В статье проанализированы основные отечественные телеметрические системы (ТС), применяемые в ракетно-космической технике, их характеристики, а также изделия, на которых ТС применялись. В хронологическом порядке показаны изменяющиеся требования к построению ТС, способствующие преобразованию облика, усовершенствованию параметров ТС, появлению новых функциональных блоков. Приведены варианты ТС, используемые на современных ракетоносителях.
Ключевые слова:история телеметрии, телеизмерение, телеметрическая система
История телеметрии в ракетной технике берет свое начало с исследования немецкой баллистической ракеты V-2, части которой впервые попали в руки советских инженеров в 1944 г. Оперативный анализ увиденного сразу дал понять — немецкое ракетостроение ушло заметно вперед в сравнении с отечественным. Огромный интерес представляло все попадавшееся на глаза, в том числе организация системы управления, двигательная установка, использованные компоненты топлива, а также система телеизмерений — «Мессина». В связи с тем, что на борту советских ракет аппаратуры, выполняющей подобные функции, не было, было принято решение досконально изучить принцип ее действия, входящие узлы, а также оборудования для приема и обработки снятой информации на Земле.
Для выполнения вышеперечисленных задач на территорию бывшего противника стали направляться исследовательские группы, одними из членов которых были наши будущие главные конструкторы, — С. П. Королев, Б. Е. Черток, Н. А. Пилюгин [1]. Полученная информация стала основополагающей для становления нового направления систем, сопутствующих отработке и обеспечению пусков ракет. Дальнейшее развитие ракетной техники при делении изделия на отдельные узлы и агрегаты стало невозможным без установки на борту средств телеметрии.
Таким образом, за точку отсчета в становлении отечественной телеметрии следует принять анализ немецкой ракеты V-2 телеметрической системы (ТС) «Мессина» (1944 г.).
Данная система обладала следующими параметрами:
- включала четыре измерительных канала;
- имела частотное разделение каналов;
- обладала частотой опроса одного канала — 2 кГц;
- регистрировалась наземной аппаратурой на фотоленте.
Конечно, после освоения иностранной ТС сразу приступили к созданию отечественной. Первая система получила название «Бразилионит», главным разработчиком которой являлся Г. И. Дегтяренко. Новая ТС была подобной изученной, но вместо четырех в ней присутствовало уже восемь измерительных каналов. Естественно, такого малого количества каналов катастрофически не хватало для обеспечения полета ракеты измерениями, в связи с чем попутно велись разработки новых ТС. В это время еще не применялись коммутаторы, реализующие функции подключения нескольких параметров (датчиков) на один канал, к реализации чего быстро пришли, ведь «медленные» параметры (температура, давление) незачем измерять с такой частотой. Разработанные коммутаторы позволяли реализовать циклическое подключение до 20 параметров на один измерительный канал. Отсюда вторым этапом развития отечественной телеметрии стало создание первой ТС «Бразилионит» — 1947 г.
Год 1949 запомнился появлением ТС «Дон-1», главным конструктором которой являлся Е. Я. Богуславский [1]. Появившаяся первая баллистическая ракета производства СССР получила название — «Р-1». Данная ракета, так же как и первая отечественная ТС, представляла собой подобие немецкого, исследуемого ранее, аналога. Стремительно шли разработки новой ракетной техники, и повторение немецкой техники уже не было необходимостью. Параметры созданной ТС «Дон-1» намного превосходили предыдущие системы:
- информативность — 1000 изм/с;
- 16 измерительных каналов;
- временное разделение каналов;
- наличие электронного коммутатора;
- частота опроса канала — от 62,5 Гц.
Кроме того, появилась канальная калибровка — максимум и минимум измерительной шкалы. Питание ТС осуществлялось от батареи, напряжением 27 В, за питание датчиков также отвечала батарея, но 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.
Время шло, разрабатывались новые ракеты, увеличивались требования к телеметрии, возрастали объемы измерений, совершенствовались бортовые и наземные средства. Постепенно с 16-ти каналов перешли к 32-м, калибровка осуществлялась не в шкале каждого измерительного канала: для нее отвели два независимых канала, питание ТС стало автономным. В связи с тем, что в ТС «Дон-1» отсутствовала возможность измерения вибраций по причине малой частоты опроса каналов, решение данного вопроса оставалось открытым. Для решения проблемы была создана система «МАРС» — магнитная автономная регистрирующая система, осуществлявшая запись вибраций на магнитную ленту прямо на борту. Частота опроса по каналу равнялась 2 кГц, имелось всего шесть каналов, что оказалось крайне мало. На смену ей пришла система регистрации «Спрут», имевшая уже восемь каналов с частотой опроса до 16 кГц.
