Групповая работа партии изделий ВРБ-3

1. Назначение групповой работы: почему воробьи держатся группой

На изделии ГЛБ-1 безотказность обеспечена внутри корпуса: схема последовательная, резервирования нет, расчетная наработка по собственным причинам 96 000 ч. Массогабарит ВРБ-3 внутреннего резерва не допускает, поэтому резервирование вынесено наружу изделия — в партию. Единица дешева, ненадежна и функционально неполна; работоспособной единицей эксплуатации является партия, а не изделие.

Из этого положения выводится весь остальной регламент: минимальная партия поставки 40 ед., допустимая убыль 33%, акустический канал обмена ША-2, мажоритарное решение классификации, годовой цикл доукомплектования и прямой запрет одиночной эксплуатации. Настоящий лист является базовым для серии ВРБ-3; листы РЭ 14, РЭ 15, РЭ 16 и РЭ 17 опираются на введенный здесь канон групповой работы и повторно его не выводят.

2. Состав партии и схема развертывания

Зона партии закреплена и при убыли не сокращается. Развертывание представляет собой цепь узлов общей длиной 2 340 м, проложенную через пункт выпуска, что дает удаление крайнего узла 1 170 м; это и есть паспортный рабочий радиус 1…2 км. Арифметика цепи: полная партия 40 ед. дает 39 пролетов по 60,0 м, минимальная связная цепь 27 узлов дает 26 пролетов по 90,0 м, длина в обоих случаях одна. Разность 40 − 27 = 13 ед. и есть численный резерв партии; он расходуется не на замену отказавших единиц, а на сокращение шага цепи, то есть на запас по дальности канала.

3. Групповой канал обмена ША-2

Радиоканала на изделиях бюро нет: он снят во втором поколении в 1978 г. по всей номенклатуре, см. РЭ 01. Обмен между единицами партии выполняется акустической шиной ША-2. Аппаратная часть — плата МА-2 собственного производства, на ней размещены излучатель и два приемника.

Приемный тракт МА-2 имеет полосу 0,2…8 кГц и установлен на изделии независимо от шины: он обслуживает регистрацию акустической обстановки контуром МЛ-ПВ. Рабочая полоса шины занимает середину этого диапазона. Обмен по шине добавляет к тракту только излучатель.

4. Слотовый доступ и полный обход группы

Доступ к шине слотовый, без арбитра. Номер слота присваивается при привязке пакета программного обеспечения к плате МВ-7 на площадке ПЛ-4 и в эксплуатации не меняется, см. РЭ 07. Длительность слота получена делением времени полного обхода на число абонентов.

Символьная скорость постоянна и равна 1 600 бод на обоих краях диапазона посылок. Паспортные 20…60 бит/с — средняя скорость абонента за цикл обхода, а не мгновенная скорость в канале; подстановка мгновенной скорости вместо средней дает расхождение в 27…80 раз, и при расчете загрузки шины эти величины разделяются. Короткая посылка 40…70 мс укладывается в слот 0,080 с с защитным интервалом 10…40 мс, а донесение длиной 192 бита занимает 0,120 с, то есть два смежных слота, и полный обход группы растягивается с 3,2 до 3,28 с на каждое такое донесение.

5. Выбор рабочей полосы: почему воробьи чирикают

Полоса 2,5…6,5 кГц выбрана по двум встречным ограничениям. Снизу полосу ограничивают городской фон и падение КПД излучателя, сверху — поглощение в воздухе и край полосы приемного тракта.

Нижняя граница задана двумя сходящимися причинами. Городской шум сосредоточен ниже 1 кГц, и уход туда поднимает фон на 7…11 дБ. Одновременно падает отдача излучателя: при размере 8…10 мм и длине волны на несущей 2,5 кГц, равной 136 мм, излучатель работает как малый источник размером от одной четырнадцатой до одной семнадцатой длины волны, а отдача малого источника пропорциональна квадрату частоты. Снижение несущей вдвое дает потерю 6 дБ по излучению и 7…11 дБ по фону, суммарно 13…17 дБ.

