Бортовая аппаратура и её компоненты

[Ded]

С резервированием электроники на борту не всё так просто. Наоборот, в большинстве случаев аппаратура устанавливается в единственном экземпляре (в целях экономии массы, пространства, электроэнергии, упрощения СУ), естественно, с учётом надёжности этой аппаратуры. Резервирование происходит в цепях соединения. Да и то в одном и том же кабеле.

Наоборот, абсолютное большинство приборов дублировано.

[Veganin]

Так дублируется или нет?
Salyutman, Ded - приведите свои аргументы. Лучше на конкретном КА.
На Глонасс-М вроде 3 водородных стандарта частоты. Если один из двух поплывет, то включают третий и смотрят какой сдох. Вроде так.

[sw1972]

В настоящей теме идёт речь о бортовой аппаратуре ракет и космических аппаратов. Поэтому вопрос модераторам: можно ли её переместить в раздел "Средства выведения и другие технические вопросы"?

[Sаlyutman]

Пример, о котором я уже писал. Авария Бриза-КМ при запуске ГЕО-ИК весной. Из-за перевеса, как мне сказали, с РБ демонтирована резервная АБ.
Более того, по работе приходится общаться и с электрическими схемами борта. Процент резервных приборов и агрегатов на борту невысок. Основное резервирование идёт через кабели связи.

[PIN]

Процент резервных приборов и агрегатов на борту невысок.

Из тех КА, с которыми работал и работаю сейчас (их 5, очень разных) ни на одном не встречал чего-то не дублированного/троированного кроме:
- некоторых термисторов
- диплексора (или как оно по-русски?) между антеннами с разной поляризацией
+ отдельные компоненты вроде АКБ имеющие внутреннюю избыточность.

[Ded]

Процент резервных приборов и агрегатов на борту невысок.

Из тех КА, с которыми работал и работаю сейчас (их 5, очень разных) ни на одном не встречал чего-то не дублированного/троированного кроме:
- некоторых термисторов
- диплексора (или как оно по-русски?) между антеннами с разной поляризацией
+ отдельные компоненты вроде АКБ имеющие внутреннюю избыточность.

Диплексор - это принадлежность излучателя (железная штука в прямом смысле). Выходной мультиплексор - это набор фильтров - тоже железное. Их не резервируют, поскольку технически это сложно или невозможно сделать.

[PIN]

Ded, что именно и почему в каждом конкретном случае или "уцелом" не резервируется, мне известно и понятно. Для этого по каждому аппарату есть подробный документ (FMECA), который на "проколы" с точки зрения операций мне приходится проверять.

[Посторонний]

http://www.trinitas.ru/rus/doc/0023/001a/00231046.htm
"
А.П. Стахов
О возможной причине участившихся аварий при выводе российских спутников[/size]

Недавно пришло сообщение об очередном аварийном запуске космического аппарата связи «Меридиан». Считается, что потери от аварийного запуска этого космического аппарата могут составить до 2 млрд. рублей. До этого подобные аварийные запуски происходили и ранее (при запуске спутников "Глобалстар").

В чем причина этих аварий? Считается, что причиной падения 23 декабря спутника "Меридиан-5" стали неполадки в двигательной установке третьей ступени ракеты "Союз 2.1б", которая выводила аппарат в космос. Сбой произошел на 421-й секунде полета. Из-за внештатной ситуации могут быть отложены запуски американских спутников связи системы "Глобалстар"....


Одной из возможных причин такого «сбоя» могут быть «сбои» в цифровой системе управления двигателями. По странному совпадению, аварии начались после усовершенствования системы управления и ее переводе на цифровую технику. И вот в этом, возможно, и «зарыта собака». Дело в том, что цифровые системы управления, основанные на современных микропроцессорах, обладают очень низкой информационной надежностью по сравнению с аналоговыми системами. Иногда достаточно сбоя одного электронного элемента (триггера) в микропроцессоре системы управления для того, чтобы система начала выполнять ложную команду, что может стать причиной аварии. Сбой цифровой системы управления вызывается как внутренними, так и внешними факторами. Сбой может возникнуть, например, в результате мощного внешнего электромагнитного воздействия на ракету-носитель в период запуска (электромагнитный терроризм).