В период с 1950 по 1956 гг. шли разнообразные разработки ТС[1], отличающиеся числом каналов, точностью измерений, дальностью радиосвязи и др. Среди них выделялись:
- система «Трал», предоставлявшая потребителю 48 измерительных каналов, обладающая общей информативностью 6000 изм/с, отличающаяся оригинальной на тот момент конструкцией — к блоку-распределителю с одной стороны подключались датчики, а с другой стороны шел кабель к блоку формирования кадра, благодаря чему можно было проверить целостность бортовой кабельной сети системы измерений;
- системы РТС-3, РТС-4, РТС-6 отличающиеся, прежде всего, своим предназначением (баллистические ракеты, ракеты типа «воздух-воздух», «воздух-земля», противотанковое оружие) и, следовательно, массогабаритными характеристиками: 15,8 кг, 6 кг и 600 г соответственно.
Таким образом, при стендовых, а затем и летных испытаниях ракетчикам на выбор предоставлялся широкий выбор систем для измерения «быстрых» и «медленных» процессов, существовала возможность устанавливать различные автономные регистраторы, наземные средства приобретали общий вид. Исследовательские группы подходили к реализации высокоинформативной радиолинии АИМ-ЧМ.
Настоящей проверкой работы телеметристов должна была стать первая межконтинентальная ракета «Р-7». Объем измерений в сравнении с предыдущими изделиями возрос в десятки раз. Естественно, ни одна ТС того времени не могла разрешить данную проблему. Было принято решение использовать несколько комплектов ТС «Трал», ставшей в результате основной на ближайшие годы.
В 1959 г. прошла государственные испытания система «Старт» — впервые осуществившая регистрацию измерений на магнитную ленту. Запись и последующее воспроизведение результатов измерений с магнитной ленты стало также основным видом регистрации на долгое время (некоторые наземные средства и по сей день используют подобный принцип).
В 1962 г. была разработана бортовая информационно-телеметрическая система (БИТС) «БРС-4» [2], обладающая следующими основными характеристиками:
- информативностью — 320 000 изм/с;
- количеством измерительных каналов — 40;
- частотой опроса каналов — до 2 кГц;
- передающим устройством, работающим, в том числе на метровых MI, MII, MIII и дециметровых ДII диапазонах радиоволн.
Позднее БИТС «БРС-4» была усовершенствована и стала совмещенной — могла обеспечивать измерения как «быстрых», так и «медленных» параметров, что способствовало сокращению аппаратуры на борту ракеты ввиду ненадобности установки автономных регистраторов вибропроцессов. В рассматриваемой ТС были реализованы ступени коммутации — появились локальный и основной коммутаторы. К «быстрым» каналам основного коммутатора можно было подключать несколько «медленных» датчиков, что позволяло увеличить общее число абонентов для измерений. Была реализована возможность передачи цифровых данных двух- или четырехпозиционным кодом, что также увеличило количество подключаемых датчиков.
В дальнейшем стали создаваться варианты БИТС «БРС-4» — «Сириус», а позже «Скут», устанавливаемые и по сей день на изделиях ракетно-космической отрасли и использующие в работе телеметрический кадр «Скут». Данный кадр представляет 40 каналов, из которых 36 являются информационными, а четыре — служебными (маркеры, калибровочные уровни). Для передачи информации с борта на Землю используется принцип АИМ/КИМ2,4-ЧМ [2], т. е. применен аналоговый или аналогово-цифровой метод. В состав аппаратуры входит также запоминающее устройство.
Кроме описанной выше ТС «Скут», в настоящее время на готовящейся к первому пуску РН «Ангара» планируется установка «Орбиты IV», телеметрической системы, использующей цифровой метод передачи информации. При этом она обладает общей информативностью 3,14 Мбит/с. Данная ТС также, как и «Скут», имеет свой ставший эталонным одноименный телеметрический кадр.
Телеметрия, как известно, применяется во всех сферах жизнедеятельности человека, где необходимы измерения. В зависимости от требований по числу передаваемых параметров, частоте опроса датчиков различных измерений, массогабаритным показателям ТС может менять свою структуру в зависимости от требований заказчика. Ввиду бурного развития микроэлектроники, появления новых алгоритмов, методов обработки данных, уменьшения вероятности погрешностей измерений — оборудование, а в том числе и ТС, постоянно совершенствуются, модернизируются. Не случайно, что за несколько лет можно сделать совершенно новую ТС по заданным требованиям. В советское время, в самом начале становления и развития ракетно-космической отрасли каждая новая разработанная ТС становилась масштабным событием. О недавно изобретенной ТС сейчас знает лишь заказчик и исполнитель, а также узкий круг специалистов.
Литература:
1. Сковорода-Лузин В. И. Телеметрия. Глаза и уши Главного конструктора / В. И. Сковорода-Лузин. — М.: ООО «Оверлей», 2009. — 320 с.
2. Назаров А. В. Современная телеметрия в теории и на практике. Учебный курс / А. В. Назаров, Г. И. Козырев, И. В. Шитов и др. — СПб.: Наука и Техника, 2007. — 672 с.