Верхняя граница задана поглощением. На 6,5 кГц потери на пролете 90 м составляют 5,6 дБ против 1,2 дБ на нижнем краю рабочей полосы. При удвоении несущей до 13 кГц они вырастают до 20 дБ и полностью съедают выигрыш накопления, ради которого построена вся посылочная структура обмена.

6. Бюджет акустического тракта и дальность канала

Паспортная дальность 60…120 м характеристикой излучателя не является. Она получена из бюджета уровней и меняется вместе с условиями пролета. Ниже приведен бюджет на расчетном пролете 90 м. Средние условия приняты серединой каждого интервала: излучение 88,5 дБ, фон 52,5 дБ, накопление 20,0 дБ; поглощение 2,7 дБ отвечает середине рабочей полосы 4,5 кГц.

Выигрыш накопления следует из длины посылки. При символьной скорости 1 600 бод посылка длительностью 40…120 мс содержит 64…192 символа, и накопление по всей посылке дает 10·lg 64 = 18,1 дБ на короткой посылке и 10·lg 192 = 22,8 дБ на длинной. Паспортный интервал 18…22 дБ есть прямое следствие интервала длительности посылки.

Все три строки рассчитаны для средних условий и различаются длиной пролета и экранированием. Экранирование застройкой дает дополнительные потери 8…14 дБ на дифракции. Именно этот запас, а не дальность как таковая, расходуется при убыли партии: шаг 60,0 м держит канал за углом здания, шаг 90,0 м — только в прямой видимости между узлами.

7. Почему канал обмена акустический, а не радиоканал

Радиоканал снят со всей номенклатуры бюро во втором поколении в 1978 г., см. РЭ 01. Повторного обоснования этого решения настоящий лист не приводит. Для ВРБ-3 к общему решению добавляются три частных ограничения, которые приведены здесь, чтобы вопрос не ставился повторно при доработках.

• габарит антенны: четвертьволновый вибратор на 433 МГц имеет длину 173 мм при габарите изделия по продольной оси 140…180 мм, то есть равен изделию целиком;
• перенос вверх габарит снимает — на 2,4 ГГц вибратор имеет 31 мм, — но требует отдельной платы оконечного каскада и цепей согласования массой 1,1…1,6 г при ведомости масс, сходящейся в ноль;
• приемный тракт полосы 0,2…8 кГц установлен на изделии независимо от шины, и акустический обмен добавляет к нему только излучатель массой 0,52 г, тогда как радиотракт добавляется целиком.

Цена радиотракта считается вытеснением. Свободного резерва массы нет, ведомость сходится в 31,0 г, поэтому масса радиотракта 1,1…1,6 г, расчетно 1,4 г, отбирается у накопителя НЭ-5 массой 3,4 г. Емкость падает на 41%, и располагаемое число взлетов из полного накопителя сокращается с 88 до 52.

8. Энергетика группового контура

Групповой обмен — третий по величине потребитель суточного бюджета изделия. На него приходится 0,84 Вт·ч из 4,45 Вт·ч, то есть 18,9%; больше расходуют наблюдение с позиции (1,56 Вт·ч, 35,1%) и маршевый полет (0,85 Вт·ч, 19,1%). Дежурный режим контура занимает 8,4 ч в сутки при мощности 0,10 Вт.

Из расчета следует, что мощность контура определяется не излучением, а непрерывной работой приемного тракта: на излучение уходит от 0,5 до 12,5% потребления. Отключение излучателя экономии практически не дает, а отключение приемников выводит изделие из партии, поэтому режимов пониженного потребления у контура не предусмотрено. Цикл управления ЦВМ-7 составляет 3 мс, обработка одного донесения занимает 13 циклов, то есть 0,039 с; в бюджетах задержек настоящего листа она принята равной 0,040 с.

9. Нейровычислитель НВ-4: почему не устанавливается

На ГЛБ-1 классификацию объектов, оценку обстановки и выбор точки посадки ведет нейровычислитель НВ-4 производительностью 4,5 ТОПС, размещенный на плате МН-4, см. РЭ 01. На ВРБ-3 этот блок не устанавливается. Обе причины — масса и мощность — выводятся из ведомостей изделия.

