Бортовая архитектура изделия ГЛБ-1

1. Назначение и общее устройство

Изделие ГЛБ-1 — автономный аппарат наблюдения ближней зоны с неограниченным временем нахождения на позиции, самостоятельной дозаправкой и полным отсутствием внешнего управления. Настоящий лист описывает состав бортовой аппаратуры и связи между блоками. Работа отдельных узлов вынесена в профильные листы.

Архитектура централизованная. Все вычисления, кроме обработки изображения, выполняет ЦВМ-3; обмен между блоками идет по единой цифровой шине ШД-1. Дублирование каналов не предусмотрено ни по одной подсистеме: отказ любого блока, кроме одного оптического модуля из двух, выводит изделие из эксплуатации.

Состав аппаратуры, приведенный в настоящем листе, относится к изделию ГЛБ-1. На изделии ВРН-7, также числящемся в применяемости, аппаратура иная: снаряженная масса 460…690 г, плат одиннадцать — восемь своих и три контрактных, энергоустановка БХП-9 длительной мощностью 8,54 Вт, вычислитель ЦВМ-9 с циклом управления 2 мс, нейровычислитель НВ-9, шина ШД-9 проложена в двух ветвях (единственное изделие номенклатуры с резервированной шиной), приводы несущих плоскостей ПМ-9 и ПМ-10 с частотой 3,5…5,5 Гц, крейсерская скорость 50…60 км/ч, норма заправки 40…48 г/сут. Ведомость блоков и плат ВРН-7 приведена в РЭ 18, вычислительный контур — в РЭ 21.

2. Структурная схема и состав блоков

Аппаратура разбита на четыре контура: вычислительный, энергетический, приводной и датчиковый. Контуры связаны шиной ШД-1, силовые линии проложены отдельно и на шину не заводятся.

Компоновка плотная. Свободного объема внутри корпуса нет: вычислительный контур размещен в головном отсеке вместе с оптическими модулями, энергетический — в центральной части, приводной распределен по силовому набору. Доступ к блокам без разрушения корпуса невозможен, см. раздел 22.

3. Ведомость плат и модулей

Аппаратура изделия собрана на десяти платах. Платы установлены на общем силовом наборе, межплатные соединения выполнены пайкой шлейфов напрямую: разъемов в конструкции нет ни одного, см. раздел о ремонтопригодности.

Рис. 1. Изделие ГЛБ-1 на разборочной операции, монтажный стол участка входного контроля. Слева — сборочный чертеж с обозначением опытного образца PX-4, под которым изделие проходило по документации до присвоения индекса ГЛБ-1; спецификация чертежа приведена в старой редакции и с текущей ведомостью не сходится. В правой части стола разложены платы: верхний ряд — модули МО-5 с установленными оптическими модулями, ниже МВ-3, МН-4 и МШ-1, отдельной группой силовые МПР-2 с накопителями. Приводные группы, шарниры несущих плоскостей и межплатные шлейфы разложены по зонам стола в порядке съема.

4. Разделение по производству

Разделение проведено по двум признакам: влияет ли узел на живучесть изделия и поддается ли он сплошному входному контролю. Узлы, критичные по живучести и не проверяемые без разрушения, изготавливаются на собственной площадке. Остальное размещено по кооперации.

Кристаллы для плат собственной разработки изготавливаются по контракту на сторонней площадке: собственного производства по органическому маршруту бюро не имеет и в обозримом периоде иметь не планирует. Передается топология без описания назначения, сборка и прошивка выполняются на своей площадке.

5. Покупные компоненты и замещение

Доля покупных компонентов в изделии составляет 38% по стоимости. Основная нагрузка приходится на модуль питания МП-2 и датчиковый МД-1. Обе платы пережили полную смену элементной базы в период срыва поставок 2022…2023 годов.

Партия конденсаторов 2024 года заслуживает отдельного разбора. Отклонение по эквивалентному последовательному сопротивлению не выявлялось входным контролем при нормальной температуре и проявлялось ниже минус 20 °C: контур заряда переставал держать ток, накопитель НЭ-2 не восполнялся, и изделие теряло способность к взлету за двое-трое суток устойчивого мороза.

