала четыре измерительных канала; имела частотное разделение каналов; обладала частотой опроса одного канала 2 кГц; регистрировалась наземной аппаратурой на фотоленте.
При этом мощность передатчика - 4 Вт, длина волны - 4,5 м. Датчики, используемые системой «Мессина-1», были потенциометрические, индуктивные, контактные датчики-команды. Тарировка датчиков производилась с регистрацией на наземной станции и последующей калибровкой наземной станции на шлейфовые осциллографы фирмы «Сименс» (регистрация на 120-миллиметровую фотобумагу). Погрешность трактов телеизмерений составляла 15-18%. В системе «Мессина-1» использовалась частотная модуляция, при которой для каждого канала отводился отдельный поддиапазон частот, что позволяло передавать измеренный сигнал непрерывно [1].
Однако четыре измерительных канала не могли устраивать специалистов, поэтому в 1947 году в НИИ-20 по техническому заданию лаборатории Д НИИ-88 началась работа по воспроизведению радиотелеметрической системы «Мес-сина-1» из отечественных материалов. В короткие сроки к концу 1948 года была разработана отечественная телеметрическая система «Бразилионит», главным конструктором этой системы в НИИ-20 был Г.И. Дегтяренко [2].
Система «Бразилионит» имела восемь каналов, при частотном разделении каналов в диапазоне частот от 6 до 12 кГц ширина полосы пропускания для каждой частоты составляла ±3%. Модуляция амплитудная в зависимости от напряжения, снимаемого с датчика (0-6,2 В ±0,15 В). На каждый тональный канал имелась возможность подать сигнальный параметр (контакт подъема, команды включения двигателя и др.), фиксируемый в виде всплеска на тональ-
3-4 • 2023
История и педагогика естествознания
(6?
л • Ц л ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ
ном канале. Система «Бразилионит» так же как и система «Мессина-1», требовала сквозной калибровки и индивидуальной тарировки каждого датчика (датчики индуктивные: деформации, вибрации и потенциометрические - углов поворота рулей, а также изделий - тангажа, рысканья, вращения и др.).
Система давала возможность измерить вибрации на ракете Р-1 в диапазоне до 1 500 Гц при ширине частоты пропускания до 6 000 Гц.
Следует отметить, что системы с частотной модуляцией, используемые в системах «Мессина» и «Бразилионит», нашли в дальнейшем широкое применение в послевоенное время в США и Франции при отработке ракетной техники [1].
Однако недостатком систем с частотным разделением каналов является ограниченное число каналов, невозможность их запараллеливания и невысокая точность. Требовалось увеличить число каналов и точность измерений радиотелеметрических систем. Но возникла проблема: повышение увеличениz пропускной способности систем с частотной модуляцией приводило к увеличению полосы занимаемых частот, ухудшению отношения «сигнал/шум» на выходе системы, к снижению точности за счет увеличения перекрестных искажений [1].
Для решения данной проблемы учеными были предложены два способа. Первый заключался в применении метода программной коммутации, состоящего в поочередном цикличном подключении на вход каналов (до 20 параметров [1]), для чего началась разработка программно-коммутирующего устройства (ПКУ).
Второй способ заключался в разработке принципиально новой телеметрической системы космического назначения. Это стало возможным благодаря назначению В.А. Котельни-кова главным конструктором разработок сектора опытных научно-исследовательских работ Московского энергетического института (МЭИ) и утверждению главным конструктором ОКБ-1 НИИ-88 С.П. Королевым тактико-технического задания на совмещенную систему телеизмерений и измерений траектории ракеты Р-2 (система «Индикатор»). Так в 1947 году началась захватывающая работа сектора ОНИР МЭИ в рамках ракетно-космической программы страны [3].
Здесь необходимо вспомнить известного академика В.А. Котельникова [4], его известную теорему Котельнико-ва, которая была предложена и доказана в 1933 году в работе «О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи» и в которой, в частности, была сформулирована одна из теорем следующим образом: «Любую функцию ОД, состоящую из частот от 0 до можно непрерывно передавать с любой точностью при помощи чисел, следующих друг за другом через 1/(2^) секунд» [5].
Таким образом благодаря гениальным идеям советского академика Котельникова состоялся очередной прорыв в разработке инновационной телеметрической системы космического назначения для того времени абсолютно нового принципа - временного разделения каналов (ВРК).
Кроме того, следует отметить, что при создании данной системы разработчиками фазоимпульсного метода передачи телеметрической информации с созданием схемы коммутатора каналов, основанной на расщеплении фазы переменного тока частоты 500 Гц (умформера), являются М.Е. Новиков и Л.И. Кузнецов [1].