Определяющей является мощность, а не масса. Пиковое потребление НВ-4 на 16% превышает всю длительную мощность энергоустановки БХП-6, поэтому питание возможно только от накопителя. Полный заряд НЭ-5 обеспечивает 5,2 мин работы вычислителя и одновременно является источником 88 взлетов; расход накопителя на классификацию снимает изделие с позиции и обнуляет запас на уход от контакта.

10. Распределенная классификация и мажоритарное решение

Блок ОРБ-2 в одиночку дает вероятность правильной классификации 0,71. Решение подгруппы принимается голосованием: объект считается классифицированным, если совпали более половины донесений, собранных за один цикл обхода. Число донесений в решении всегда нечетное.

Вероятность правильного решения по n донесениям вычисляется как сумма по k от (n + 1)/2 до n произведений C(n, k) · p^k · (1 − p)^(n − k), где p = 0,71 — вероятность правильного донесения одной единицы. Расчет приведен в таблице.

Требование приемки по проверке классификатора составляет 0,85, см. РЭ 07. Оно выполняется при пяти донесениях: расчетное значение 0,850 при требуемых 0,85. Отсюда минимальная рабочая подгруппа — 5 единиц в пределах взаимной слышимости. Дальнейшее наращивание дает убывающий прирост, при этом каждое донесение занимает слот и удлиняет решение на 0,080 с.

11. Минимальная подгруппа и ретрансляция донесений

Подгруппа мажоритарного решения формируется из единиц, донесения которых доступны решающей единице за один цикл обхода. При полной партии шаг цепи 60,0 м, и в пределах предельной дальности канала 120 м находятся соседи первого порядка на 60 м и второго порядка на 120 м — всего пять единиц вместе с решающей.

При шаге свыше 60,0 м сосед второго порядка выходит за предельную дальность, и его донесение принимается ретрансляцией через соседа первого порядка. Ретрансляция стоит одного слота. Сбор донесений первого порядка занимает 2 слота, то есть 0,160 с, второго порядка — еще 2 слота, обработка 0,040 с; полное мажоритарное решение формируется за 0,360 с.

Величина 0,360 с превышает паспортное время реакции 0,3 с, и это заложено в регламент. Сход по тревоге выполняется до окончания классификации: приоритет ухода от контакта в очереди задач ЦВМ-7 первый и вытесняет групповой контур целиком, см. раздел 14. Решение о классе объекта формируется уже после схода и определяет только выбор позиции возврата.

12. Связность цепи и допустимая убыль партии

Зона партии закреплена, длина развертывания 2 340 м при убыли не меняется. Оставшиеся единицы перестраиваются по цепи равномерно, и шаг растет по формуле 2 340 / (N − 1), где N — численность партии.

Предел 33% получен из этой арифметики, а не назначен по надежности. Годовая убыль по потоку отказов 45,5·10⁻⁶ 1/ч за 8 760 ч составляет exp(−45,5·10⁻⁶ × 8 760) = 0,671, то есть выбывает 32,9% партии; остаток 40 × 0,671 = 26,8, округленно 27 единиц, 26 пролетов, шаг ровно 90,0 м — расчетная дальность канала.

Запас на экранирование расходуется первым и заканчивается раньше связности. При полной партии шаг 60,0 м держит канал при потерях на дифракции до 12 дБ, то есть за углом здания. При 28 единицах запас составляет 3,3 м, и обмен между узлами существует только в прямой видимости. Убыль от 0 до 30% внешне не проявляется ничем, кроме этого.

13. Скачкообразная потеря покрытия

Покрытие является свойством цепи целиком, а не суммой покрытий отдельных единиц. До предела убыли покрытие не меняется вовсе: зона та же, все узлы в пределах расчетной дальности. За пределом потеря покрытия наступает скачком и убыли не пропорциональна.

• ретрансляция донесений второго порядка — подгруппа сокращается с 5 до 3, вероятность классификации падает с 0,850 до 0,796;
• волна схода по цепи — оповещение через разрыв не проходит, вторая часть партии сходит только по оптическому признаку;
• единый реестр площадок и пунктов базирования — части ведут его раздельно и расходятся за 4…7 суток;
• численность группы ночного отстоя — часть, где осталось менее 6 единиц, зимой ночной дефицит не покрывает, см. РЭ 15.

