СОИ “Нептун-МЭ”
Система отображения информации космического корабля “Союз ТМА”

Оглавление

1. Модернизация космического корабля
2. Экранные форматы
3. Воплощение
4. Обучающая программа СОИ “Нептун-МЭ”
5. Российский сегмент МКС

1. Модернизация космического корабля

Пусть Федот проявит прыть,
Пусть сумеет вам добыть
То-Чаво-На-Белом-Свете –
Вообче-Не-Может-Быть.
  (Леонид Филатов).

Антропометрия НАСА

В 1995 году президент РКК “Энергия” Ю.П. Семёнов по заказу НАСА решил превратить наш вечно молодой космический корабль “Союз” (“Союз Т”, “Союз ТМ”) в более комфортный – для кого? – для высокорослых американских астронавтов корабль, теперь “Союз ТМА”. Буква “А” в названии обозначала “антропометрическая модификация”. Я расшифровывал для себя “А” – американский.

Как будто  тесное купе  спального вагона  для поджарых космонавтов  в звании  капитана  или  майора  ростом 164-182 см потребовалось превратить  в штабной вагон с дубовым столом и мягкими креслами  для полковников ростом 150-190 см и весом тоже поболее.
А необходимое пространство – постановили: проще всего и прежде всего, выиграть за счёт уменьшения размеров (микроминиатюризация!) пульта космонавтов “Нептун-М” разработки нашего предприятия ещё 1985 года, фактически путём создания новой, перспективной системы индикации и сигнализации под названием “Нептун-МЭ”. Буква “Э” – “экспериментальная” или “электронная”, кому что больше нравится. Это как – был габаритный цветной телевизор “Рубин” с электронно-лучевой трубкой, который стоял в купе и мешал удобному входу и выходу, а теперь будет тонкая дисплейная панель на стенке просторного вагон-салона.
Фактически речь шла о новом, цифровом пульте управления, о цифровизации системы отображения информации.
Такое решение импонировало начальству и было принято к исполнению.
«Но это невозможно». – «Ничего-о. Отделение 2 и начальник Тяпченко сделают».

Время было непростое, обстановка аховая. Разрушенная промышленность ельцинской России была сравнима, пожалуй, только с послевоенной германской, и той и другой. Производство сложной технической продукции – как когда-то было раньше – практически отсутствовало.

И тем не менее, где финансами, где личными связями, начальник соседнего отделения № 2 нашего НИИАО Юрий Тяпченко сумел-таки сплотить, организовать производственную кооперацию для создания, на основе передовых научных принципов и на современной элементной базе, цифровой системы отображения информации (СОИ), как сказано было выше, “Нептун-МЭ”.

Никто тогда, быть может, кроме самого Тяпченко, не думал, не предполагал, что это великолепное произведение не только научно-технической мысли, но и искусства, будет создано и ещё прослужит не один десяток лет.

Следует отметить, что описанные выше серьёзные производственные процессы, происходившие на нашем предприятии, тогда пока не касались меня лично, лишь недавно закончившего совместную работу с вертолётчиками, малость пришедшего в себя после тяжёлой стадии астмы и занятого вместе с моим начальником Рудольфом Панкратовым и инженерами отдела № 17 новым, увлекательным делом – разработкой пакета электронной документации широкого профиля.

Почёт и уважение

Считаю необходимым заявить следующее.
Бегло пролистывая в памяти, на досуге, хронику прожитых лет с самого первого, 1961-го, года работы, я толково сообразил, что, помимо своей главной, тренажёрной тематики, меня весьма интересовали, в познавательном плане, проводимые в соседних подразделениях работы по пультам космонавтов (ПК), или системам индикации, сигнализации и органов ручного управления (СИС и ОРУ), или системам отображения информации (СОИ), что на мой взгляд одно и то же.
То было царство прикладной эргономики, торжество идей нашего главного конструктора средств индикации и обучающих комплексов – С.Г. Даревского.
Не скрою, «любил, как говорится, заглянуть к соседу через забор, посмотреть что там у него делается». Но и помогали мы, конечно, коллегам – когда требовалось, математикой, вычислительными средствами, или хотя бы добрым словом.

Первым и на долгое время главным шедевром космической эргономики я видел легендарный, условно гагаринский, индикатор местоположения (ИМП) под названием “Глобус”. Да, я изучал в институте теорию механизмов и машин, математические машины непрерывного действия, математическое моделирование, аналитическую механику, небесную механику. И именно потому мне представлялось совершенно необъяснимым, абсолютно непонятным, как обычные люди, инженеры и механики, смогли воспроизвести движение космического корабля по сферической карте посредством некой электромеханической системы шестерён, кулачков и дифференциалов. Причём красиво, наглядно, достаточно точно и удобно в эксплуатации.

Интересным прибором считал бы также командно-сигнальное поле (КСП) – пульт с матричным способом избирательного, “точечного” воздействия на отдельные компоненты сложного объекта управления и развёрнутой формой представления информации о состоянии каждого компонента. Этот универсальный по сути, ясный и простой по форме электромеханический прибор применялся в течение многих лет на кораблях “Союз” нескольких серий. Основу прибора составляли горизонтальные линейки нескольких (около десятка) сигнализаторов, с расположенной сбоку (обычно слева) кнопкой-клавишей выбора линейки. Несколько (тоже около десятка) расположенных одна под другой таких линеек образовывали поле, под которым находились кнопки включения и кнопки выключения конкретных компонентов управления с одновременным включением-выключением соответствующих сигнализаторов. Отличный способ сквозного, всеобъемлющего контроля и управления сложным объектом – с одного места, одним прибором.