На низкую информационную надежность современных микропроцессоров (особенно иностранного производства) обращает внимание выдающийся российский ученый академик Ярослав Хетагуров. В статье «Обеспечение национальной безопасности систем реального времени» (BC/NW 2009; №2 (15):11.1) он пишет:

«Применение микропроцессоров, контроллеров и программного обеспечения вычислительных средств (ВС) иностранного производства для решения задач в системах реального времени (СРВ) военного, административного и финансового назначения таит в себе большие проблемы. Это своего рода «троянский конь», роль которого только стала проявляться. Потери и вред от их использования могут существенно повлиять на национальную безопасность России...

Отсутствие в иностранных вычислительных средствах широкого профиля контроля, необходимого для обеспечения требуемой достоверности выдаваемых данных в СРВ, приводит либо к использованию программных методов контроля, которые увеличивают быстродействие в 1,5-2,5 раза и потребление электроэнергии либо применению мажоритарного метода контроля, использующего 3 вычислительных устройства широкого применения, что повышает требования к быстродействию на 10-15%, однако увеличивает объём аппаратуры ВС в среднем в 3,3 раза и потребление электроэнергии в 3,4 раза».

Таким образом, в качестве основного недостатка микропроцессоров иностранного производства Хетагуров выдвигает их недостаточную информационную надежность, что исключает возможность их использования в системах реального времени военного, административного и финансового назначения. К сожалению, современная компьютерная техника пока не нашла эффективного решения проблемы повышения информационной надежности и помехоустойчивости микропроцессоров.

В своей статье «Микропроцессоры Фибоначчи - как одна из базисных инноваций будущего технологического уклада, изменяющих уровень информационной безопасности систем», развивая мысли академика Хетагурова, я сделал следующее, на первый взгляд парадоксальное утверждение:


«Таким образом, человечество становится заложником классической двоичной системы счисления, которая лежит в основе современных микропроцессоров и информационных технологий. Поэтому дальнейшее развитие микропроцессорной техники и основанной на ней информационной технологии на основе классической двоичной системы счисления следует признать тупиковым направлением. Двоичная система не может служить информационной и арифметической основой специализированных компьютерных и измерительных систем (космос, управление транспортом и сложными технологическими объектами, нанотехнологии), а также наноэлектроннных систем, где проблемы надежности, помехоустойчивости, контролеспособности, стабильности, живучести систем выходят на передний план.

Необходимо отказаться от классической двоичной системы счисления как информационной и арифметической основы специализированных компьютерных систем и наноэлектронных систем и перейти при их проектировании на новые избыточные системы счисления, сохраняющие все известные преимущества классической двоичной системы счисления (позиционность представления чисел, простота арифметических правил, использование двух {0,1} цифр для представления чисел, простые правила сравнения и округления чисел и др.) и позволяющие улучшить надежность, контролеспособность, помехоустойчивость компьютерных систем и тем самым повысить информационную надежность компьютеров.

В 70-80-е годы 20 в. в Советском Союзе начало успешно развиваться новое научное направление в области помехоустойчивых компьютеров – компьютеры Фибоначчи. Оно развивалось при поддержке Министерства общего машиностроения СССР и его главной целью было создание помехоустойчивых процессоров и систем для бортовых систем управления. К сожалению, «горбачевская перестройка» и последовавший за ней развал Советского Союза привели к прекращению этих работ из-за отсутствия финансирования. Но сама идея «компьютеров Фибоначчи» не только не устарела, а стала еще более актуальной в условиях использования микропроцессоров.

О трудной судьбе этого направления хорошо написал проф. Сергей Абачиев (Москва), один из лучших российских специалистов по логике и методологии науки:

 

«Открытие 12-летним вундеркиндом Дж. Бергманом «золотой» иррациональной системы счисления никак не предопределялось такими законами. Оно могло быть сделано и на много десятилетий раньше, а могло и не быть сделано по сей день. Но уже в 1957 г., когда оно реально было сделано, раскручивался маховик индустрии цифровых информационных технологий на основе статистической теории информации К. Шеннона и двоичного кода Дж. фон Неймана. И уж в полной мере этот маховик был раскручен к началу 70-х гг., когда А. П. Стахов впервые по достоинству оценил «золотую» систему счисления в роли арифметической первоосновы цифровых информационных технологий.