Изделия этой партии, выпущенные весной, отработали лето штатно и выбыли в первую же зиму. Отзыв партии технически невозможен: радиоканала на борту нет, изделие в поле команд не принимает и на площадку не возвращается. Партия была списана по факту естественной убыли.

6. Ревизии плат и совместимость

Платы разных ревизий между собой не совместимы. Совместимость не поддерживается сознательно: изделие собирается одним комплектом ревизий и в дальнейшем не переукомплектовывается, поэтому обратная совместимость никому не нужна и в требования не закладывалась.

Пакет бортового программного обеспечения привязан к ревизии платы МВ-3 и к ее серийному номеру. Пакет, снятый с одного изделия, на другом не запускается, даже если ревизии совпадают: привязка выполняется на этапе выпуска и снятию не подлежит.

Определить ревизию плат конкретного изделия внешним осмотром нельзя. Косвенный признак — цикл управления: изделия с платой ревизии 2.х заметно медленнее реагируют на сближение и хуже выполняют разворот на малой высоте.

7. Входной контроль и отбраковка

Входной контроль покупных плат выборочный, объем выборки 2% партии. Сплошной контроль не ведется: стоимость проверки одной платы МД-1 сопоставима со стоимостью самой платы, а отбраковка в эксплуатации обходится дешевле за счет заложенной убыли партии в первый год, см. РЭ 05.

Отдельная статья отбраковки — перемаркированные компоненты. В 2024 году в партии модулей МВ-3 выявлены кристаллы энергонезависимой памяти с заявленным объемом, вчетверо превышающим фактический. Дефект не выявлялся ни визуально, ни электрически: контроллер памяти сообщал заявленный объем и принимал запись, теряя данные при переполнении.

Практическое следствие: у изделий этой партии бортовой журнал вместо заявленных 90 суток хранит около 11. На работоспособность изделия это не влияет, поскольку журнал в эксплуатации не считывается, но разбор отказов по таким изделиям невозможен. Поставщик кристаллов заменен, партия оставлена в эксплуатации.

8. Центральная вычислительная машина ЦВМ-3

ЦВМ-3 ведет управление изделием в реальном времени: обработка данных датчикового контура, формирование команд на приводы, планирование маршрута, распределение мощности и арбитраж шины. Машина работает без операционной системы общего назначения; задачи выполняются в жестком цикле с фиксированным бюджетом времени.

Цикл управления в 4 мс задает верхнюю границу быстродействия всей машины. Именно он определяет, почему изделие не корректирует фазу переноса головы при кивании: команда выдается на один цикл, а сам перенос длится 35…60 мс, то есть девять-пятнадцать циклов, и полный оборот по оптическому каналу в этот бюджет не укладывается. Разбор — в РЭ 04.

Приоритеты в цикле распределены жестко и перестройке не подлежат: первым обслуживается контур ухода от контакта, вторым — стабилизация и полет, третьим — навигация, последним — задачи заправки. При перегрузке низкоприоритетные задачи снимаются целиком, а не замедляются.

9. Нейровычислитель НВ-4

НВ-4 обслуживает задачи, не сводимые к прямому расчету: классификация объектов, оценка обстановки, распознавание оператора, выбор точки посадки. Работает по запросу от ЦВМ-3 и в фоновом режиме не задействуется.

Ограничение по мощности — определяющее. В маршевом полете приводной контур выбирает до 90% располагаемой мощности, и НВ-4 в этот период не запускается вовсе. Отсюда наблюдаемое поведение: решение о точке посадки изделие принимает до начала снижения, а не в процессе, и от принятого решения на глиссаде не отказывается.

10. Шина данных ШД-1

Обмен между блоками ведется по единой двухпроводной шине с общим арбитром. Топология — магистральная, с отводами к каждому абоненту; выделенных линий между блоками нет, кроме силовых.

Бюджет задержек рассчитан так, чтобы данные датчикового контура успевали к началу очередного цикла управления: 2 мс на шину при цикле 4 мс. Превышение бюджета фиксируется блоком самодиагностики и трактуется как отказ шины, а не как задержка.

Отсутствие резервирования — сознательное решение по массе. Второй комплект шины прибавил бы к снаряженной массе около 4 г, что при располагаемой мощности приводов недопустимо. Обрыв шины выводит изделие из эксплуатации немедленно и полностью.

