Система отображения информации в кабине пилотов орбитального корабля "Буран" (11Ф35)

Система отображения информации представляет собой составную часть системы управления (СУ) орбитального корабля "Буран", которая разделяется на системы управления движением и навигации (СУДН) корабля, управления бортовыми системами (СУБС), управления сближением и стыковкой корабля, управления перемещением полезного груза и управления полезным грузом (СУПГ).

Количество рабочих мест зависит от требуемого состава экипажа, который определяется в соответствии с задачами полета с учетом необходимости одновременного выполнения нескольких сложных функций.

На "Буране" принята схема управления, включающая шесть рабочих мест (РМ): РМ1-2 - рабочие места командира и пилота; РМ3-6 - РМ бортинженера, управления сближением и стыковкой, управления манипуляторами (управления ПГ), управления системами ПГ. Имеются пульты в бытовом отсеке (БО), шлюзовой камере (ШК), стыковочном модуле (СМ), навигационный планшет, который устанавливается в зоне РМ4-5.

В связи с созданием специальных летающих лабораторий, стендов и самолета БТС-002 - аналог орбитального корабля для горизонтальных летных испытаний (ГЛИ) создано несколько модификаций СОИ, основные из которых:

Состав и модификации СОИ по программе "Энергия-Буран":

ЩВ - щиток верхний; ПД - приборная доска; ПДП - панель приборной доски; БПНИ - блок пилотажно-навигационной информации; ИМФ - индикатор многофункциональный; ППЛ - панель пульта левого; ППП - панель пульта правого; ПЦ - пульт центральный; "Адонис" - дисплейная система обеспечения пилотажно-навигационной информации на ВКУ; БКУСО - блок коммутации и управления средств отображения; ПТС - преобразователь трехфазный статический; ПБИ - пульт бортинженера, приставки к ПБИ: Л - левый, Ц - центральный, В - верхний; МФПУ - многофункциональный пульт управления (пульт бортового вычислительного комплекса - БЦВК), ВКУ - видеоконтрольное устройство телевизионного типа на основе ЭЛТ; ПА - пульт абонента (унифицированный пульт управления связью); ПШКК - пульт шлюзовой камеры; ПБО - пульт бытового отсека; ПСМ - пульт стыковочного модуля; УС-2 - дисплейный процессор (преобразователь цифровой информации БЦВК в ТВ-сигнал); ГЛИ - горизонтальные летные испытания; ПН - панель навигационная; ДПП - доска приборная дополнительная; ЛЛ - летающая лаборатория

СОИ РМ-1 БТС-002 (командира экипажа) в командном отсеке

Вид на приборную доску в командном отсеке БТС-002 на верхней палубе модуля кабины

СОИ РМ-2 (пилота), правый борт командного отсека БТС-002.

СОИ летающей лаборатории Ту-154ЛЛ, справа - Р.Станкявичус

В состав БТС-002 входят СОИ РМ1-3 в исполнении, приспособленном для горизонтальных летных испытаний (ГЛИ) с учетом требований ряда самолетных систем и отступлений по ряду подсистем СОИ. СОИ РМ3 и щиток приборный на РМ1-2 БТС-002 принципиально отличаются от изделий штатного корабля. Для этапа ГЛИ была разработана система регулировки яркости на основе самолетных комплектующих, а для штатного изделия - оригинальная малогабаритная цифровая система. Существенно различались и некоторые блоки обслуживания системы.

Особенности организации работ по СОИ "Бурана"

На всех российских пилотируемых космических кораблях, а также долговременных станциях "Салют", "Алмаз" и "Буран" была принята и реализована концепция единой СОИ.

Таким образом, головное предприятие по СОИ является системным интегратором, заказчиком отдельных средств отображения (СО) и органов управления (ОУ) и разработчиком приборного и эргономического интерфейсов.

Создание, изготовление и поставка СОИ всех рабочих мест для этапов ГЛИ и штатных изделий, а также создание тренажеров для подготовки экипажей было поручено специализированному ОКБ ЛИИ (г. Жуковский) - головному предприятию по СОИ и комплексным тренажерам. Коллектив предприятия имел почти 20-летний опыт работы в космонавтике и значительный опыт в авиации.