На кафедре автоматики и телемеханики МЭИ, где сгруппировались кафедры, прямо или косвенно относящиеся к физико-энергетическим направлениям под руководством В.А. Котельникова, была создана система «Индикатор», которой было присвоено наименование «Индикатор-Т» со следующими характеристиками [1, 3]: количество каналов - 32;
режим модуляции - времяимпульсный (ВИМ); опросность по каналу - 500 опросов в секунду; возможность подключения индуктивных датчиков по 10 каналам и контактных датчиков по 4 каналам; вес - 65 кг; объем - 80 л.; напряжение питания - 27 В; потребление - не более 35 А.
В 1948-1949 годах работниками научно-исследовательского института № 855 (НИИ-885) была также разработана новая отечественная система телеконтроля СТК-1 «Дон» метрового диапазона волн, широко применяемая при отработке и эксплуатации баллистических ракет Р-1, Р-2, Р-5 и Р-7 [6], которые устанавливалЬсь на всех ракетах второй серии вместо «Бразилионита», что также явилось серьезным техническим достижением [7].
Работой по созданию отечественной телеметрической системы СТК-1 «Дон» руководил участник разработки системы радиоуправления ракеты Р-7, а также систем радиоуправления и связи для космических аппаратов исследования Луны Герой Социалистического Труда Е. Богуславский [8], бывший аспирант академика В.А. Котельникова.
Отличительной особенностью телеметрической системы СТК-1 «Дон», как и системы «Индикатор», подчеркнем еще раз, стало применение для того времени нового, прорывного принципа временного разделения каналов (ВРК).
Созданная телеметрическая система СТК-1 «Дон» обладала следующими тактико-техническими характеристиками: количество основных каналов - 25, частота опросов каждого канала - 62,5 Гц, дальность связи - 550 км, несущая частота передатчика - 64,5 МГц; мощность передатчика - 16 Вт, модуляция - ВИМ, выход датчиков - 0-6,2 В ±0,15 В, питание - 27 В, измерительные батареи - 6,2 В [1].
Наземная приемная станция системы «Дон» уже была снабжена электронным монитором, позволявшим вести наблюдение в реальном масштабе времени и удовлетворять любопытство начальства в случае аварии, не дожидаясь проявления и сушки пленок. Вместо записи на бумаге с помощью шлейфовых осциллографов впервые была применена запись результатов измерений на кинопленку с помощью электронного осциллографа [9]. Кроме того, появилась канальная калибровка - максимум и минимум измерительной шкалы. Питание ТС осуществлялось от батареи напряжением 27 В, за питание датчиков отвечала батарея уровнем напряжения в 6 В. Приемная станция была оснащена экраном, где отображались 16 измерительных каналов в виде изменяющихся по амплитуде элементов диаграммы, изменяющихся по уровню [10].
Однако следует отметить, что СТК-1 «Дон» все же уступал системе «Индикатор-Т» по всем основным параметрам. Но с учетом степени промышленной готовности было принято решение на ракете Р-2 использовать только траектор-ную часть системы «Индикатор-Д», а для измерения телеметрической информации - СТК-1 «Дон».
Таким образом, можно сделать следующие выводы по данной статье:
1. Зарождение отечественных космических телеметрических средств происходило для первых баллистических ракет, и в кратчайшие сроки была решена задача по созданию полной копии немецкой телеметрической системы «Мессина» и первой советской телеметрической системы «Бразилионит», состоящей уже полностью на отечественной элементной базе и имеющей в два раза больше каналов, которые можно выделить в первое поколение телеметрических систем.
2. Советскими учеными впервые было предложено применение метода программной коммутации, заключающегося в поочередном цикличном подключении на вход каналов, для чего началась разработка программно-коммутирующего устройства и фазоимпульсного метода передачи телеИстория и педагогика естествознания 3-4 ■ 2023
метрической информации с созданием схемы коммутатора каналов, основанной на расщеплении фазы переменного тока.
3. Благодаря гениальным идеям советского академика В.А. Котельникова состоялся очередной прорыв в разработке новой телеметрической системы космического назначения для того времени абсолютно нового принципа -временного разделения каналов и принципиально новых телеметрических систем космического назначения, кото-
ИСТОРИЯ НАУКИ И ТЕХНИКИ Ml щ ® Г
рые можно отнести уже ко второму поколению радиотелеметрических систем.
4. В своих трудах ученые определяли поколения развития отечественной ракетной радиотелеметрии. В.А. Победоносцев установил шесть таких поколений [11]. В ходе исследований авторами будут проведены этапы и выделены поколения развития радиотелеметрических систем. В данной статье рассмотрено два поколения, остальные будут представлены в следующих публикациях.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Сковорода-Лузин В.И. Телеметрия. Глаза и уши главного конструктора. М.: Оверлей, 2009. 320 с.