Но самое интересное с этим уникальным прибором КСП происходило на нашем тренажёре. Вот где был настоящий, достойный вызов инженерам-системотехникам – обеспечить корректное комплексирование, эффективную совместную работу двух идентичных КСП: одного – в макете кабины, другого – на пульте инструктора. И ничего, справлялись.

Кстати, на тренажёре мы тоже не отставали по части чудес прикладной эргономики. Чего стоила установленная на пульте инструктора, ещё в те годы, действующая мнемосхема двигательной системы с изображениями баков топлива и множества реактивных двигателей разного рода, с цифровыми индикаторами текущего расхода и запаса топлива.
А рядом с ней, на пульте инструктора, находилась другая действующая мнемосхема – системы энергоснабжения корабля с изображениями солнечных батарей и различных аккумуляторов, с индикаторами тока заряда и запаса энергии.
Кое-что из этих мнемосхем заимствовали разработчики бортового оборудования для пультов космонавтов.

И вот все эти чудеса инженерной психологии и прикладной эргономики должны были теперь осуществиться в новой цифровой СОИ.

2. Экранные форматы

Не знаю точно, как и почему, но однажды, в 1995 году, Юрий Александрович Тяпченко, видимо прослышав о наработках по машинной графике моих, Рудольфа Панкратова и сотрудников отдела, подошёл к нам, рассказал всю предысторию вопроса и предложил работу по теме корабля “Союз ТМА”.
Рудольф сразу же, наотрез отказался. Видимо, сказались какие-то амбиции, были какие-то другие планы. Я согласился попробовать, после работы, по вечерам.

Юрия Александровича, прежде всего, интересовала возможность конкретной реализации средств интерактивной компьютерной графики: виртуальных кнопок (клавиш), активных зон (областей, окон), цифровых индикаторов, стрелочных приборов, сигнализаторов. Также имелась в виду реальная возможность реализации эффективного взаимодействия указанных графических объектов между собой и ручного управления указанными графическими объектами от клавиатуры компьютера и от мышки компьютера. Вроде бы перечень предъявленных требований казался несколько широковат, но к тому времени я владел всеми этими возможностями на основе использования персонального компьютера и языка программирования C++.
Немедленно я предъявил Юрию Александровичу имевшиеся у меня готовые наработки по функционирующим учебным мнемосхемам для моряков. Затем за пару дней сочинил и показал ему простейшие демонстрационные макеты управляемого секундомера и наведения на цель в поле зрения прицела.
Репутация, квалификация, компетентность, авторитет и много чего ещё, даже харизма – что ещё требуется для исполнителя.

Далее, мы обсудили возможность реализации пульта космонавтов на экране компьютера целиком или по частям. Было предельно ясно, что для воспроизведения действующего интерактивного изображения целого пульта на экране потребовался бы экран дисплея размером приблизительно метр на полтора, что было явно нереальным. Решили производить цифровое моделирование пульта по фрагментам. Приборы, индикаторы, группы сигнализаторов, панели и прочее – набрался солидный перечень. Из всего этого нужно было создать цифровые модели отдельных фрагментов пульта, которые мы в один голос назвали экранными форматами, или просто форматами.

Я сходу заявил, что синтезирую, для начала рассмотрения и обсуждения, на экране персонального компьютера предположительный формат командно-сигнального поля (КСП), а также примерные форматы бортовой системы электропитания (СЭП) и комбинированной двигательной установки (КДУ) – в виде действующих мнемосхем.

Я сделал три формата, показал. Тяпченко одобрил.
Было намечено:
- мне ознакомиться с материалами по ИнПУ,
- определить структуру формата,
- утвердить главный, или исходный, или первый формат.
И начинать разработку форматов, какие потребуются.

Началась работа.

ИнПУ

Изучив материалы по СОИ “Нептун-МЭ”, я понял, что основу данной информационной системы составляют два интегрированных пульта управления, сокращённо ИнПУ: левый и правый.

ИнПУ – это специализированный бортовой персональный компьютер, обеспечивающий ввод-вывод сигналов, параметров и команд управления бортовыми системами космического летательного аппарата, обработку и отображение компьютерной и телевизионной информации (в том числе в совмещённом режиме) на матричном электролюминесцентном экране, а также обеспечивающий преобразование отображаемой информации в телевизионный сигнал для передачи на Землю.

Характеристики экрана ИнПУ:
размер экрана 210 х 160 мм, или по диагонали 26,4 см,
разрешение 640 х 480 пикселей,
размер пикселя 0,33 х 0,33 мм,
два варианта экрана: монохромный и цветной (8 цветов).

Дополнение:
Полноцветный жидкокристаллический экран был применён в ИнПУ на кораблях серии “Союз ТМА-М”, летавших в космос начиная с 2010 года.

Три зоны экрана

У меня в голове постоянно вертелись, роились, в основном, виды индикации известного прибора – комбинированного электронного индикатора (КЭИ), картинки моих действующих мнемосхем для моряков, а также  недавно изученные мной правила оформления электронного пакета полётной документации.

