Гном (БЦВМ)
Гном — авиационная бортовая цифровая вычислительная машина производства СССР. Была разработана для пилотажно-навигационного прицельного комплекса «Купол» военно-транспортных самолётов Ан-22 («Купол-22») и Ил-76 («Купол-76»). Это одна из первых БЦВМ авиационного назначения в СССР. Имеет ряд совершенно уникальных конструктивных и схемотехнических решений, не используемых в устройствах подобного рода.
Серийно производилась в двух вариантах: «Гном-1-66» и «Гном-А».
Назначение
Пилотажно-навигационный прицельный комплекс «Купол» предназначен для автоматического, полуавтоматического или ручного самолётовождения в простых и сложных метеоусловиях, начиная с этапа взлёта; на маршруте, обеспечивая выход в заданную точку и сброс полезной нагрузки (десантирование или бомбометание) с заданной точностью; а также для возвращения на аэродром и захода на посадку в автоматическом (до высоты 60 метров) или директорном режимах.
Управляюще-вычислительный комплекс УВК КП-1 в составе ПНПК «Купол» предназначен для сбора и обработки различной информации, её обработки в соответствии с заложенными алгоритмами и формировании сигналов управления системой автоматического управления САУ-1Т:
- заданного крена γЗ;
- бокового отклонения Z от заданной траектории полёта на КПП;
- заданного путевого угла ЗПУ, используемого при полёте в режиме работы «Произвольное направление»;
- сигналов постоянного тока +27В:
- «Курсовая стабилизация», включающий режим стабилизации углов курса, крена и тангажа самолёта;
- «Выход на ВПП», переключающий САУ в режим захода на посадку;
- «Кратчайшее расстояние», включающий режим «Произвольное направление»;
- «Работа» при включении УВК.
Вычислительная машина «Гном» является центральным вычислительным устройством управляюще-вычислительного комплекса ПНПК «Купол».
История создания
Разработка новой вычислительной машины для перспективного тяжёлого транспортного самолёта Ан-22 велась в Ленинградском НИИ-131 (п/я-233), отдел № 570 (бортовые вычислительные машины)[1]. Техническое задание на научно-исследовательские работы по теме «Гном» было получено в 1961 году. Работы по теме велись в двух направлениях: проектирование ЭВМ на твердых схемах (НИР «Гном-1») и проектирование ЭВМ на туннельных диодах (НИР «Гном-2»). Работы по теме «Гном-2» были признаны бесперспективными и были прекращены.
Все три основные составляющие вычислительного комплекса (КП-1) ПНПК «Купол»: элементная база, БЦВМ «Гном» с УВВ ПНК и разработка программного обеспечения проводились параллельно и одновременно до уровня опытных образцов шесть лет.
Всего были разработаны и изготовлены для разных целей три типа машин: «Гном-1», «Гном-1-66», «Гном-А».
Первый опытный образец ЭВМ «Гном-1» был собран в конце 1965 года.
В 1966 году изготовили два образца «Гном-1-66» — первые работающие машины с собственным ОЗУ. Третья машина «Гном-1-66» изготовлена в 1968 году и направлена на летные испытания этапа главного конструктора. Согласно решению Министерства радиопромышленности, осенью 1968 года произведена передача БЦВМ «Гном» в серийное производство на радиозавод в г. Жигулевск[2]
Летные испытания комплекса «Купол» начались на аэродроме ОКБ Антонова в Гостомеле в 1971 году.
После передачи производства ЭВМ на завод в НИИ на инициативных началах были выполнены работы по повышению отказоустойчивости ЭВМ «Гном-1-66». Была создана машина «Гном-А» — система с узловым и поэлементным резервированием, с автоматическим поиском и устранением отказов. Испытания БЦВМ «Гном-А» на надежность по нормали «Мороз-2» (6000 часов) были закончены без единого отказа, что условно соответствует тридцати годам безотказных полетов самолета. В связи с успешно проведённым комплексом испытаний было принято решение о замене в производстве ЭВМ «Гном-1-66» на «Гном-А». Серийное производство «Гном-А» начато с 1974 года.
В 1976 году главный конструктор системы «Купол» Коблов Владимир Леонидович был награждён Звездой Героя Социалистического труда.
БЦВМ «Гном» серийно изготавливались на протяжении 30 лет.
Конструкция
Цифровая вычислительная машина «Гном-1-66» собрана в контейнере с габаритами 287 × 428 × 558 мм. В контейнере размещены: арифметическое устройство АУ, устройство управления УУ, оперативное запоминающее устройство ОЗУ, два блока постоянного запоминающего устройства ПЗУ, блоки питания БП-1 и БП-2, теплоотводящее устройство. Вес конструкции в сборе 45 кг. Потребляемая мощность 70 Вт.