Заказчиками СОИ выступали РКК "Энергия" и НПО АП Минобщемаша, НПО "Молния" Минавиапрома. НПО АП обеспечило аппаратное и программное сопряжение СОИ с вычислительной системой. Многие вопросы по СОИ решались с ЭМЗ им. В.М.Мясищева, летчиками-испытателями отряда космонавтов ЛИИ, специалистами ЦАГИ и учеными академии им. Н.Е.Жуковского.

В качестве соисполнителей к работам по СОИ с прямым подчинением СОКБ в части работ по данной программе были привлечены Раменское приборно-конструкторское бюро (РПКБ) и Раменский приборный завод (РПЗ), Курский приборостроительный завод, СКБ часовых механизмов (г. Москва), ПО "Лтава" (г. Полтава), МЭЛЗ (г. Москва) и ряд других. Предприятия ЛНПО "Электроавтоматика" (дисплейная система "Адонис"), МПКБ "Восход" (индикаторы высотно-скоростных параметров) и ряд других, традиционно работавших по схеме, принятой в авиации, финансировались через НПО "Молния" или НПО АП и РКК "Энергия", но в техническом плане взаимодействовали с СОКБ ЛИИ. Некоторые из них, не имевшие опыта работы в космонавтике, отказывались от прямого взаимодействия с СОКБ. Это затрудняло проведение единой технической политики по СОИ, приводило к большим потерям времени у руководителей и специалистов СОКБ и головных предприятий.

Организационно сложной оказалась проблема задания требований к массе СОИ. В авиации масса традиционно задавалась на замкнутые системы. Так, индикаторы системы высотно-скоростных параметров входят в систему с одноименным названием, индикатор высоты - в состав радиовысотомера, группа пилотажно-навигационных индикаторов - в состав пилотажно-навигационного комплекса. В результате для определения массы СОИ потребовалась дополнительная работа по выделению соответствующих масс из систем. С такой проблемой космонавтика столкнулась впервые, и некоторые решения оказались неэффективными. Вследствие этого дефицит массы СОИ для штатных полетов орбитального корабля мог составить более 90 кг, или более 13% от массы, определенной техническим заданием.

Особенности конструкции СОИ

В СОИ, как правило, входят пульты или приборные доски, блоки сопряжения СО и ОУ с бортовыми системами, блоки управления режимами СОИ, блоки управления аварийно-предупредительной световой и звуковой сигнализацией, система регулировки яркости сигнализаторов, система распределения питания и защиты сети от коротких замыканий в СОИ, преобразователи информации и др.

Идентификация отдельных приборов на общей приборной доске (выполнена Константином Осиповым):

ПНП-72 - прибор навигационный плановый  предназначен для получения летчиками навигационной информации при полете в атмосфере сигналам гировертикали, радиомаяков и т.п.; производитель - Раменский приборостроительный завод;

ИП52 - индикатор положения шасси  показывает, выпущено ли шасси (горят три зеленых лампы за силуэтом самолетика), или оно убрано (горят три красных лампы внутри силуэта самолетика). Аналогичный индикатор используется на самолетах семейства Су-27; производитель Курский "Прибор";

Радиовысотомер малый высот предназначен для измерения высот в диапазоне 0-2000 м при полете в атмосфере; разработчик УПКБ "Деталь";

Барометрический высотомер показывает барометрическую высоту при полете в атмосфере;

Барометрический вариометр отслеживает вертикальный спуск/подъем при полете в атмосфере;

Комбинированный указатель перегрузки и угла атаки показывает угол атаки и перегрузку при полете в атмосфере;

Указатель истинной, приборной скорости и числа М (предположительно модификация УСИМ-1) указывает эти параметры при полете в атмосфере; разработчик - Ульяновский "Утес".