Рождался формат, как способ, как вид представления информации оператору на экране компьютера.
Прежде всего, возникла мысль: у формата должна быть “шапка”, единая для всех форматов. То есть в верхней левой части формата должно быть обозначение и наименование формата, также должно быть указано время и место объекта – космического корабля. Очень желательно было бы показать в “шапке” карту мира, трассу полёта и точку местоположения корабля. Как я видел по телевидению – в ЦУПе. И конечно, основные жизненные параметры корабля.
Эта “шапка” была названа зоной приоритетной информации.

Сформировались три зоны экрана:
1. верхняя – зона приоритетной информации (ПИ);
2. центральная – зона кадровой информации (КИ);
3. нижняя – зона меню.

Зона приоритетной информации

Зона ПИ по ширине экрана (640 пикселей) была поделена мной на 8 элементов ширины приблизительно по 80 пикселей. По высоте зона ПИ была принята равной 4 строкам какого-то текста.

Всего в зоне ПИ было намечено 10 панелей.
Две центральных панели: “Сообщения” и “Картографическая информация” – были приняты двойной ширины (два элемента ширины) и высотой в 4 строки, остальные восемь панелей – одинарной ширины (один элемент ширины) и одинарной высоты в две строки.
Перечень и характеристики панелей следующие:
1. обозначение и наименование формата,
две строки текста, одна под другой:
- обозначение формата
- наименование формата
2. топливо
- слово ТОПЛИВО
- цифровое значение 0000
3. время московское
- цифровое значение крупным шрифтом высотой в две строки 00:00:00
4. секундомер
- слово СЕКУНДОМЕР
- цифровое значение крупным шрифтом высотой в две строки 00:00:00.0
5. сообщения, в том числе аварийные сообщения
6. картографическая информация, долгота, широта
7. вход-выход из тени:
две строки
- сообщения “ТЕНЬ”, “СВЕТ”, время до входа, (выхода) из тени
- 00:00:00
8. давление в спускаемом аппарате (СА)
- PСА = 000 одна строка
9. зона связи:
- сообщения “ЕСТЬ СВЯЗЬ”, “НЕТ СВЯЗИ”, время до входа в связь или до выхода из связи
- 00:00:00
10. СЭП – индикация главных параметров системы электроснабжения: ток солнечной батареи и ток нагрузки:
- I СБ = 0.0 A
- I НАГР = 0.0 A
Здесь I – девятая буква латинского алфавита.

Четыре панели под условными номерами 1-4 расположились в два столбика в левой части экрана, четыре панели под условными номерами 7-10, также в два столбика, расположились в правой части экрана.

Одни из самых длинных названий форматов были: ТОПЛИВО, ОПОВЕЩ, ПРИЧАЛ. Пришлось потрудиться, чтобы всё “упаковать”. Так запомнились; ночью разбуди, спроси, отвечу.

По результатам многомесячного, кропотливого процесса корректировки, подгонки форматов, точные значения размера ширины панелей, расположенных в один горизонтальный ряд, составили следующую последовательность чисел в пикселях:
64 94 162 154 78 88,
что в сумме составляет 640.
Удивительно, по закону красоты, левая половина зоны оказалась в точности равновеликой правой:
64 + 94 + 162 = 320
154 + 78 + 88 = 320.
Сколько же времени ушло на выравнивание несоизмеримого, подгонку несовместимого. – Настоящая погоня за ускользающей истиной. Пиксель туда-сюда, вправо-влево. В глазах то темнело, то мерцали разноцветные искры. Испортил зрение. Конечно, не только я. Исключительно тонко, ювелирно работали мои сотрудницы. Причём с большим чувством стиля и эстетики.

Зона меню

Зона меню заняла всю нижнюю часть экрана по его ширине, а по высоте была принята приблизительно равной высоте зоны ПИ.
В зоне меню были расположены виртуальные кнопки, которые использовались для включения режимов работы ИнПУ, для выбора форматов отображения, а также для работы с прибором ручного ввода информации (ПРВИ).

Зона кадровой информации

Вся остальная часть экрана, в средней его части, между зоной приоритетной информации и зоной меню, была зоной кадровой информации, которая определяла сущность, содержание конкретного формата.

Формат “КСП”

Переходя непосредственно к формату “КСП”, отмечу, что изображение прибора КСП размещалось в зоне кадровой информации и представлялось в виде прямоугольного поля сигнализаторов, по виду максимально совпадающее с полем сигнализаторов прибора КСП. При этом, слева находился столбец виртуальных кнопок выбора линеек КСП; снизу, под полем сигнализаторов, размещался ряд виртуальных кнопок подачи, включения и выключения команд управления.
Выбор каждой виртуальной кнопки решено было осуществлять наложением маркера на кнопку. Положение маркера на экране ограничивалось местами положения виртуальных кнопок, то есть маркер мог перемещаться последовательно по виртуальным кнопкам с помощью нажатий клавиш управления курсором на клавиатуре компьютера “вверх-вниз”, “влево-вправо”. Маркер изображался изменением цвета виртуальной кнопки.

