История развития средств обработки информации в авиационных комплексах

Средства обработки информации являются важнейшим элементом, в значительной мере определяющим степень совершенства приборных и радиоэлектронных комплексов и систем авиацион­ной техники.

На первых этапах развития средства обработки информации представляли собой аналоговые механические, электромеханические, электронные, а в последующем - аналого-цифровые и цифровые устройства.

Один из первых приборов для расчетов (обработки) пилотажно-навигационной информации в начале 1880-х годов разработал для пилотажно-навигационного оборудования своего самолета А.Ф.Можайский. Он создал навигационную вычислительную линейку летчика для применения в по­лете.

Позднее, в 1920-30-е годы, механические вычислительные устройства "расчетчики" - использовались совместно с отдельными авиационными приборами для вычисления поправок и расчетов по уравнениям измерений. Механические и электромеханические автоматические вычислительные устройства автоштурманов - первое поколение автоматических систем счисления пути.

В 1948 году под руководством Р.Г.Чачикяна была разработана теория и конструкции первых отечественных электромеханических вычислителей поправок прицельных снегом воздушной стрель­бы для тяжелых бомбардировщиков. Они явились одними из первых систем, с которых началось интенсивное применение на борту летательных аппаратов специализированных аналоговых вычис­лительных машин. Электромеханические аналоговые вычислители поправок представляли собой комплекс сложных пространственных механизмов, каждый из которых моделировал одну из фор­мульных зависимостей, входящих в комплекс уравнений математической модели воздушной стрель­бы. Механизмы связывались в цепи. Полученные в форме механических перемещений результаты вычислений, преобразовывались в электрические сигналы управления приводом оружия. На базе этой отечественной конструкции были созданы три поколения вычислителей поправок воздушной стрельбы, принятых на вооружение практически всех типов тяжелых самолетов. Освоение этих устройств положило начало развитию целого направления авиационной аналоговой вычислитель­ной техники. На тех же принципах были реализованы автоматические навигационные устройства различных типов (ЛНУ, НВУ), вычислительные устройства автоматических астроориентаторов и дистанционных астрономических компасов, централей скорости и высоты и другое приборное обо­рудование.

Основу современных средств обработки информации составляют цифровые вычислительные машины и системы на их основе. История вычислительных машин связана с поиском способов представления и передачи информации. Еще в 1828 году П.Л.Шиллинг (Россия) предложил пер­вую практически применимую систему передачи информации с использованием кодов (буквы передавались комбинацией токов по восьми проводам).

В 1830-е годы английский ученый Ч.Бебидж сформулировал концептуальный облик вычислительной машины. Однако оказалось тогда невозможным реализовать проект.

В 1850 году выдающийся русский ученый Б.СЯкоби изобрел первый буквопечатающий аппа­рат, который был усовершенствован в 1855 году американским изобретателем Д.Юзом. 13 этих аппаратах были использованы колы в виде комбинаций импульсов тока.

Первые промышленные образцы цифровых вычислительных машин появились лишь в конце Второй Мировой войны. Они были разработаны О.фон-Нейманом в рамках создания средств про­тивовоздушной обороны США.

В 1948 году коллектив молодых ученых под руководством академика С.А.Лебедева начал прак­тическую разработку проекта первой отечественной ЭВМ. В 1951 году эта вычислительная маши­на была создана и получила название МЭСМ - модель электронно-счетной машины. Она стала первой европейской ЭВМ.

Развитие вычислительной техники во многом обусловлено успехами электроники. Принципиальных изменений в архитектуре машин, которая была определена работами Беббиджа и фон-Неймана, до сих пор практически не происходило.

В свою очередь необходимость совершенствования бортовых цифровых вычислительных машин (БЦВМ), малогабаритных и используемых, как правило, в сложных условиях, привело к бурному развитию микроэлектроники.

В пятидесятые годы было создано первое поколение стационарных электронных вычислитель­ных машин.