Идентификация отдельных приборов на верхнем приборном щитке (выполнена Константином Осиповым):

Развертка лицевых панелей пультов и приборной доски рабочих мест командира и пилота:

ЩВ - щиток верхний; ПД - приборная доска; ПДП - панель приборной доски; БПНИ - блок пилотажно-навигационной информации; ВКУ - видеоконтрольное устройство телевизионного типа; ППЛ - панель пульта левого; ППП - панель пульта правого; ПЦ - пульт центральный; МФПУ - многофункциональный пульт управления (пульт бортового вычислительного комплекса - БЦВК); ПА - пульт абонента (унифицированный пульт управления связью); 653Б - бортовые часы космические; пульт "Вымпел " - пульт радионавигационной системы

Выше на рисунке показана примерная компоновка (внешняя часть ЭИ) панелей ПУ и ПД СОИ РМ1-2, а ниже - компоновка пульта РМ4. Пульт СОИ РМ5 по компоновке является зеркальным отображением пульта РМ4. СОИ РМ1-6 и навигационный планшет размещены на верхней палубе кабины, остальные - в соответствующих отсеках.

Панель пульта управления сближением и стыковкой (рабочее место 4 - ручки управления движением правая и левая расположены в вырезах пульта):

МФПУ - многофункциональный пульт управления; ВКУ - видеоконтрольное устройство; ПА - пульт абонента

Основными средствами взаимодействия человека и машины на всех этапах полета являются видеоконтрольное устройство (ВКУ) КЛ-111 телевизионного типа, МФПУ, дисплейная система УС-3 ДИСК, жидкокристаллические индикаторы. На этапах спуска и посадки основное значение имеют ВКУ, дисплейная система "Адонис", электромеханические приборы.

Дисплейные системы "Адонис" и УС-3 функционально эквивалентны, но конструктивно различны. Разделение средств под орбитальные задачи и задачи спуска и посадки - пример ведомственного подхода к созданию сложных систем, преодолеть который интеграторам СОИ не удалось. Это привело к большой избыточности дисплейных средств на корабле. Тем не менее в рамках данного проекта удалось решить задачи унификации ВКУ, унификации многофункциональных пультов, пультов абонента, средств сигнализации и многое другое.

На пультах РМ1-5 размещены унифицированные многофункциональные пульты управления (МФПУ). На РМ6 их два: один для бортового центрального вычислительного комплекса (БЦВК) корабля, второй (такой же) - для БЦВК полезного груза.

МФПУ, ВКУ, дисплейные системы "Адонис" и УС-3 совместно с вычислительной системой (ВС) СУ образуют аппаратную среду бортовой диалоговой системы, программная поддержка обеспечивается ВС СУ. Это не лучшее решение. Первоначально предполагалось выделение для задач СОИ периферийной ЭВМ, но в процессе разработки от этого варианта отказались, полагая что возврат к нему произойдет в процессе эксплуатации комплекса "Энергия-Буран".

Для ведения внутренних переговоров и внешней связи на всех РМ установлены унифицированные ПА - пульты абонентов. На всех панелях и пультах используются кнопочные органы управления, созданные специализированным предприятием по заданию СОКБ для обеспечения СОИ космических кораблей и станций.

Основным конструктивным элементом пультов является несущий каркас. Каркасы приборных досок и пультов всех предшествующих кораблей - клепаные из уголков. Приборные панели, как правило, фрезерованные.

Каркасы пультов СОИ ОК впервые выполнены в виде ажурных сварных трубчатых конструкций из нержавеющей стали. Каркас приборной доски РМ1-2 состоит их четырех сварных модулей, соединяемых болтами. Пульт ПБИ имеет три разъемных сварных модуля. Все пульты выполнены в габаритах, позволяющих протаскивание пультов через люки командного отсека.

Все приборы, кроме электромеханических приборов (ЭМП) пилотажно-навигационной группы, основой конструкции которых были авиационные индикаторы, устанавливаются с лицевой стороны, обеспечивая тем самым ремонтопригодность СОИ без снятия пультов с объекта. ЭМП установлены в БПНИ, который может выдвигаться из доски, обеспечивая тем самым их съем. За приборами в каркасе размещаются блоки управления и сопряжения. Доступ к ним обеспечивается после снятия соответствующих приборов.