Форматы “СЭП” и “КДУ”

Я синтезировал действующие, “живые” мнемосхемы бортовых систем СЭП и КДУ, но от них все заказчики сразу безо всяких объяснений отказались. Оставили только соответствующие кнопки подачи команд управления и индикаторы, цифровые и шкальные, параметров систем.

Формат 1

Я изобразил на экране в предварительном, “скелетном” виде исходный формат, он же Формат 1, или Формат Ф1, с которого начинается работа человека-оператора с форматами и который изображает иерархическое дерево всех форматов, характеризующихся по назначению и по уровню. Можно сказать, как оглавление в книге.

После этого придумал и реализовал умозрительную внутреннюю математическую имитацию логики команд и изменения параметров.
Сделал логику ручного переключения и перехода от формата к формату.
Ю.А. Тяпченко одобрил мою работу и перекачал мою программу форматов на свой ноутбук, чтобы ездить по инстанциям и демонстрировать наши предложения по СОИ “Нептун-МЭ”.

Чудо дома

По результатам работы Юрий Александрович предложил мне, для удобства взаимодействия, перейти в отделение № 2, под его начало. Я, подумав, отказался, не хотел подводить приютивший меня отдел и моего друга и начальника Рудольфа.
Ну что ж с тобой поделать. И Тяпченко дал мне в моё пользование дома, для дальнейших работ, один из первых на предприятии, мощнейший персональный компьютер класса Пентиум. Правильно были оформлены передислокация и вывоз с территории. Друзья доставили мне коробку домой, и я быстро и умело установил и наладил это чудо техники.

Формат “ВРЕМЯ”

Я в самом начале работы с форматами в верхней зоне приоритетной информации для всех форматов предусмотрел показания “дата” и “время”. При обсуждениях панель “ВРЕМЯ” осталась, дату исключили. Был введён технологический формат “ВРЕМЯ”, в котором отображались текущее московское время и текущая дата и который был запрятан далеко в угол других вспомогательных форматов. Что ж, оно и понятно.
Орбитальный космический полёт – это особая особенность. Это суетное мелькание коротких условных суток, свои входы, выходы, встречи, проводы, чёткий, беспрерывный контроль со стороны Центра управления – управления жизнью.
Формат “ВРЕМЯ” использовался нечасто. Главным образом, при включении в работу пульта “Нептун-МЭ”, – для установки начальных значений текущего, обычно московского, времени и текущей даты. После этого текущие время и дата в программе пульта постоянно вычислялись. И при входе в этот формат можно было узнать текущую дату. При необходимости же можно было скорректировать время и дату.

Драма перехода

Почему в жизни: то везёт, то не везёт.
1997 год. В одно прекрасное утро прихожу в отдел. Напомню, я тогда был в отделе Рудольфа Панкратова. Дверь нараспашку. Народу немного. Рудольф возбуждённый, наизготове, ждёт меня:
– Ты переведён в отделение № 2 Тяпченко. Приказ есть. Вот и выполняй.
– Подожди. Тяпченко дважды просил моего согласия – я отказывался. Я работал на него в нерабочее время, а здесь у тебя выполнял всё, что требовалось. Понятное дело, Тяпченко сам составил приказ и без моего согласия подписал его у начальства.
– Не знаю, не знаю. Всё. Твой стол – собственность нашего отделения № 1 и сейф тоже, и они остаются здесь. Вещички твои уже там, наверху. Виктор, вон он сидит, всё отнёс. И покажет тебе, куда идти.
– Ну как же так? У меня там были это… деньги…
– Да ладно тебе, не было там никаких денег. Будь здоров.
И удалился.
Тяпченко в тот день отсутствовал на рабочем месте.
Виктор Хромов, старший техник, студент-вечерник, сопроводил меня на шестой этаж. Лаборатория № 21, новый коллектив.

Короче  говоря,  сел  я  за  приготовленный  для меня  письменный  стол  в уютном  уголке,  в тени  огромной тёмно-зелёной монстеры. Сидел весь день, горестно обхватив голову руками, прикрыв тёплые глаза и шмыгая носом: «Сам виноват. Что-то не то делал». Кстати, вот и ответы на извечные русские вопросы.
Мелькнула мысль: и с секретными документами уже сколько лет не работаю; остался только мой чемодан со старыми тетрадями в первом отделе; не-ет, всё, решено, пора уходить; но куда?

На следующий день настроение улучшилось, я познакомился с моим новым начальником лаборатории № 21 Александровым Юрием Фёдоровичем, с ведущим инженером Белковым Аркадием Владимировичем, с замечательными сотрудницами Наташей Новиковой, Леной Батуриной и другими.
Отличный коллектив, нормальная, спокойная рабочая атмосфера.

Посещение ЦУП

Побывал я, при содействии Юрия Тяпченко, в ознакомительных целях, в Центре управления космическими полётами (ЦУП) в городе Калининграде Московской области, впоследствии город Королёв.
В первый раз, 14 августа 1997 года, в четверг, наблюдал процесс спуска корабля “Союз ТМ-25”; экипаж Циблиев, Лазуткин, возвращавшийся на Землю после полугодовой работы на станции “Мир”. Я реально ощутил всеобщее серьёзное беспокойство при физически обусловленного, заранее известного явления потери связи ЦУПа со спускаемым аппаратом, летящим в раскалённой плазме, и – наконец – чувство всеобщего радостного облегчения и дружные, восторженные аплодисменты присутствующих в “амфитеатре” в момент успешного приземления космонавтов.
Во второй раз, 15 августа 1998 года, в субботу, присутствовал в ЦУПе во время стыковки корабля “Союз ТМ-28” (экипаж Падалка, Авдеев, Батурин) с орбитальной станцией “Мир”.

