Глава 4. Вычислительный комплекс оперативного центра сектора ПВО

§ 1. Общая характеристика вычислительного комплекса и его задачи

Вычислительный комплекс оперативного центра сектора, состоящий из двух взаимосвязанных электронных цифровых вычислительных машин типа AN/FSQ-7, является основным техническим средством управления боевыми действиями сектора ПВО (рис. 4.1 и 4.2).

Рис. 4.1. Общий вид машинного зала, где располагается вычислительный комплекс AN/FSQ-7

Основное назначение электронной вычислительной машины AN/FSQ-7 - обработка всей поступившей информации о воз-Душной обстановке (в том числе вторичная обработка радиолокационной информации), прием и обработка информации о состоянии всех своих средств ПВО, выработка данных для отображения общей картины воздушной и наземной обстановки в секторе и отдельных ее участков, выработка рекомендаций для принятия решений по отражению боевых действий противника и выдача боевых инструкций или команд наведения своим активным средствам ПВО.

Рис. 4.2. Отдельные устройства вычислительной машины AN/FSQ-7

Вычислительная машина AN/FSQ-7 разработана рядом организаций при непосредственном участии лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института на базе более простой машины "Вихрь 1", с которой производились испытания первого опытного образца автоматизированной системы ПВО "Кейп Код Систем". Машина AN/FSQ-7 сконструирована, изготовлена и смонтирована американской фирмой IBM. Стоимость машины 27 млн. долларов. Машина была продемонстрирована в действии при испытаниях первого оперативного центра на базе ВВС США Мак-Гайр в июне 1958 г., показала удовлетворительные результаты и была принята на вооружение.

Машина AN/FSQ-7 является универсальной быстродействующей цифровой одноадресной машиной параллельного действия, работающей в реальном масштабе времени. В машине применена двоичная система счисления с размерами ячейки на 32 двоичных разряда.

Как и в других подобного типа машинах, основными элементами ее являются вычислительное устройство (центральный вычислитель), буферные запоминающие устройства (на магнитных барабанах и ферритовых сердечниках) для хранения входной и выходной информации и программ работы машины, датчик времени, работающий в истинном масштабе времени, запоминающие устройства на магнитной ленте для документирования различных входных и выходных данных (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Распределение буферной памяти и схема обмена информацией в вычислительной машине AN/FSQ-7

На вход вычислительной машины поступает следующая информация: радиолокационная информация о воздушной обстановке от радиолокаторов дальнего обнаружения, радиолокационных высотомеров, радиолокаторов маловысотных постов, радиолокаторов "Техасских вышек", сторожевых кораблей и патрульных самолетов; информация о планах полетов от службы воздушного движения; информация о состоянии и боеготовности боевых средств ПВО (истребителей-перехватчиков, управляемых снарядов и других средств) от баз и пунктов дислокации этих средств; метеоданные, включающие информацию о скорости ветра в различных пунктах и на различных высотах от метеослужбы ВВС США; кроме того, информация поступает от оперативных центров соседних секторов и вышестоящего командного пункта.

Обмен информацией между вычислительными машинами соседних секторов необходим для обеспечения непрерывного наблюдения за теми самолетами противника, которые выходят за пределы данного сектора. Обмен информацией между вычислительной машиной AN/FSQ-7 оперативных центров и вычислительной машиной AN/FSQ-8 вышестоящего командного пункта используется для равномерного распределения боевых действий между секторами и рационального управления ими на большей территории, чем территория одного сектора.

Выходные данные от каждого источника информации поступают в оперативный центр с весьма различными средними и максимальными скоростями (темпом передачи). В системе "Сейдж" для передачи входной (и выходной) информации используются три способа передачи данных.

Первый способ - автоматическая передача данных с высоким темпом передачи. В этом случае данные от первоисточников информации или промежуточных элементов поступают непосредственно в вычислительную машину в виде цифрового кода с частотой 1300 импульсов в секунду по узкополосным телефонным линиям и по радиоканалам. Типичным примером использования этих каналов связи являются передачи в оперативный центр выходной информации от радиолокаторов обнаружения и взаимные связи между соседними центрами.