11. Энергоустановка БХП-3

Источником энергии служит преобразователь прямого окисления БХП-3. Установка перерабатывает твердое органическое топливо, поступающее через приемный тракт, в электрическую мощность и тепло. Отдельного аккумулятора с внешней зарядкой изделие не имеет.

Ключевая особенность установки: длительная мощность 5,5 Вт заметно ниже пиковой потребности приводов. Разрыв покрывается накопителем НЭ-2, который заряжается в покое и разряжается на взлете. Отсюда наблюдаемая картина: изделие не может взлетать часто и подряд, между взлетами ему требуется пауза на восстановление заряда.

12. Накопитель НЭ-2 и режимы потребления

НЭ-2 сглаживает разрыв между постоянной мощностью преобразователя и импульсным потреблением приводного контура. Емкости накопителя хватает на 90…140 с маршевого полета при полном заряде.

Последняя строка объясняет поведение, которое ошибочно принимают за отсутствие страха: изделие, отходящее от оператора пешком и не взлетающее при сближении, не игнорирует его, а не располагает мощностью на взлет. Такое изделие уязвимо, и его сближение с оператором вынужденное.

13. Тепловой режим

Рабочая температура вычислительного ядра — 40…42 °C, то есть выше температуры окружающей среды практически во всем диапазоне эксплуатации. Контур ТРК-2 работает на сброс избыточного тепла преобразователя и на подогрев при отрицательных температурах.

При отрицательных температурах подогрев конкурирует с приводным контуром за мощность, и суточный расход топлива растет в полтора-два раза. Это основная причина сокращения наработки при работе за пределами диапазона, см. РЭ 05.

14. Маршевые приводы и режимы полета

Тяга создается двумя маршевыми приводами ПМ-1 и ПМ-2, работающими на несущие плоскости. Приводы линейного действия, управление раздельное, частота задается ЦВМ-3 и в полете меняется непрерывно.

Разгонная характеристика привода определяет манеру ухода от контакта: изделие уходит резко, с максимальной мощностью в первые 2…3 с, затем переходит на экономичный режим. Расход накопителя на такой уход составляет до четверти емкости, поэтому повторный уход в течение минуты изделие выполняет уже с меньшей энергичностью.

Раздельное управление приводами дает изделию угловую скорость разворота, недостижимую для аппаратов сравнимой массы с общим приводом. Маневр выполняется рассогласованием мощности между ПМ-1 и ПМ-2 без участия рулевой группы.

15. Рулевые приводы, опоры и захват

Рулевая группа ПР-4 работает на хвостовую плоскость и обеспечивает управление по тангажу и курсу на малых скоростях, а также торможение на посадке. На маршевом режиме группа удерживает плоскость в сложенном положении и мощности практически не потребляет.

Приводы опор ПО-2 обслуживают ходовую часть и механизм захвата. Захват выполнен по схеме с самозатягиванием: усилие удержания создается массой изделия, а не приводом, поэтому удержание на опоре мощности не требует и продолжается в обесточенном состоянии.

16. Датчиковая аппаратура

Барометрический датчик БД-1 имеет разрешение, достаточное для регистрации перепада высоты в единицы сантиметров, и работает не только по высоте: он же обслуживает регистрацию инфразвука в диапазоне от долей герца, что дает изделию предупреждение о смене погоды за 10…20 ч.

Магнитометрический блок БМ-2 конструктивно вынесен в головной отсек и работает совместно с оптическими модулями: данные курса накладываются на кадр на этапе обработки в ОРБ-5, см. РЭ 03. При полном затемнении наложение не формируется, и курс ведется счислением по БИНС-1 с накоплением ошибки.

17. Радиоканал

Радиоканал на изделиях текущих серий отсутствует. Приемо-передающая аппаратура снята с изделий первого поколения и в новых сериях не устанавливается. Изделие не принимает команд, не передает данные и не может быть обнаружено по излучению.

Отказ от канала дал изделию главное эксплуатационное свойство — необнаруживаемость средствами радиоконтроля. Платой стала невозможность оперативного вмешательства: изделие, выпущенное на объект, выполняет программу до отказа и отзыву не подлежит.