Формат “ИНК”

Приступая к работе над форматами “Нептун-МЭ”, я вспомнил то необыкновенное чувство восхищения, которое испытывал всегда, наблюдая операционный зал Центра управления космическими полётами по телевизору, а в двух случаях личного посещения – и с близкого расстояния детально обозревая в операционном зале ЦУП огромный экран с красочной картой мира и трассами космических аппаратов, да ещё в сочетании со справочной текстовой информацией и живой видеоинформацией. Интересное графическое решение образа управления полётом, думал я.

Под впечатлением посещения Центра управления полётами я сделал макет формата 2Ф44 “ИНК” (индикатор навигационный космический). Изображение карты Земли в компьютерном виде, в приемлемой картографической проекции обеспечили наши сотрудники, прежде всего выпускники МИИГАиК.
Основа его так до сих пор и осталась.

САПР

Вместе с моими коллегами продолжилась работа по созданию следующих по списку экранных форматов СОИ, или видов индикации, как их стали называть по-свойски.

Типовая структура формата, стройная иерархия форматов, типовые элементы формата, плюс графический редактор и объектно-ориентированный язык программирования C++ и, конечно, наша сноровка-смекалка, как без этого, – в совокупности получилась эффективная система автоматизированного проектирования (САПР) форматов. И несколько толковых инженеров в короткий срок до полусотни форматов испекли как блины.

3. Воплощение

Программирование

Пока формировался комплект форматов на персональном компьютере, Тяпченко решал конкретные вопросы создания системы отображения информации на реальном бортовом оборудовании, с помощью вычислительной аппаратуры ИнПУ.
Он прознал о замечательном программисте, выпускнике ФАЛТ Журавлёве, работавшем в то время в ЛИИ, и попытался переманить его в своё подразделение. Тот отказался. Тогда договорились, что Журавлёв будет совмещать свою работу в ЛИИ с работой по СОИ “Нептун-МЭ” через так называемый временный творческий коллектив.
В 1998 году Журавлёв официально перешёл на работу в НИИАО.

Надо отдать должное, Алексей Журавлёв, на привычном ему языке программирования Паскаль и на языке ассемблера для процессоров Intel x86, фактически сам единолично написал и с помощью схемотехников загрузил написанные им программы функционирования СОИ “Нептун-МЭ” в интегрированные пульты управления (ИнПУ).

Комплекс программного обеспечения (ПО) системы “Нептун-МЭ” активно взаимодействовал с многочисленными внешними, реальными устройствами; некоторые из которых перечислены ниже:
клавиатура ИнПУ и блоки управления маркером (БУМ),
бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК) “Аргон-16”,
специализированный вычислитель на этапе спуска КС-020,
система управления бортовым комплексом (СУБК),
телевизионная система “Клёст”,
дисплейная система цветной электронной индикации (СЦЭИ) “Символ-Ц”,
блок ручного ввода информации (БРВИ),
система преобразования сигналов (СПС).

Прогресс

Алексей Журавлёв инициативно и энергично, вначале вместе с Тяпченко, а затем и самостоятельно, напрямую начал общаться со специалистами РКК “Энергия” и Центра подготовки космонавтов. Он согласовывал протоколы и схемы взаимодействия ИнПУ с внешними устройствами, уточнял вид, наполнение экранных форматов.

Появлялись также новые форматы. Например, были созданы форматы для режимов сближения корабля со станцией: 2Ф13 “СБЛИЖ” и 2Ф14 “ПРИЧАЛ”, которые характеризовались наличием в зоне кадровой информации рабочего окна с телевизионной картинкой наблюдаемой орбитальной станции и индикацией параметров движения.
Я, со своей стороны, предложил ввести в программный комплекс особого вида, скромный формат “АВТОРЫ”: руководитель предприятия, заказчики, куратор, разработчики форматов, главный программист. Одно время этот формат точно существовал в системе; как в дальнейшем, не знаю.

Отладка СОИ, сдача

Одновременно с проводимым программированием пультов ИнПУ СОИ “Нептун-МЭ” наше подразделение готовилось к этапу заводских и приёмо-сдаточных испытаний пультов ИнПУ и СОИ в целом.
Разрабатывался полный комплект конструкторской, технической, программной, приёмо-сдаточной и эксплуатационной документации.
В частности, появились наши конструкторские документы
«Пульт ИнПУ. Форматы отображения СТИК. 468382.002 Д7.1» 1997 года и
«Система “Нептун-МЭ”. Форматы отображения СТИК. 461276.001 Д7.3» 2000 года.
Подавались заявки на защиту авторских прав разработчиков СОИ.

Разработка СОИ сопровождалась на каждом шаге автономной отладкой и лабораторными испытаниями.
Комплекс программного обеспечения прошёл оценку на динамическом моделирующем стенде в РКК “Энергия”.
Были проведены предварительные заводские испытания и приёмо-сдаточные испытания – сдача заказчику.
Всё происходило не без проблем, но в конечном счёте было завершено полностью, качественно и в срок.