ПЗУ — это накопитель, который состоит из 144 элементов памяти и 144 предварительных усилителей. Элемент памяти предназначался для хранения одного разряда 512 чисел. ПЗУ в «Гном-1-66» содержит до 4 субблоков с емкостью по 4096 слов в каждом. ПЗУ представляет собой запоминающее устройство трансформаторного типа с линейной выборкой, с записью и хранением информации при помощи прошивки проводов возбуждения, с активной записью «нуля». В качестве запоминающей ячейки использован Е-образный сердечник из ферромагнитного материала 1500 НМЗ (ОЖО.707.118 ТУ), а в схемах управления и дешифрации адреса ПЗУ использованы транзисторы типа М4, 2Т301 и полупроводниковые диоды типа 2Д503, 2Д509, 1Д507, Д9. Блок ПЗУ имел следующие характеристики: информационная ёмкость — 4096 18-разрядных слов, время обращения к ПЗУ в составе ЭВМ — 16 мксек.
Оперативное запоминающее устройство ОЗУ предназначено для приёма, хранения и выдачи машинных слов для обмена ими с устройством управления ЭВМ. В ОЗУ хранятся промежуточные результаты вычислений и некоторые исходные данные, которые записываются в ОЗУ непосредственно оператором. ОЗУ имеет следующие характеристики: информационная емкость — 512 18-разрядных слов; период обращения — 16 мксек.
Блок питания ЭВМ допускает при сохранении требуемых выходных параметров обрыв любого провода в блоке или отказ любого диода из двенадцати диодов или отказ любого трансформатора из шести. Он не содержит в себе элементов стабилизации и элементов фильтрации и допускает неограниченное время короткого замыкания. При снятии короткого замыкания блок продолжает нормально функционировать.
Особо следует отметить элементную базу БЦВМ «Гном».
В качестве базовых логических элементов были выбраны т. н. «твёрдые схемы» ТС-233, представляющие собой логический элемент 2НЕ-ИЛИ, выполненный из двух бескорпусных германиевых транзисторов и слоистого (диффузионного) сопротивления на общем основании. ТС-233 изготавливался по той-же технологии и на том же оборудовании, что и транзисторы серии П401-403.
В производстве «твёрдая схема» получила обозначение Р12-2. Она содержала два германиевых дрейфовых p-n-p-транзистора (модифицированные транзисторы типа П401 и П403) в качестве переключаемых элементов с общей нагрузкой в виде распределённого германиевого резистора р-типа. Конструктивно ТС Р12-2 были выполнены в виде таблетки из круглой металлической чашечки диаметром 3 мм и высотой 0,6 мм. В неё размещался кристалл ТС и заливался полимерным компаундом, из которого выходили короткие внешние концы выводов из мягкой золотой проволоки диаметром 50 мкм, приваренные к кристаллу.
Большой проблемой при построении ЭВМ на германиевых элементах оставался отвод тепла. Как известно, рабочий температурный диапазон германиевых полупроводниковых приборов заметно хуже, чем у аналогичных по назначению кремниевых. В результате разработчиками ЭВМ «Гном» прорабатывалось несколько вариантов термостабилизации плат, вплоть до погружения их в жидкий фреон. Проблема была решена изменением технологии производства ТС и разработкой в ЭВМ новой системы отвода тепла по теплостокам с фреоном.
В 1961-65 гг. в рамках ОКР «Квант» была разработана конструкция микромодуля, в котором объединялось четыре Р12-2. На начальном этапе на микроплату из тонкого текстолита размещали от двух до четырёх бескорпусных Р12-2 и покрывали клеем МБК-3. Далее на платке золотые усики подпаивались к выводам (штырькам) из твёрдой медной проволоки диаметром 0,4 мм, плата размещалась в алюминиевую штампованную ванночку размером 21,6×6,6 мм и глубиной 3,1 мм и заливалась эпоксидным компаундом с пластификатором. Затем было разработано восемь унифицированных типов модулей с общим названием «Квант», образующих законченный унифицированный ряд, позволяющий реализовать любые логические функции без применения других радиокомпонентов.
Маркировка этих модулей постоянно менялась в соответствии с требованиями ТУ, пока в 1968 году не вышел стандарт, устанавливающий единую в стране систему обозначений интегральных схем. 19 сентября 1970 года в ЦБПИМС были утверждены технические условия АВ0.308.014ТУ на модули «Квант-1», получившие обозначение ИС серии 116.
В состав серии входило девять микросхем: 1ХЛ161, 1ХЛ162 и 1ХЛ163 — многофункциональные цифровые схемы; 1ЛЕ161 и 1ЛЕ162 — два и четыре логических элемента 2НЕ-ИЛИ; 1ТР161 и 1ТР1162 — один и два триггера; 1УП161 — усилитель мощности, а также 1ЛП161 — логический элемент на 4 входа и 4 выхода. Каждая из этих схем имела от четырёх до семи вариантов исполнения, отличающихся напряжением выходных сигналов и нагрузочной способностью, всего было 58 типономиналов ИС.