Второй способ - автоматическая передача данных с более низким темпом, которая осуществляется буквопечатающей аппаратурой связи (телетайпами). Таким методом передаются, например, данные о планах полетов своей авиации службой управления воздушным движением.

Третий способ - передача данных путем телефонных переговоров - используется в тех случаях, когда автоматизация не является необходимой и оказывается слишком дорогостоящей или невозможной. Информация, полученная таким путем, вводится в машину при помощи перфокарт или клавиатуры, установленной на пультах операторов.

Из вышесказанного видно, что все источники информации и промежуточные элементы в секторе функционируют асинхронно.

Все данные, получаемые от многих звеньев системы, как входящих в данный сектор, так и находящихся за его пределами, автоматически обрабатываются вычислительной машиной AN/FSQ-7 и используются операторами оперативного центра для более точного опознавания своих и чужих самолетов и более рационального выбора тех или иных боевых средств при принятии тактического решения. Задачей машины является обработка информации от каждого источника в такой последовательности и с такой скоростью, которые соответствуют значимости отдельных поступающих данных в функционировании всей системы ПВО. Таким образом, координация и регулирование входной информации в истинном масштабе времени является одной из главных функций вычислительной машины.

Период поступления входной радиолокационной информации и обновления основной информации о воздушной обстановке в машине составляет 15 сек (по некоторым данным - 10 сек). Время записи принятого сообщения на буферный магнитный барабан 10 мксек. Время выборки информации из оперативной памяти 6 мксек. Быстродействие машины - 75000 операций в секунду. Рабочая частота 2 Мгц. При любой загрузке машины последовательность операций и цикличность их повторения остаются постоянными.

Заложенная в машине программа, включающая около 100000 команд, обеспечивает выполнение возложенных на нее задач. Программа работы машины составляется из отдельных подпрограмм, каждая из которых обеспечивает выполнение отдельной самостоятельной задачи. Для управления последовательностью операций в машине имеется специальная подпрограмма, которая постоянно хранится в оперативном запоминающем устройстве.

При выполнении большинства операций вычислительная машина работает в режиме повторений, используя контур обратной связи (цепь замкнутого регулирования). При выполнении этих операций система является самокорректирующейся почти для всех возможных погрешностей (за исключением нескольких маловероятных случаев). Имеющиеся в машине параллельно включенные контрольные цепи (во входных и выходных буферных устройствах, в оперативном запоминающем устройстве) исключают некоторые данные, явившиеся результатом случайных ошибок.

В соответствии с основной программой машина AN/FSQ-7 выполняет следующие задачи:

1. Принимает и запоминает информацию о воздушной обстановке, автоматически и непрерывно поступающую от машин, установленных на радиолокационных узлах, и от других источников своего сектора, а также информацию от соседних секторов и вышестоящего командного пункта.

2. Осуществляет фильтрацию полученной информации, сопоставляя пришедшие от различных источников данные о воздушных целях.

3. Определяет принадлежность самолетов, не опознанных радиолокационными ответчиками, сопоставляя данные о курсах самолетов с планами полетов и другими данными.

4. Преобразует три координаты целей (азимут, дальность и высоту), определенные отдельными радиолокационными узлами, в единую прямоугольную систему координат в масштабе сектора.

5. Вычисляет упрежденное положение, курс, скорость и другие характеристики целей, необходимые для расчета боевых операций.

6. Принимает и запоминает автоматически и непрерывно поступающую информацию о состоянии и боеготовности своих боевых средств, а также такую информацию, как метеоданные

7. Обеспечивает выдачу информации о воздушной и наземной обстановке для отображения ее на экранах индикаторов оперативного центра. На основании заранее введенных в запоминающее устройство данных обеспечивается отображение границ сектора, дислокации и радиусов действия батарей, а также дислокации баз своих истребителей-перехватчиков.

8. Определяет наиболее эффективные средства перехвата и дает основу для принятия тактического решения.

9. Решает задачу перехвата самолетов противника средствами, расположенными на ближайших базах сектора. При этом вычисляются координаты расчетной точки перехвата, время (в минутах), необходимое для перехвата, начальные курсы истребителей-перехватчиков при вылете со своих баз.