28 декабря 2000 года, точно в заданный срок, первый штатный комплект системы отображения информации “Нептун-МЭ” был отправлен на Завод экспериментального машиностроения (ЗЭМ) РКК “Энергия” – собственно предприятие-изготовитель технических средств освоения космического пространства. То есть завод, где производились, собирались и выпускались космические корабли “Союз-ТМА”.
Наш коллектив получил официальное поздравление с этим знаменательным событием.
Примечание
Наименование “штатный, штатное” применимо к изделию, прошедшему все необходимые испытания и проверки и принятому в эксплуатацию.

Полёт корабля “Союз ТМА-1”

Были сформированы экипажи корабля “Союз ТМА”.
В Центре подготовки космонавтов экипажи прошли тренировки и экзамены.
30 октября 2002 года с космодрома Байконур стартовал космический корабль “Союз ТМА-1”, с нашим пультом управления “Нептун-МЭ” на борту, доставивший 1 ноября российско-бельгийский экипаж на Международную космическую станцию (МКС).

Прожекты

Ещё в самом начале работ по “Нептун-МЭ” я деликатно, но настойчиво требовал применения в системе недавно появившегося тогда сенсорного экрана, чтобы космонавт-оператор мог нажимать виртуальные кнопки на мониторе непосредственно, напрямую пальцем руки или какой-либо указкой. Разумеется, я был не одинок в таких пожеланиях. Соответствующая исследовательская работа выполнялась; мне показывали макет устройства. Но жёсткие условия эксплуатации оборудования в космосе заставили разработчиков отказаться от этой затеи. Пришлось, как указано выше, использовать традиционное клавиатурное устройство для управления курсором-маркером на экране.

Восхищали практически неограниченные аналитические и графические возможности современной вычислительной техники. Приступив к построению форматов сближения и причаливания, я посчитал неправильным ограничиваться индикацией двух десятков абстрактных параметров движения, по которым космонавту-оператору приходилось воспроизводить в уме сложное взаимное расположение и перемещение корабля и орбитальной станции в пространстве. Подтверждением сказанного может служить пример неудачного полёта Берегового с ошибочным восприятием обстановки и неверными управляющими воздействиями.

Памятуя об этом, я синтезировал на плоскости пространственную картину фактического крена корабля и крена станции. И это изображение, как и углов тангажа и рыскания, я включил в формат “ПРИЧАЛИВАНИЕ”.
Далее. С минимальными затратами сил и средств получилось эффектное изображение процесса облёта кораблём орбитальной станции, или перестыковки корабля с одного стыковочного узла станции на другой.
Весьма важным для космонавта считал бы наглядное представление о корабле, догоняющем станцию по более низкой орбите.
Mожно было бы также наглядно изобразить – в виде путеуказателя, или навигатора, или маршрутизатора – фактическую и прогнозируемую траекторию подхода корабля к орбитальной станции по кривой погони или по другому принятому закону наведения.
А также разработать и воспроизвести на экране программно-временной индикатор вычисленных и рекомендуемых управляющих воздействий космонавта на корабль. Да хоть для каждого этапа полёта.
Однако Заказчик даже не стал рассматривать подобные художества и ограничился, по старинке, как было сказано выше, лишь одними индикаторами численных значений параметров движения, наложенными на телевизионную картинку наблюдаемой станции.

4. Обучающая программа СОИ “Нептун-МЭ”

Между тем, состав действующих форматов ИнПУ на нашем демонстрационном компьютере непрерывно рос и развивался. И однажды: «Э! – сказали мы с Юрием Александровичем Тяпченко. – Да ведь это получается настоящая обучающая программа системы “Нептун-МЭ”». На этой динамической программе-модели, с внутренним, заложенным мной математическим имитатором, в соответствии с официально принятой логикой функционирования системы, можно было выбрать любой формат, нажать любую кнопку, то есть подать команду управления, и наблюдать достоверную сигнальную и параметрическую реакцию на поданную команду.
Более того, в этой обучающей программе постоянно и непрерывно считались время и дата “полёта”, были введены приемлемые алгоритмы изменения величин запаса топлива, давления в спускаемом аппарате, тока солнечной батареи, тока нагрузки и других параметров.
Для изображения трассы полёта корабля как допущение использовался отрезок синусоиды.
По разумно упрощенным уравнениям адекватно воспроизводился процесс автоматического сближения и причаливания и формировалось условное изображение наблюдаемой орбитальной станции в активных окнах соответствующих форматов сближения и причаливания.

Что касается так называемого “штатного” комплекса программного обеспечения (ПО), загружаемого в реальный пульт “Нептун-МЭ”, то для его правильного, нормального функционирования требовалось наличие каналов связи с реальными бортовыми устройствами: БЦВК, системой управления бортовым комплексом (СУБК), телевизионной системой и проч. Поэтому в качестве обучающей программы системы “Нептун-МЭ” в границах персонального компьютера, при отсутствии значений параметров, сигналов и проч. комплекс ПО имел бы крайне ограниченное применение.

Наша обучающая программа системы “Нептун-МЭ” показала свою определённую полезность.