Позднее была создана серия ИС «Квант-2» (117-я серия), которая по электрическим параметрам и принципиальным схемам полностью совпадает с 116-й серией ИС. Отличие в базовом элементе — микросхемы были сделаны на основе серии 103 (Р12-5).
В комплекте аппаратуры БЦВМ с УВВ РЭ комплекса «Купол» содержится около 20 000 штук Р12-2, Р12-5.
Система отвода тепла БЦВМ «Гном» принципиально отличается от аналогичных систем в другой бортовой аппаратуре.
ЭВМ имеют герметичные литые теплозащищенные корпуса, обеспечивающие защиту от влаги и внешнего тепла. Внутреннее тепло выводится по теплостокам с фреоном-11 с температурой кипения 24 градуса, используя теплоту парообразования с конденсацией паров фреона на внешнем коллекторе с радиатором, охлаждаемым потоком воздуха с температурой 0-25 градусов. Тепловыделение от модулей «Квант» передается по медным шинам к теплостокам. Такой комплекс конструктивных решений обеспечивает разность температур между любыми твердыми схемами в операционном блоке не превышающую двух градусов, а разность потенциалов по земляной шине не превышает 10 мв. В свою очередь, это обеспечивает устойчивую работу твердых схем и всего операционного блока при изменении напряжения питания на ± 15 % и позволило снизить требование к блоку питания.
Надёжность УВК обеспечивает:
- аппаратный контроль — испытательные диагностические программы осуществляют частичную и полную проверку УУ, проверку АУ, ПЗУ и ОЗУ.
- программный контроль — контрольный тест. Основное средство контроля — испытательная программа.
- контроль с помощью КПА — одиночный и групповой комплект наземной контрольно-проверочной аппаратуры (КПА), поставляемый эксплуатанту. В состав одиночного комплекта входят: пульт комплексной проверки (ПКП), пульт контроля и управления (ПКУ), пульт регулировки напряжения (ПРН). В состав группового комплекта КПА БЭВМ «Гном» входят: устройство контроля групповых модулей (УКМГ), устройство контроля ОЗУ (УКОЗУ), устройство контроля ПЗУ (УКПЗУ), пульт профилактического контроля (ППК), пульт преобразователя напряжения (для питания ЭВМ и КПА от промышленной сети 220 В, 50 Гц.)
Состав УВК КП-1Д-76 (на примере комплекса «Купол-76»):
- пульт выбора информации КП1-10б
- индикаторы лётчиков лев. прав. КП1-4б
- пульт управления УВК КП1-10М
- коробка распределительная КП1-17б
- коробка распределительная КП1-17в
- стойка КП1-342 с блоками:
- блок питания КП1-801
- блок электромеханический КП1-20
- блок усилителей каналов управления СИВ КП1-7
- блок электромеханический КП1-20б
- блок питания КП1-8а
- устройство ввода-вывода КП1-45А и рама для блоков
- цифровая вычислительная машина Гном-А
Источники
- Оборонпром. Сайт об истории оборонных предприятий СССР. ПРЕДПРИЯТИЯ № 101—150. НИИ-131 ГКРЭ, МРП, НИИ радиоэлектроники (НИИРЭ) МРП, ВНИИ радиоэлектронных систем (ВНИИРЭС) МРП, ВНИИ «Марс» МРП, Р-6808.
- [1] Музей электронных раритетов. Активные элементы. 102-ая и 116-ая серии
Литература
- Самолёт Ил-76. РБП ч.2 кн.3 ч.2 Раздел 062.00.00 Пилотажно-навигационный комплекс «КУПОЛ-76».
Ссылки
- [2] Виртуальный компьютерный музей
Примечания
- ↑ НИИ-131 создан в 1959 году для НИОКР в области радиолокационной техники. НИИ преобразован во Всесоюзный научно-исследовательский институт радиоэлектронных систем, а затем вошел в состав НПО «Ленинец». Основное направление деятельности: разработка радиолокационных, навигационных и вычислительных систем для авиации
- ↑ Жигулевский радиотехнический завод, условное наименование: предприятие В-8459, в н.в ОАО «Жигулевский радиозавод». Почтовый адрес: 446350 г. Жигулевск Самарской обл. ул. Радиозаводская, 1. Предприятие оборонного характера. Завод выпускал блоки системы госопознавания, радиотехнические системы ближней навигации, микромодули, микросхемы, оборудование для для самолетов МиГ, Су, Ту, Ил, вертолетов Ка, для ОК «Буран». Оборонная продукция составляла до 99 % объёма производства. В 1970-80-е годы завод являлся градообразующим предприятием. В 2002 году имело форму ФГУП, в 2003 г. акционировано и преобразовано в ОАО. По решению правительства № 22-р от 9.01.2004 г. и Указу Президента РФ № 1009 от 4.08.2004 г. ОАО вошло в число стратегических оборонных предприятий. Указом президента РФ № 1052 от 10.07.2008 г. ОАО исключено из перечня стратегических предприятий и включено в состав Корпорации «Ростехнологии»