В 1960 году в экспериментальном комплексе противоракетной обороны "Система "Л" для наведения противоракет В-1000.

В рамках этой же экспериментальной программы 1961-1963 годах была разработана первая бортовая ЭВМ для подрыва осколочно-фугасной боевой части противоракеты В-1000 с тепловой головкой самонаведения С2ТА.

Начало шестидесятых - время создания второго поколения стационарных электронных вычислительных машин - на дискретных полупроводниковых электронных приборах.

Первая авиационная бортовая цифровая вычислительная машина - БЦВМ "Беркут" для поисково-прицельных систем противолодочных самолетов Ил-38 и Ту-142 - была создана в 1964 году.

В этой автоматизированной прицельно-поисковой системе были максимально использованы научно-технические достижения конца* пятидесятых - начала шестидесятых годов, ее появление внесло революционный изменения в развитие отечественных противолодочных комплексов. Основной вклад в создание системы "Беркут" внес коллектив под руководством В.С.Шумейко, рабо­тавший в одном из ленинградских НИИ.

В конце шестидесятых годов было создано третье поколение стационарных электронных вычислительных машин - ЭВМ на гибридных микросборках. На этой же основе были разработаны бортовые цифровые вычислительные машины второго поколения, обладавшие меньшими, по сравнению с первым поколением, габаритами, массой и потребляемой мощностью. Это позволило применить новые бортовые ЭВМ на борту легких, маневренных самолетов, существенно повысив их боевые возможности.

В 1970 году впервые бортовая цифровая вычислительная машина была включена в серийно производимый пилотажно-навигационный комплекс самолета-истребителя МиГ-25РБ. Эта БЦВМ использовалась и во всех последующих модификациях истребителя, она стала вычисли­тельным ядром навигационных систем "Пеленг-Д" и "Пеленг-ДР".

В 1973 году, совершенствуя конструкцию и оборудование истребителя-бомбардировщика МиГ-23БН. ОКБ "Электроавтоматика" разработало новую цифровую вычислительную машину -БЦВМ-10, построенную на гибридных микросборках, которая существенно расширила возмож­ности прицельно-навигационного комплекса ПрНК-23 и нашла применение на истребителях-бомбардировщиках МиГ-27 различных модификаций. Модификации БЦВМ-10 используются также в бортовых комплексах самолетов МиГ-25, Ту-22М, Ту-142.

Развитие бортовой вычислительной техники потребовало стандартов на аналоговые сигналы при использовании электронных и электромеханических элементов. "Полигоном" стала при разработ­ке таких стандартов имеющая комплексную организацию построения Унифицированная бортовая пилотажно-навигационная аппаратура для самолетов Ту-144, МиГ-25 и других.

В 1973 году впервые в мире Государственным стандартом ГОСТ 18977-73 была введена система стандартов на виды и уровни электрических сигналов в бортовой авиационной аппаратуре. Эта система стандартов сохранилась до настоящего времени практически без изменений.

В 1977 году через совместную советско-французскую рабочую группу, которая занималась стандартизацией бортового оборудования, советская система стендов была передана в корпорацию ARINC, где на основе ГОСТ 18977 в 1979 году был выпущен документ ARINC-429, положенный в основу унификации пилотажно-навигационной аппаратуры на Западе.

В конце 1970-х годов появились БЦВМ третьего поколения, реализованные на интегральных микросхемах (ИС) с низкой степенью интеграции. Одной из массовых стала БЦВМ-20, нашедшая применение на транспортных самолетах Ил-86, Як-42, Ан-72, Ан-74, на стратегическом бомбардировщике Ту-160, па боевом вертолете Ка-50. Модернизированные БЦВМ-20М эксплуатируются в составе комплексов авионики истребителей четвертого поколения Су-27 и МиГ-29.