18. Программное обеспечение изделия

Все подсистемы изделия работают под управлением единого программного пакета. Подрядчиком поставляется весь программный слой без исключения: первичный загрузчик, микрокод вычислителя ЦВМ-3, драйверы абонентов шины, полетный контур, навигация, обработка изображения, энергоменеджмент и логика принятия решений. Собственного программного обеспечения в изделии нет ни на одном уровне. Бюро отвечает за аппаратную часть и планер.

Подсистемы поставляются одним пакетом и по отдельности не обновляются. Совместимость версий между подсистемами не поддерживается: изделие работает либо на полном пакете одной редакции, либо не работает. Пакет привязан к ревизии и серийному номеру платы МВ-3, снятию и переносу на другое изделие не подлежит, см. раздел 6.

19. Ведомость редакций пакета

Различия в поведении изделий, которые наблюдатели относят к характеру конкретной единицы, в подавляющем большинстве случаев объясняются редакцией пакета. Изделия старых партий уходят с позиции раньше и чаще, изделия текущей редакции подпускают ближе и уходят позже, но резче.

20. Самодиагностика и журнал отказов

Блок БСД-1 опрашивает состояние всех абонентов шины дважды в секунду и ведет журнал в энергонезависимой памяти ЦВМ-3 глубиной 90 суток. Журнал предназначен для разбора отказов на этапе испытаний и в эксплуатации не считывается.

Ни одно из перечисленных событий не приводит к аварийной сигнализации: средств оповещения изделие не имеет. Отказ определяется только по изменению поведения, и практически все состояния диагностируются оператором с задержкой в несколько суток.

21. Ремонтопригодность

Изделие неремонтопригодно. Разъемных соединений в конструкции нет, блоки установлены на общем силовом наборе и залиты компаундом, доступ к любому узлу возможен только с разрушением соседних. Замена блоков ни в эксплуатации, ни в заводских условиях не производится.

Решение продиктовано массой и ресурсом. Разъемы, крепеж и технологические люки дали бы прибавку около 18% снаряженной массы при располагаемой мощности приводов, не имеющей такого запаса. Изделие эксплуатируется до отказа и списывается по факту, см. РЭ 09. Разборка, показанная на рисунке 1, выполняется однократно и только на участке входного контроля: собрать изделие обратно после нее нельзя.

22. Почему при осмотре изделия аппаратура не видна

Вопрос задается регулярно и относится к области технологии, а не конструкции. Элементная база изделий номенклатуры выполнена по органическому технологическому маршруту: подложки, проводники, накопители и активные элементы формируются из тех же соединений, что и внешние покрытия, и по составу от них не отличаются.

Разделение узлов возможно только инструментальными методами: по спектральному составу, по электрическим характеристикам под нагрузкой и по картине отклика на тестовый сигнал. Визуальный осмотр, вскрытие и обычные лабораторные методы разделения не дают: изделие по всем доступным признакам совпадает с биологическим объектом того же класса.

Именно это свойство и является основным конструктивным достижением номенклатуры. Аппарат наблюдения, неотличимый от фоновой обстановки не только визуально, но и при инструментальном контроле, не требует ни маскировки, ни легендирования, ни объяснения своего присутствия на объекте.

23. Эксплуатационные ограничения

• Не рассчитывать на реакцию изделия при пересчете точки посадки на глиссаде: нейровычислитель в этой фазе обесточен.
• Не оценивать привыкание изделия к оператору по дистанции схода: она определяется зарядом накопителя.
• Не искать у изделия радиоизлучения: приемо-передающей аппаратуры на текущих сериях нет.
• Не вскрывать корпус: изделие неремонтопригодно, отказ после вмешательства необратим.
• Не оценивать состав аппаратуры по внешнему осмотру и фотоматериалам.
• Не поднимать изделие с позиции многократно подряд: накопитель не успевает восстановиться.

Профильные листы: оптический тракт — РЭ 03, стабилизация тракта при движении по грунту — РЭ 04, наработка и ресурс — РЭ 05, базирование — РЭ 06, заправка — РЭ 10, вывод из эксплуатации — РЭ 09.