2. Один на один с ракетой Р-1. URL: https://testpilot.ru/espace/bibl/chertok/kniga-1/6-2.html (дата обращения 04.06.2023).
3. Краснов Л.А. Испытатели легендарной ракеты Р-7: команда Котельникова и Богомолова. М.: ОКБ МЭИ, 2019. 124 с.
4. Краткая научная биография академика В.А. Котельникова. URL: http://www.cplire.ru/rus/Kotelnikov (дата обращения 04.06.2023).
5. Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи // Успехи физических наук. 2006. № 7. С. 762-770.
6. История создания и развития АО «Российские космические системы». Екатеринбург: Форт Диалог-Исеть, 2015. 350 с.
7. Вехи истории. 1946-2006. 60 лет федеральному государственному унитарному предприятию «Российский научно-исследовательский институт космического приборостроения». М.: ЭЛЬФ ИПР, 2006. 88 с.
8. Российские космические системы. URL: russianspacesystems.ru. (дата обращения 04.06.2023).
9. Государственный научный центр Российской Федерации Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова: хронология событий / сост. В.В. Цыплаков, Т.А. Горелова, В.А. Амирьянц. Жуковский: ЛИИ им. М.М. Громова, 2016. 447 с.
10.Поленов Д.Ю. Эволюция телеметрии в ракетной технике // Молодой ученый. 2014. № 6 (65). С. 216-218.
11. Победоносцев В.А. Краткий очерк развития отечественной ракетной радиотелеметрии в 1946-2006 гг. на фоне организации и развития отрасли отечественного ракетостроения ОАО «РК РКП и ИС» // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2016. Т. 3. № 2. С. 89-99.
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. Odin na odin s raketoy R-1 (One on one with the R-1 rocket) Available at: https://testpilot.ru/espace/bibl/chertok/kniga-1/6-2.html (accessed 4 June 2023).
3. Krasnov L.A. Ispytateli legendarnoy rakety R-7: komanda Kotel'nikova i Bogomolova [Testers of the legendary R-7 rocket: the team of Kotelnikov and Bogomolov]. Moscow, OKB MEI Publ., 2019. 124 p.
4. Kratkaya nauchnaya biografiya akademika V.A. Kotel'nikova (Brief scientific biography of Academician V.A. Kotelnikov) Available at: http://www. cplire.ru/rus/Kotelnikov (accessed 4 June 2023).
5. Kotel'nikov V.A. On the capacity of "ether" and wire in telecommunications. Uspekhi fizicheskikh nauk, 2006, no. 7, pp. 762-770 (In Russian).
6. Istoriya sozdaniya i razvitiya AO «Rossiyskiye kosmicheskiye sistemy» [History of creation and development of Russian Space Systems JSC]. Ekaterinburg, Fort Dialog-Iset' Publ., 2015. 350 p.
7. Vekhi istorii. 1946-2006. 60 let federal'nomu gosudarstvennomu unitarnomu predpriyatiyu «Rossiyskiy nauchno-issledovatel'skiy institut kosmicheskogo priborostroyeniya» [Milestones of history. 1946-2006. 60 years of the Federal State Unitary Enterprise Russian Research Institute of Space Instrumentation]. Moscow, EL'F IPR Publ., 2006. 88 p.
8. Rossiyskiye kosmicheskiye sistemy (Russian space systems) Available at: russianspacesystems.ru. (accessed 4 June 2023).
9. Gosudarstvennyy nauchnyy tsentr Rossiyskoy Federatsii Letno-issledovatel'skiy institut im. M.M. Gromova: khronologiya sobytiy [State Scientific Center of the Russian Federation Flight Research Institute after M.M. Gromov: chronology of events]. Zhukovskiy, LII imeni M.M. Gromova Publ., 2016. 447 p.
10. Polenov D.YU. Evolution of telemetry in rocket technology. Molodoy uchenyy, 2014, no. 6 (65), pp. 216-218 (In Russian).
11. Pobedonostsev V.A. 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 industry of RK RKP and IS OJSC. Raketno-kosmicheskoye priborostroyeniye i informatsionnyye sistemy, 2016, vol. 3, no. 2, pp. 89-99 (In Russian).
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ / INFORMATION ABOUT THE AUTHORS
Кукушкин Михаил Александрович, к.воен.н, ст. препод. кафедры Mikhail A. Kukushkin, Cand. Sci. (Milit.), Senior Lecturer of the Department
оперативного искусства и тактики, Военно-космическая академия им. А.Ф. of Operational Art and Tactics of the Military Space Academy named after A.F. Можайского. Mozhaisky.
3-4 • 2023
История и педагогика естествознания
te?