Разрыв происходит в самом длинном пролете, положение которого по цепи не нормируется. При 26 оставшихся единицах цепь делится на части численностью k и 26 − k, где k — номер разорванного пролета, k = 1…25. Части численностью менее 5 единиц мажоритарного решения не принимают вовсе; таких исходов 8 из 25, то есть 32% разрывов оставляют неработоспособную часть партии.

14. Синхронный сход: почему воробьи взлетают все сразу

Тревога передается вне очереди, широковещательно, с подавлением слотовой дисциплины на время посылки. Приоритет ухода от контакта в очереди задач ЦВМ-7 первый, поэтому обработка тревоги вытесняет полет, групповой обмен, навигацию и заправку.

Запас предусмотрен на два штатных ухудшения: удвоение разноса подгруппы до 60 м, что добавляет 0,088 с, и удвоение времени выхода приводов при температуре ниже минус 20 °C, что добавляет 0,060 с. Сумма 0,188 + 0,088 + 0,060 = 0,336 с выходит за паспортное значение, поэтому оба ухудшения одновременно регламентом не допускаются.

15. Волна схода по цепи узлов

Между узлами цепи оповещение идет двумя каналами одновременно: акустическим по ША-2 и оптическим — блок ОРБ-2 регистрирует движение соседнего узла как контрастное событие. Срабатывает тот канал, который на данном пролете оказался быстрее.

По цепи из 27 узлов волна проходит 26 пролетов. Оптическим каналом это 2,6…3,6 с, что и наблюдается как прокатывание взлета по группе. Акустическим — 9,0…9,5 с, то есть в 2,5…3,7 раза медленнее. Разница объясняется тем, что звук проходит 90 м за 0,265 с, тогда как оптический тракт регистрирует движение за 0,020…0,040 с.

16. Ложные сходы и порог тревоги

Тревога поднимается по одиночному донесению, вероятность правильной классификации которого 0,71. Отсюда доля сходов, не подтверждаемых последующим мажоритарным решением подгруппы, составляет 25…30%. Порог тревоги смещен в эту сторону намеренно, и настройке в эксплуатации не подлежит.

Располагаемое число сходов ограничено бюджетом перелетов малой дальности. Он составляет 0,74 Вт·ч в сутки, что при мощности режима 2,1 Вт дает 1 269 с полетного времени. При длительности схода с возвратом 8…12 с и доле 50…60% этого бюджета на сходы по тревоге расчетное число составляет 53…95 сходов в сутки.

Число взлетов ограничением не является. Полный накопитель НЭ-5 обеспечивает 88 взлетов, при 8…12 полных циклах заряда в сутки располагаемое число превышает 700. Лимитирует перелет, а не отрыв, и по этой причине дальность возврата на позицию ограничена 10…30 м.

17. Наземный ход: почему воробьи прыгают, а не ходят

Наземное перемещение ВРБ-3 выполняется синхронным двухопорным ходом: обе опоры отрабатывают одновременно, корпус получает подъем и на время баллистической фазы приводом не возмущается. Съем кадра оптическими модулями ОМ-3 и ОМ-4 выполняется только в этой фазе.

Окно съема равно времени свободного полета корпуса, поднятого на 15…25 мм. Окно растет как корень из высоты подъема, а энергия подъема — линейно, поэтому подъем свыше 25 мм регламентом не предусмотрен: удлинение окна на 15% требует роста высоты подъема и потенциальной составляющей энергии цикла в 1,32 раза.

Расход на наземный ход входит в режим наблюдения с позиции отдельной статьей не выделяясь. При доле времени хода 20…30% средняя надбавка составляет 0,017…0,070 Вт, что вместе с базовым потреблением тракта наблюдения дает паспортные 0,24 Вт.

18. Разграничение с РЭ 04: почему воробьи не кивают головой

Задача у обеих схем одна — неподвижность оптического тракта на время съема кадра. Решения два. ГЛБ-1 применяет компенсацию: при поочередном шаге приемный узел удерживается в инерциальной системе шейным приводом, корпус движется под ним, см. РЭ 04. ВРБ-3 применяет паузу: обе опоры синхронно, корпус в свободном полете, тракт приводом не возмущен.