Все варианты решений, выполненных машиной, поступают на рассмотрение командования сектора для принятия определенного тактического решения.

10. Решает задачу наведения своих истребителей-перехватчиков и ЗУРС на самолеты противника, вырабатывает команды для наведения и возвращения своих самолетов на свои базы после выполнения боевой задачи.

11. Расчленяет сложную обстановку на простые "ситуации", содержащие один объект противника и наводимые на него средства перехвата.

12. При уходе самолетов противника в зону соседнего сектора передает информацию об этих самолетах в вычислительную машину соседнего оперативного центра.

13. Передает информацию о воздушной и наземной обстановке в своем секторе в вычислительную машину вышестоящего командного пункта.

14. Координирует и регулирует в истинном масштабе времени входные и выходные данные, относящиеся к данному сектору, с производимыми в центре ручными и автоматическими операциями.

Выходная информация, выработанная машиной и переданная в линию автоматически или вручную (голосом), поступает к многочисленным потребителям. В виде распоряжений выходная информация поступает на базы истребителей-перехватчиков, батареи ЗУРС (типа "Найк-Геркулес"), пункты дислокации беспилотных перехватчиков (типа "Бомарк") и в другие подразделения; в виде команд наведения по линиям "земля-воздух" - истребителям и беспилотным перехватчикам; в виде запроса - на радиолокационные высотомеры; в виде данных о воздушной обстановке - на индикаторы операторов своего сектора, на оперативные центры соседних секторов и на вышестоящие командные пункты. Некоторые выходные данные машины передаются в различные инстанции по телефону и телетайпу.

Машина AN/FSQ-7 является важнейшим звеном в системе оборудования оперативного центра, решающего задачи ПВО. Если вычислительная машина во время боя выйдет из строя, наблюдение за воздушной обстановкой и управление боевыми действиями нарушается, люди и машины в пределах всего сектора потеряют жизненно необходимые связи и сектор, по мнению американских военных специалистов, окажется без противовоздушной обороны.

В действующей системе ПВО оперативный центр и его вычислительная машина должны работать круглосуточно и надежно. Требуемая степень надежности еще не достигнута современной вычислительной техникой. Поэтому для обеспечения непрерывной круглосуточной работы оперативного центра в системе "Сейдж" принято решение: оборудование, отказ в работе которого может сделать неработоспособной всю систему, дублировать всегда, когда это необходимо и возможно. В результате для обеспечения 100%-ной надежности в каждом оперативном центре устанавливаются две одинаковые вычислительные машины AN/FSQ-7 (дуплекс машин), из которых одна - действующая, или "активная" - работает по основной программе оперативного центра, а другая - резервная (она же и вспомогательная) - находится в режиме профилактического обслуживания и выполняет лишь ограниченное количество операций по обработке данных. Таким образом, если действующая вычислительная машина выходит из строя, ее функции по управлению сектором ПВО путем переключения могут быть переданы резервной машине, причем время "бездействия" оперативного сектора сведется ко времени переключения, в течение которого обе машины не работают одновременно.

Рассчитанная на работу в дуплексном режиме, каждая машина AN/FSQ-7 имеет свой центральный вычислитель, входные и выходные буферные запоминающие устройства, запоминающие устройства на магнитной ленте. Аппаратура индивидуального пользования (пульты управления с индикаторами), входные и выходные устройства и связанная с ними другая аппаратура не дублируются. Выход из строя любого из этих устройств может привести лишь к потере некоторой части информации и, следовательно, к незначительному ослаблению системы, но не вызовет перебоя в работе оперативного центра.

Два комплекта машины устанавливаются в помещении площадью 42x30 м и занимают полностью второй этаж оперативного центра. Обе машины располагаются на противоположных концах этажа, а недублирующиеся входные и выходные устройства, контрольные индикаторы и другие устройства устанавливаются между ними. Вся аппаратура вычислительного комплекса размещается в 70 шкафах, содержит 58000 электронных ламп, 170000 полупроводниковых диодов, 300000 магнитных (ферритовых) сердечников, 600000 сопротивлений и более 1500 км электропроводов. Потребляемая мощность комплекса составляет 1000 квт, вес 25 т.

