История развития ЦПК им. Гагарина, созданного более 40 лет назад, отражает все этапы использования вычислительной техники в крупном отечественном научно-исследовательском центре.

Центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина — уникальная организация, где проводятся системные исследования, опытно-конструкторские и научно-исследовательские работы для создания тренажеров и последующего их использования в обучении космонавтов, разрабатываются методы повышения эффективности деятельности экипажей космических аппаратов, безопасности пилотируемых полетов и совершенствования космической техники.

Вычислительные устройства всегда были неотъемлемой частью тренажеров центра, являющихся основным средством обучения экипажей пилотируемых космических кораблей, поскольку не существует учебных космических полетов. История развития ЦПК, созданного более 40 лет назад, отражает все этапы использования вычислительной техники в крупном отечественном научно-исследовательском центре. Сначала там применялись аналоговые вычислительные машины МН-2 и МН-4, затем — цифровые «Днепры», M-220 и М-222, а также сложные аналого-цифровые моделирующие системы. Позже использовался практически весь спектр машин Единой системы, от ЕС-1033 до EC-1066, которые сменили аналоги мэйнфреймов IBM S/370.

Основными компонентами каждого тренажера являются полномасштабный макет космического аппарата (в нем содержатся как реальные технологические и управляющие устройства, так и их полнофункциональные аналоги) и система моделирования; последняя предназначена для имитации реального космического полета, включая формирование параметров внутренней и внешней среды, учитывающих возникновение всевозможных внештатных ситуаций. Совокупность моделей, функционирующая в реальном масштабе времени, обеспечивает расчетными параметрами системы тренажера, формируя условия для приобретения необходимых в работе космонавтов навыков.

Вычислительные устройства всегда были неотъемлемой частью тренажеров центра, являющихся основным средством обучения экипажей пилотируемых космических кораблей, поскольку не существует учебных космических полетов

Пульты контроля и управления позволяют инструкторам и преподавателям задавать в процессе тренировок различные режимы обучения, получать информацию о действиях экипажа и в случае необходимости корректировать их. Эти функции выполняются графическим пользовательским интерфейсом системы математического моделирования и средствами телевизионного наблюдения. Важным компонентом каждого тренажера является программно-аппаратный комплекс сопряжения макета космического объекта с моделирующей системой, который обеспечивает передачу управляющих команд в устройства тренажера, а также сбор и предварительную обработку поступающей из них информации.

В одном из наиболее масштабных тренажерных комплексов, предназначенных для подготовки космонавтов по программе орбитальной станции «Мир», применялась вычислительная система, состоявшая из четырех функционально-моделирующих EС ЭВМ и около двух десятков управляющих мини-ЭВМ СМ-2М с почти таким же количеством стоек, содержащих устройства сопряжения с датчиками и исполнительными устройствами макетов модулей станции. Специалисты центра отмечают, что только благодаря техническим решениям, обеспечивающим физическое и функциональное резервирование, специальной приемке вычислительных средств и наличию достаточного количества запасных компонентов удавалось поддерживать на протяжении полутора десятилетий необходимый уровень готовности этого сложного вычислительного комплекса.

«В конце восьмидесятых назрела необходимость перехода от громоздких и не очень надежных вычислительных машин к новой технической базе построения тренажеров. Тогда уже появилась возможность применения зарубежных компьютеров, и для замены ЕС-ЭВМ мы начали использовать мэйнфреймы Comparex. Изучение аппаратных средств показало, что наилучшим решением для создания устройств сопряжения с объектами тренажеров является магистрально-модульная система VMEbus, освоение и дальнейшее внедрение которой проводилось при непосредственном участии специалистов компании ?РТСофт?», — вспоминает заместитель начальника управления Центра подготовки космонавтов Валерий Синельников.

По словам генерального директора «РТСофт» Ольги Синенко, на выбор системы VMEbus значительное влияние оказал предоставленный данной компанией сравнительный анализ процессорных, программных и шинных архитектур, отвечающих требованиям открытых промышленных стандартов, позволяющих не только создать базовую платформу аппаратуры управления тренажерами, но и развивать и поддерживать ее в течение длительного времени.

Модульность, предусматривающая наращивание аппаратных и программных средств, является очень важным качеством электронной аппаратуры тренажеров, поскольку после сдачи их в эксплуатацию набор реализуемых функций масштабируется по мере модернизации космических аппаратов и усложнения методик тренировок.

Первый крейт VME был установлен в тренажере станции «Мир» для отработки задач срочного покидания станции при возникновении аварийных ситуаций. Он обеспечивал взаимодействие моделирующей системы с таким реальным оборудованием, как датчики комплекса пожарообнаружения и пожаротушения, клапаны систем поддержания газового состава и очистки атмосферы, датчики-сигнализаторы давления, мановакуумметры.

В этой и дальнейших разработках специалисты РТСофт решали вопросы базовой системной интеграции. Они предоставляли сконфигурированные в соответствии с техническим заданием крейты с набором функциональных модулей и инсталлированной многозадачной операционной системой реального времени OS9, обеспечивающие возможность создания прикладных программ. В типовом крейте устанавливались процессорные модули на базе Motorola MC68K, а для операций ввода/вывода применялись мезонинные технологии. В процессе работы была проведена унификация используемых средств, позволившая сократить номенклатуру аппаратных и программных компонентов, а также значительно упростить разработку и обслуживание тренажеров.

В настоящее время на всех тренажерах Центра подготовки космонавтов используется около 30 крейтов VME, применение которых существенно уменьшило количество аппаратуры при значительном увеличении объема реализуемых функций. Наиболее полно преимущества новых технологий отражены в информационно-вычислительной системе тренажеров российского сегмента международной космической станции, представленного полномасштабными макетами модулей «Заря», «Звезда» и транспортного корабля «Союз». Так, в частности, модуль «Звезда» обслуживается двумя крейтами, каждый из которых функционально эквивалентен применяемой ранее СМ-2М с более чем десятком стоек сопряжения с объектом. Встроенный промышленный контроллер серии Smart компании Kontron Modular Computers значительно снизил стоимость пульта управления модуля «Звезда» при сохранении всех его функций и внешних органов управления. В стенде вычислительной сети российской части МКС один крейт VME эмулирует работу трех бортовых компьютеров со штатным программным обеспечением

В процессе эксплуатации магистрально-модульных систем, внедрение которых началось с 1993 года, не возникло серьезных проблем.

«Из-за финансовых ограничений мы не резервировали крейты VME, но, несмотря на это, базирующиеся на них устройства продемонстрировали высокую надежность», — говорит Синельников, при этом отмечает, что сотрудникам центра и смежных организаций необходимо приобрести в учебном центре РТСофт квалификацию для работы с такой аппаратурой.

Специалисты ЦПК подчеркивают, что применение в тренажерах продуктов и решений на основе открытых технологий и стандартных протоколов значительно упрощает проведение совместной подготовки космонавтов и астронавтов, участвующих в создании международной космической станции и является основой для планируемого в дальнейшем комплексного дистанционного использования тренажеров различных стран.