Российский сегмент МКС

Я удостоился чести создать программный модуль для компьютера, находившегося в российском сегменте Международной космической станции (МКС). Вообще-то, ничего особенного. Просто Тяпченко подошёл и попросил написать исходный код, на любом языке программирования, для реализации электронного журнала регистрации обмена командно-сигнальной информацией между компьютером системы отображения информации (СОИ) и компьютером системы управления бортовым комплексом (СУБК). Всю остальную работу по включению формата “ЖУРНАЛ” в состав СОИ нашей разработки выполнит главный программист. Я с готовностью согласился. Обычное дело в пограничных спорах. Я не стал вникать в подробности того, как два крупных программиста не смогли определиться, «кому не делать».

Разработка и отладка программного модуля

Ознакомился я с требованиями к нашей СОИ, с экранными характеристиками СОИ, с составом обменной командно-сигнальной информации СОИ, с Перечнем терминов, аббревиатур и сокращений, принятых в СОИ. Согласовал с руководством предложенный мной эскиз страницы электронного журнала, в виде таблицы, с автоматическими ранжированием, категорированием и индексацией команд и сигналов. Написал исходный код программного модуля “ЖУРНАЛ” на языке программирования C++. Отладил на персональном компьютере работу модуля совместно с имитацией вычислительной среды, продемонстрировал работу руководству. Передал в заданный срок исходный код модуля “ЖУРНАЛ” главному программисту.
Работа была выполнена.

Функционально-грузовой блок “Заря” – первый модуль Российского сегмента Международной космической станции (МКС) и первый модуль всей станции – был запущен на орбиту 20 ноября 1998 года.
Ну наверное, я так полагаю: с кусочком моей программы на борту.

Дополнительно, привожу по памяти, список известных мне разработчиков, кроме меня, системы отображения информации “Нептун-МЭ”, в алфавитном порядке:
Александров Ю.Ф.
Батурина Е.А.
Белков А.В.
Крахмалёва Е.Э.
Новикова Н.А.
Главный программист Журавлёв А.Г.
Руководитель работ Тяпченко Ю.А.
Это помимо руководства нашего предприятия, сотрудников технических служб нашего предприятия, представительства заказчика. А также специалистов РКК “Энергия” и других смежных предприятий.

Пояснение
Настоящее повествование “Система Нептун” является публикацией
отдельно взятой, избранной главы «8.4. СОИ “Нептун-МЭ”»
из моего автобиографического произведения “Часть 8. 1991-2000. Спуск? Моя дорога в Космос”,
всё на моей авторской странице eknikonov.

Персоналии

Начальство НИИАО:
Абрамов Борис Михайлович, род. 3 июля 1933 года, ум. 21 января 2024 года, выпускник МЭИ (1956), работал в ЛИИ, с 1983-го по 1990 год – первый заместитель начальника НИИАО, с 1990-го по 2005 год – начальник НИИАО, д.т.н.
Сучков Виталий Николаевич, род. 30 мая 1926 года, ум. 26 декабря 2018 года, заместитель начальника НИИАО, лауреат Государственной премии.
Бородин Сергей Александрович, род. 7 октября 1935 года, ум. 11 июня 2013 года, заместитель начальника НИИАО – главный конструктор.
Марченко Станислав Тарасович, род. 6 октября 1930 года, ум. 14 мая 2022 года, выпускник МЭИ (1956), заместитель главного конструктора, лауреат Государственной премии СССР (1961).
Тяпченко Юрий Александрович, 26 марта 1938 г.р., выпускник МЭИ (1961), с 1993 года – начальник отделения № 2.

Отделение № 2 НИИАО:
Александров Юрий Фёдорович, род. 24 декабря 1941 года, ум. 14 апреля 2006 года, начальник лаборатории.
Батурина Елена Анатольевна, 10 июля 1959 г.р., инженер.
Белков Аркадий Владимирович, род. 8 сентября 1940 года, ум. 19 сентября 2017 года, ведущий инженер.
Крахмалёва Екатерина Эдгаровна, 21 июля 1966 г.р., инженер.
Новикова Наталия Анатольевна, род. 10 декабря 1938 года, ум. 31 января 2022 года, старший инженер.

Сокращения

БРВИ – блок ручного ввода информации.
БУМ – блок управления маркером.
БЦВК – бортовой цифровой вычислительный комплекс.
ЗЭМ – Завод экспериментального машиностроения.
ИМП – индикатор местоположения.
ИНК – индикатор навигационный космический.
ИнПУ – интегрированный пульт управления.
КДУ – комбинированная двигательная установка.
КИ – кадровая информация.
КК – космический корабль.
КСП – командно-сигнальное поле.
КЭИ – комбинированный электронный индикатор.
ЛИИ – Лётно-исследовательский институт.
МКС – Международная космическая станция.
НАСА – Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, английское сокращение NASA.
НИИАО – Научно-исследовательский институт авиационного оборудования.
ПИ – приоритетная информация.
ПК – пульт космонавта.
ПО – программное обеспечение.
ПРВИ – пульт ручного ввода информации.
РКК – Ракетно-космическая корпорация.
СА – спускаемый аппарат.
СОИ – система отображения информации.
СПС – система преобразования сигналов.
ССВП – система стыковки и внутреннего перехода.
СУБК – система управления бортовым комплексом.
СЦЭИ – система цветной электронной индикации.
СЭП – система энергопитания.
ФАЛТ – факультет аэромеханики и летательной техники.
ЦВМ – цифровая вычислительная машина.
ЦПК – Центр подготовки космонавтов.
ЦУП – центр управления полётами.
ЭВМ – электронная вычислительная машина.