Как показал опыт эксплуатации, электронная вычислительная машина AN/FSQ-7 имеет недостатки, которые отрицательно сказываются на решении ряда задач и на дальнейшем ее применении в современных условиях. К этим недостаткам относятся:

- очень большие габариты и вес в результате применения большого количества электронных ламп и громоздкой конструкции системы охлаждения;

- несовершенство системы обработки данных;

- недостаточный объем памяти;

- неоднородность запоминающих устройств;

- невозможность изменения последовательности операций в зависимости от загрузки машины;

- недостаточное быстродействие и сложность программирования задач.

Военным командованием были выданы заказы на разработку и изготовление более совершенных электронных вычислительных машин для различных систем ПВО.

В печати сообщалось, что в США проводились работы по переводу системы "Сейдж" на полупроводниковые приборы. Фирма IBM получила заказ на изготовление вычислительных машин типа AN/FSQ-7A. Предполагалось, что новая машина по габаритам будет на 75% меньше, чем прежняя. После этого должен последовать перевод на полупроводниковые приборы и других элементов системы. Одной из причин перевода системы "Сейдж" на полупроводниковые приборы, по-видимому, является необходимость облегчения теплового режима, поскольку существующая система на лампах требует мощных средств охлаждения, которые располагаются вне основных бомбозащищенных зданий и могут быть легко выведены из строя бомбардировкой.

В печати также сообщалось, что якобы официальное название AN/FSQ-7A было присвоено вычислительной машине ТХ-2, которая была смонтирована и построена в лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института. Сборка опытного образца этой машины была закончена еще в 1957 г.

В машине ТХ-2 применены новый тип запоминающего устройства и новые элементы схем, а также некоторые оригинальные принципы логического построения. Машина построена в основном на полупроводниковых элементах, в ней насчитывается 2200 полупроводниковых триодов и диодов и 600 ламп. Машина производит обработку данных и решает задачи в истинном масштабе времени.

ТХ-2 представляет собой вычислительную машину параллельного действия, работающую в двоичной системе счисления и имеющую длину слова в 36 разрядов. Внутренний накопитель с произвольным обращением в первых образцах машины состоит из 69 632 регистров запоминающего устройства на магнитных сердечниках (с проверкой на четность) и 24 дополнительных тумблерных и триггерных регистров. Быстродействие машины составляет 150000 индексированных одноадресных команд в секунду.

Вследствие применения некоторых оригинальных схем в машине в процессе выполнения последовательности программ уменьшается количество излишней информации. Кроме того, построение системы облегчает одновременно проведение нескольких операций, увеличивая тем самым рабочую скорость вычислительной машины. Вычислительная машина связана с внешними устройствами посредством блоков входа - выхода, определенное число которых может работать одновременно. При передаче входной и выходной информации сигналы, поступающие в программное устройство из блоков входа - выхода, автоматически вводят в действие соответствующую последовательность команд.

Запоминающее устройство машины на магнитных сердечниках (с произвольным обращением) имеет емкость в 262144 слова. Однородный характер такой большой запоминающей системы упрощает задачи по программированию и дает возможность непрерывно и с большой скоростью выполнять различные операции независимо от расположения информации во внутреннем запоминающем устройстве. Запоминающее устройство машины разделено на четыре секции, действующие независимо одна от другой, каждая из которых способна содержать 65536 36-разрядных слов. Рабочая скорость машины определяется временем цикла секции запоминающих устройств. Так, время цикла одного из накопителей на 65 536 слов ориентировочно составляет 6-7 мксек, а у другого накопителя на 4096 слов - 5-6 мксек.

Арифметическое устройство машины обеспечивает выполнение сложения, умножения, деления, сдвига и различных логических операций. Синхронизация операций большинства команд машины ТХ-2 выполняется также арифметическим устройством. Управление арифметическим устройством не связано с остальными частями машины, что значительно экономит время, так как во время выполнения одной из более длинных операций (сдвиг или деление) машина продолжает выполнять команды, не относящиеся к арифметическому устройству.

Машина ТХ-2 может также использоваться для проведения различных научно-исследовательских вычислений.