Все пульты имеют оригинальную схему виброзащиты, основой которой являются тросовые амортизаторы.

Эргономические особенности СОИ

Система отображения информации должна обеспечивать эффективную работу экипажа на всех участках полета ОК. Поэтому для оптимизации массово-энергетических характеристик СОИ средства, обеспечивающие работу экипажа на участках спуска и посадки, выполнены с учетом требований авиационной техники, то есть с учетом требования к работоспособности при повышенной внешней освещенности кабины. На верхнем участке полета требования по яркости те же, что и для космических станций и кораблей.

Поиск оптимальных решений по критерию массы и потребляемой электроэнергии с учетом требований по эргономике привел к тому, что одни и те же приборы, размещаемые на РМ1-2 и остальных пультах, имеют прямой и обратный контрасты, разные цвета панелей, отличные от цветов, принятых в авиации. Приборы РМ1-2 имеют встроенную регулируемую систему подсвета шкал, систему сигнализации на лампах накаливания с регулируемой яркостью. Для орбитального участка полета созданы электролюминесцентные сигнализаторы.

Блоки сигнальных табло на ЩВ или ЩПД и ДПО развернуты таким образом, чтобы работа их сигнализаторов была видна с обоих рабочих мест. При спуске и посадке бортинженер занимает положение ниже, чем при орбитальном полете, и вдоль продольной оси. Для обеспечения работы бортинженера на участке посадки одна из панелей пульта ПБИ размещается перпендикулярно основной панели и соответственно перпендикулярно оси корабля. В результате конструкция пульта получилась экзотической, нетехнологичной.

Эргономические требования к отображению пилотажно-навигационной информации на электромеханических приборах и ВКУ и затем их эффективность исследовались на динамических стендах, летающих лабораториях и непосредственно на БТС-002.

Основные характеристики СОИ

Как видно из представленных данных, космонавты как корабля "Шаттл", так и "Бурана" имеют дело с большим количеством приборов, органов управления и сигнализаторов. Площадь панелей пультов "Бурана" меньше, чем на корабле "Шаттл". Обусловлено это тем, что на "Буране" более высокий уровень автоматизации процессов контроля и управления и СОИ - с более широким применением принципов сжатия команд-информации.

СОИ РМ1-2 выполнена по самолетному принципу. Это не соответствовало методам, развиваемым в космонавтике, и, как показала дальнейшая работа, привело к необходимости разработки уникальных приборных интерфейсов для сопряжения СО с БЦВК, к необходимости введения периферийной ЭВМ СОИ и соответственно к превышению массы СОИ более, чем на 13% от заданной. Проблема массы СОИ была одной из основных при ее создании.

Предпринимались попытки снижения массы за счет применения новых материалов, микроминиатюризации отдельных подсистем. Анализ показал, что снижение массы могло быть только при условии пересмотра концепции построения СОИ, при условии дальнейшего повышения уровня интеграции СОИ и устранения большой избыточности. Первое условие было реализовано при модернизации СОИ РМ1-2.

Существенное снижение массы возможно с помощью методов оптимизации СОИ путем устранения избыточности дисплейных средств СОИ и передачи функций РМ3 рабочим местам 1 и 2, а при необходимости и на РМ4-5. СОИ других РМ оптимизированы по составу. Как правило, это двухэкранные СОИ. Здесь возможно снижение массы только при переходе на другие средства отображения (на основе ЖКИ) и тактильные органы управления.

На странице использованы материалы статьи Ю.А.Тяпченко "Система отображения информации ОК "Буран", журнал "Авиакосмическая техника и технология", N4/1998, стр.22-28

- История создания "Бурана";

- Полет "Бурана";

- Описание "Бурана" в книге "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П.Королева: 1946-1996";

- Описание "Бурана" в книге Б.И.Губанова "Триумф и трагедия "Энергии". Размышления Главного конструктора";

- Глава "Многоразовая космическая система "Энергия-Буран" из книги В.Е.Гудилина, Л.И.Слабкого "Ракетно-космические системы: история, развитие, перспективы"