Библиография

Тяпченко Ю.А. Пилотируемая космонавтика и рядом с ней: Мемуары, рассказы. 2015. 512 с.
Тяпченко Ю.А. Пилотируемая космонавтика и рядом с ней: книга 2. М.: Издательство Российского союза писателей, 2016. 760 с.
Тяпченко Ю.А. Системы отображения информации пилотируемых космических аппаратов. М.: ИД Академии имени Н.Е. Жуковского, 2021. 716 с.

Формат космического навигационного индикатора: патент на полезную модель № 29581; 7 G 01 C 23/00 / Ю.А. Тяпченко, Ю.Ф. Александров, Е.А. Батурина, А.В. Белков, А.Г. Журавлёв, Е.Э. Крахмалёва, Е.К. Никонов, Н.А. Новикова, Л.И. Комарова (RU); заявитель и правообладатель ФГУП НИИ авиационного оборудования (RU). № 2002118951/20, заявл. 19.07.2002, опубл. RU БИМП № 14 20.05.2003.

Программный комплекс диалоговой системы отображения информации транспортного космического корабля типа «Союз-ТМА»: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2002610077 / Ю.А. Тяпченко, А.Г. Журавлёв, Ю.Ф. Александров, В.Л. Захаров, Е.К. Никонов, А.В. Белков,
Н.А. Новикова, Е.А. Батурина, Е.Э. Крахмалёва, А.И. Корнев, Ю.А. Расторгуев, Л.И. Комарова, А.С. Мисютин, А.В. Зеленков (RU); заявитель и правообладатель ЗАО «НТЦ “Альфа-М”» (RU). № 2001611799, заявл. 25.12.2001, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ г. Москвы 23.01.2002.

Программа отображения информации интегрированного пульта управления: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2002610798 / В.И. Безроднов, Ю.Ф. Александров, Р.К. Андриянов, Е.А. Батурина, Е.И. Бондарев, М.В. Великовский, В.Л. Захаров, Е.Э. Крахмалёва, А.С. Мисютин, Е.К. Никонов, Н.А. Новикова, Н.А. Титова, В.М. Тихомиров, О.В. Трошина, Ю.А. Тяпченко, Е.А. Черноиванова, В.И. Шмелёв (RU); заявитель и правообладатель ФГУП НИИ авиационного оборудования (RU). № 2002610674, заявл. 25.04.2002, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ г. Москвы 23.05.2002.

Система автоматизированного проектирования видов индикации диалоговой системы отображения информации транспортного космического корабля: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2002611930 / Тяпченко Ю. А., Александров Ю. Ф., Батурина Е. А., Белков А.В., Журавлев А. Г., Крахмалёва Е.Э., Никонов Е. К. (RU); заявитель и правообладатель ФГУП НИИАО (RU); -№ 2002611687, заявл. 23.09.2002 г., зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ, г. Москва 15.11.2002 г.

Обучающая программа системы отображения информации транспортного космического корабля типа «Союз-ТМА»: свидетельство об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2003610226 / Ю.А. Тяпченко, А.Г. Журавлёв, Е.К. Никонов (RU); заявитель и правообладатель ЗАО «НТЦ “Альфа-М”» (RU).
№ 2002612979, заявл. 25.11.2002, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ г. Москвы 22.01.2003.

Обучающая программа пульта космонавтов КК «Союз-ТМА»
Авторы программы: Е.К. Никонов, А.Г. Журавлёв, А.В. Белков, Е.А. Батурина.
Программа представлена от имени авторов Ю.А. Тяпченко.
Статьи (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/prog.htm

Обучающая программа пульта космонавтов космического корабля «Союз-ТМА»
Ю.А. Тяпченко, Е.К. Никонов, А.Г. Журавлев (НИИАО г. Жуковский Моск. обл. — ОАО “Альфа-М” г. Раменское Моск. обл.)
От имени авторов представлена Ю.А. Тяпченко.
Обучающая программа пульта космонавтов космического корабля «Союз-ТМА» (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/article/ar-instr.htm

Юрий Александрович Тяпченко
Ю.А.Тяпченко (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/author/list-tyapchenko.htm?reload_coolmenus

Евгений Константинович Никонов
Автор отзыва – Ю.А. Тяпченко
Авторы обучающей программы пульта космонавтов космического корабля «Союз-ТМА»: Е.К.Никонов (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/text/nikonov.htm?reload_coolmenus

Алексей Геннадьевич Журавлёв
Авторы обучающей программы пульта космонавтов космического корабля «Союз-ТМА»: А.Г.Журавлев (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/text/zhuravlev.htm?reload_coolmenus

Аркадий Владимирович Белков
Авторы обучающей программы пульта космонавтов космического корабля «Союз-ТМА»: А.В.Белков (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/text/belkov.htm?reload_coolmenus

Елена Анатольевна Батурина
Авторы обучающей программы пульта космонавтов космического корабля «Союз-ТМА»: Е.А.Батурина (astronaut.ru)

http://www.astronaut.ru/bookcase/text/baturina.htm?reload_coolmenus