Граница применимости проходит по моменту инерции корпуса относительно поперечной оси. Компенсация требует, чтобы корпус был достаточно инертен: привод приемного узла должен опираться на корпус, а не раскачивать его. Оценка выполнена по стержневой модели J = m · L² / 12, где L — габарит по продольной оси.

Габарит на границе получен геометрическим подобием от ВРБ-3: L = 0,160 · (m / 0,031)^(1/3). При подобии момент инерции растет как масса в степени 5/3, поэтому переход от 31 г к 105 г дает рост в 7,6 раза, а к 320 г — в 49 раз, что совпадает с прямым произведением отношения масс 10,3 на квадрат линейного масштаба 2,18. Корпус ВРБ-3 уступает нижней границе применимости компенсации в 5,9 раза.

19. Пылевая очистка: зачем воробьи купаются в пыли

Сочленения несущих плоскостей и опорного узла работают со смазкой. Часть ее выносится наружу и образует на наружных поверхностях сочленений пленку, которая удерживает абразивную пыль и повышает момент трения. Штатная мера — сухая очистка грунтом; растворители и промывка конструкцией не предусмотрены.

Грунт применяется как адсорбент. Требование к фракции 0,05…0,3 мм задано удельной поверхностью зерна: при плотности 2 650 кг/м³ она равна 6 / (ρ · d) и составляет 45,3 м²/кг на нижней границе фракции и 7,5 м²/кг на верхней. Более крупная фракция поверхности не дает, более мелкая сама становится загрязнителем и затягивается в сочленения. Загрузка адсорбента расходной не является: грунт пункта очистки используется на месте и с изделием не переносится. Единственное ограничение — сухость грунта: увлажненный грунт пленку переносит, а не снимает, поэтому во время осадков и в течение суток после них очистка не выполняется.

Расчетная периодичность 1,9…4,2 суток и расчетная окупаемость 1,9…4,7 суток совпадают. Совпадение задает регламент: очистка выполняется раз в 2…4 суток, продолжительность одной очистки — до 15 мин. Более частая очистка энергетически не окупается, более редкая выводит пленку за допуск.

20. Охранение на время очистки

В фазе рабочих циклов изделие не наблюдает: оптические модули ОМ-3 и ОМ-4 закрыты грунтом, блок ОРБ-2 донесений не выдает. Единица в этой фазе из мажоритарного решения выбывает целиком, и по шине ША-2 передает только признак занятости.

Отсюда прямое требование к численности группы, обслуживающей пункт очистки. Мажоритарное решение требует пяти донесений; одновременно в фазе очистки допускается не более двух единиц; следовательно, штатная группа очистки составляет 5 + 2 = 7 единиц. Нижняя граница — 6 единиц при одном занятом месте; при пяти и менее решение подгруппы не принимается.

Очередность в группе не назначается и по шине не согласуется. Единица входит в фазу очистки, если по последним донесениям в группе занято не более одного места. Признак занятости передается служебной посылкой длиной 64 бита в собственном слоте и обновляется раз в 3,2 с, поэтому одновременный вход третьей единицы возможен и регламентом допускается как кратковременный.

21. Групповой ночной отстой

Ночной отстой ВРБ-3 выполняется группой 6…12 единиц в полости пункта базирования. Основание тепловое и изложено в листе по заправке и зимнему балансу, см. РЭ 15. Здесь приведен только результат, необходимый для оценки численности партии.

Снижение теплопотерь в группе составляет 30…45% в зависимости от численности, расчетно 38%, и достигается сокращением открытой поверхности. Ниже 6 единиц в полости эффект неполный. Это второе после связности цепи основание запрета одиночной эксплуатации и главный механизм сезонного сокращения парка: зимняя составляющая интенсивности отказов 21,3·10⁻⁶ 1/ч против нулевой летом.

22. Запрет одиночной эксплуатации

Перечень утрачиваемого вне партии приведен полностью. Ни одна из позиций не восстанавливается настройкой пакета программного обеспечения или доработкой изделия: все они реализованы вынесением функции за пределы корпуса.