Выбор фон Нейманом двоичного кода со всеми его недостатками по сравнению с избыточными кодами золотой пропорции не должен расцениваться как исторически неудачный и ошибочный. В конце 40-х гг. ему просто не было никаких альтернатив. В принципе, любительское открытие Бергмана, датируемое 1957-м годом, могло быть сделано кем-то другим на полвека раньше. Попади тогда первая «золотая» система счисления в поле зрения Хартли, Шеннона и фон Неймана, история цифровых информационных технологий могла бы начаться сразу же с кодов золотой пропорции. Но реальная история Мировой науки и техники распорядилась по-иному. Первым восприемником и профессиональным разработчиком этого любительского открытия стал А. П. Стахов в условиях раскрученного маховика информационных технологий на основе двоичного кода ...

Проученное горьким опытом былых гонений на генетику и кибернетику, Советское государство на этот раз быстро осознало, что отечественная наука обретает стратегически прорывные позиции на всеопределяющем направлении научно-технического прогресса. Свидетельством тому стало беспрецедентное патентование первых информационных технологий А. П. Стахова на качественно новой арифметической первооснове в СССР, на Западе и в Японии ... Тем не менее, такие технологии объективно не могли тогда быстро вытеснить безраздельно господствовавшие технологии на основе двоичного кода. В любом случае их экспансия была бы процессом сугубо поэтапным, длительностью во много десятилетий.

И в 80-х гг. этот естественный процесс в нашей тогда ещё единой стране начал осуществляться со сравнительно узкой области бортовой электроники военных самолётов и космических аппаратов, в которой экономические критерии эффективности техники отходят на задние планы по сравнению с функциональными .... При нормальном развитии к настоящему времени он позволил бы России и Украине быть Мировыми «законодателями» и производителями, по крайней мере, уникально надёжной авионики. Но катастрофический финал «перестройки» 1985–1991 гг. пресёк в начальной фазе этот процесс поэтапного отвоёвывания нашей страной ведущих Мировых позиций в области технической кибернетики и информационных технологий».


С моей точки зрения, существует два пути для предотвращения аварий при выводе российских спутников:

1. Переход на аналоговые системы управления.

2. Создание помехоустойчивых цифровых систем управления на основе использования нетрадиционных избыточных систем счисления (без использования двоичной системы счисления, которая является «троянским конем» современных компьютеров и микропроцессоров).


Желаю космическому агентству России больших успехов в решении повышения информационной надежности цифровых систем управления! Все-таки 2 млрд. рублей – серьезные деньги и надо что-то делать.


А.П. Стахов, О возможной причине участившихся аварий при выводе российских спутников // «Академия Тринитаризма», М., Эл № 77-6567, публ.17146, 26.12.2011
"

[PIN]

существует два пути для предотвращения аварий при выводе российских спутников

А что делать всему остальному миру? Тоже уйти в чучхе?

[Посторонний]

О электронных компонентах в пластиковых корпусах.
Многие полупроводниковые приборы в пластиковых корпусах, такие как диоды и транзисторы, расчитаны на рабочие температуры минус 55 градусов и выше.
Все микросхемы индустриального исполнения расчитаны на температуры минус 40 градусов Цельсия и выше.

По этой причине не смогли применить микроконтролер индустриального исполнения в изделии, предназначенном для работы при температурах минус 50 градусов и выше. А жаль. Придётся искать с нужным диапазоном рабочих температур.

Почему нижний предел рабочих температур для микросхем индустриального исполнения установлен не немее минус 40 градусов? Чем это обусловлено, хотя и для промышленных изделий не исключена эксплуатация при температурах менее минус 40 градусов?
Чтобы был выше процент выхода годных или обусловлено взаимодействием полупроводникового кристалла и пластикового корпуса при низких температурах?


Спасибо за ответ.