В 1980-х годах развернулись масштабные работы по созданию для перспективных транспорт­ных самолетов комплексов стандартного цифрового пилотажно-навигационного оборудования (КСЦПНО). Эти комплексы базировались па БЦВМ четвертого поколения, реализованных на больших интегральных микросхемах (БИС) с различными техническими характеристиками.

Наиболее мощной бортовой цифровой вычислительной машиной этою времени являлась БЦВМ-80-40000. КСЦПНО и БЦВМ-80-40000 эксплуатируются в настоящее время на самоле­тах Ан-70, Ту-204, Ил-96-300, Ил-114и других.

Продолжая совершенствование бортовых универсальных вычислителей отечественные ученые и инженеры в настоящее время работают в трех основных направлениях: разработка БЦВМ на отечественной элементной базе; разработка БЦВМ преимущественно на импортной элементной базе; разработка бортовых вычислительных систем, построенных на отечественной элементной базе и обладающих производительностью от одного до десяти и более миллиардов операций в секунду с приемлемыми габаритно-массовыми характеристиками.

В рамках первого направления в 1995 году была разработана БЦВМ-90-50ХХХ и в 1996 году - БЦВМ-90-60ХХХ. Обе машины реализованы на сверхбольших интегральных микросхемах (СБИС) как открытые вычислительные системы на базе единой стандарт­ной системной шины.

В рамках второго направления разработана и изготовлена борто­вая открытая вычислительная система на базе стандартной системной шины ISA и с применением микропроцессоров иностранного производства.

В рамках третьего направления в 1996 году была создана БЦВМ, которой используется вычислительный модуль ЦВМ БИС RISC-архитектуры - R3081.

БЦВМ для решения пилотажно-навигационных задач создавались и в организациях радиотехнической промышленности. Так, в пилотажно-навигационных комплексах самолетов-истребителей четвертого поколения МпГ-31, Су-27, МиГ-29 используется БЦВМ А-313 "Маневр", которая была создана в конце семидесятых годов совместно специалистами ВНИИРА и Казанского радиозаво­да, серийно выпускающего ее до настоящего времени.

Важное место в разработках бортовых вычислителей занимают специализированные процессо­ры обработки радиосигналов и другие вычислительные устройства, на базе которых строятся современные бортовые информационно-управляющие системы.

Так в конце 1970-х годов был разработан первый цифровой вычислитель траекторного управления (ЦВТУ) самолетом МиГ-31 для его дальнего наведения на цель, но командам наземного пли воздушного пункта управления и для обеспечения полета по маршруту. Позднее под была создана первая цифровая система автоматического управления полетом самолета-истребителя Су-27.

Для бортовых приборных комплексов летательных аппаратов в восьмидесятые-девяностые годы были разработаны унифицированные встраиваемые бортовые цифровые машины СБМВ-1, СБМ 2Э, СБМ-2, а также ряд больших интегральных микросхем для бортовых вычислительных устройств.

Если четыре поколения отечественных БЦВМ отличались используемой элементной базой при сравнительно маломенявшейся архитектуре, то для БЦВМ пятого поколения, разработка которых ведется в настоящее время, определяющим фактором принципиально другая архитектура, дающая многократное увеличение производительности и надежности.

Облик и состав современных бортовых цифровых вычислительных машин диктуется назначением и условиями применения и, учитывая высокую гибкость и многообразие вычислительных средств, может изменяться в очень широких пределах - от предназначенных для интеграции (встра­ивания) в бортовую аппаратуру миниатюрных одноплатных модификаций, до мощных многопро­цессорных вычислительных систем.

Совершенствование БЦВМ и быстрое проникновение их на борт летательных аппаратов принципиально изменяет облик бортового комплекса. За сравнительно короткий период времени слабо связанное между собой бортовое оборудование самолетов превратилось в информационноуправ­ляющие бортовые комплексы, которые состоят из нескольких четко организованных крупных си­стем: датчиков и исполнительных механизмов, отображения информации (информационно-управ­ляющее поле), вычислительной системы.