Расчетная безотказность аппаратуры при этом не меняется: собственная интенсивность отказов 27,0·10⁻⁶ 1/ч от численности партии не зависит. Меняется сезонная составляющая. Одиночное изделие выводится первой же ночью с 16-часовым перерывом заправки при температуре ниже расчетной: расчетная наработка 2,51 года получена для изделия в составе партии и вне партии не реализуется.

23. Применяемость по номенклатуре

Групповой контур МЛ-ГР входит в пакет бортового программного обеспечения редакции 4.2.3 и применяется на двух изделиях: ВРБ-3 и ЧЙК-9. На ГЛБ-1, ГЛБ-2М, ПНГВ-0, СНГР-4 и ВРН-7 контур не задействуется, обмен между единицами конструкцией не предусмотрен. Ряд изделий на воздушной линии группой не является, см. РЭ 08. Положение по ВРН-7 требует оговорки. Контур МЛ-ГР означает распределенную классификацию, мажоритарное решение и двусторонний обмен по шине; ничего из перечисленного на изделии не реализовано. Применяемое на ВРН-7 акустическое обозначение излучателем ИА-9 обменом не является: содержание посылки не кодируется, подтверждение приема не выдается, адресация отсутствует. Признак объекта переносится между единицами наблюдением оптическим трактом — тем же механизмом, который описан в РЭ 03 для работы группой: прирост получен сложением независимых ошибок, обмена данными между изделиями нет. Порядок группового противодействия изложен в РЭ 23.

Пересчет выполнен геометрическим подобием. Отношение масс 300 / 31 = 9,68 дает линейный масштаб 2,13; площадь излучателя растет в 4,54 раза, что по мощности дает 10 · lg 4,54 = 6,6 дБ. Фон в портовой зоне и над водой ниже городского на 7…10 дБ. Суммарный выигрыш 13,6…16,6 дБ по закону геометрического расхождения увеличивает дальность в 4,8…6,8 раза, то есть до 430…610 м; с учетом поглощения принята расчетная дальность 400…500 м.

24. Признаки нарушения групповой работы

Журнал МВ-7 хранит 40 суток при пакетной записи раз в 2 с. Пропуски слотов в журнал попадают и извлекаются при выводе изделия из эксплуатации, см. РЭ 09. Извлечение журнала с работающего изделия конструкцией не предусмотрено: разъемов нет, межплатные соединения выполнены пайкой.

25. Порядок разъяснения при контакте с населением

Групповая работа изделий ВРБ-3 наблюдается населением ежедневно. Обращения возникают по четырем поводам: прыжковый наземный ход, обмен по шине, одновременный сход и пылевая очистка. Настоящий раздел устанавливает объем сообщаемых сведений.

К разъяснению принято бытовое толкование, изложенное в терминах, не требующих ссылок на конструкцию. Толкование проверяемо наблюдением, содержанию настоящего листа не противоречит и дополнений не требует.

Изложение материала разделов 6, 10 и 12 при контакте с населением не рекомендуется. Формулировки о бюджете акустического тракта, мажоритарном решении и шаге цепи точны, но порождают уточняющие вопросы о назначении партии, ответы на которые утвержденным бытовым толкованием не предусмотрены.

26. Эксплуатационные ограничения

• эксплуатация вне партии запрещена; минимальная партия поставки 40 ед.;
• эксплуатация партии численностью ниже 27 ед. до доукомплектования допускается с пониженной вероятностью классификации 0,796, что ниже требования приемки 0,85;
• наложение двух партий на одну зону развертывания не допускается: шина ША-2 рассчитана на 40 абонентов;
• сокращение закрепленной зоны развертывания партией самостоятельно не выполняется;
• вход в фазу пылевой очистки при численности группы на пункте менее 6 ед. запрещен;
• зимняя эксплуатация без пункта группового отстоя закрытого типа запрещена;
• настройка порога ОРБ-2 в эксплуатации не производится;
• перенос параметров шины ША-2 на изделия номенклатуры, кроме ЧЙК-9, не допускается.