§ 2. Пульты боевого управления. Характрон и тайпотрон

В оперативных центрах системы "Сейдж" в зависимости от задач операторов применяются пульты боевого управления различных модификаций. Большинство из них имеет одинаковые составные элементы и выполнены конструктивно в консольном исполнении, благодаря чему они часто называются просто консолями.

Типовой пульт боевого управления (рис. 5.1) состоит из следующих основных частей: индикаторного устройства на характроне, индикаторного устройства на тайпотроне, клавиатуры кнопочного управления и фотопистолета. Кроме того, на пультах имеется много других органов управления индикаторами (настройки, регулировки, переключения масштабов изображения и т. п.). Пульты также оборудованы средствами связи и сигнализации.

Вычислительная машина обеспечивает распределение и выдачу хранящейся в ней информации между всеми операторами в соответствии с их задачами. Для этого центральный вычислитель в соответствии с программой взаимодействует с кодовой таблицей (матрицей), хранящейся на буферном барабане системы отображения, и записывает на барабан всю необходимую для каждого оператора информацию (рис. 5.4). Записанная на барабане кодированная информация расшифровывается и отображается на соответствующих индикаторах с темпом (периодом обновления информации) 2,5 сек. С помощью устройств запроса и ввода данных в машину, выполненных в виде клавиатуры кнопочных переключателей, оператор может вызвать для себя дополнительную информацию. При затребовании дополнительной информации центральный вычислитель в любое время по получении запроса может изменить любую часть отображаемой информации путем переписывания только соответствующих слов на барабане.

Рис. 5.4. Схема взаимодействия пульта боевого управления и вычислительной машины

Рассмотрим кратко устройство и принцип действия отдельных элементов пультов боевого управления.

Характрон. В индикаторах пультов боевого управления системы "Сейдж" нашел применение характрон типа С19К с диаметром экрана 19 дюймов (48 см) и длиной трубки 114 см. Как видно из рис. 5.5, основными элементами характрона являются: электронная пушка (прожектор) 1, пластины горизонтального и вертикального отклонения луча для выбора знака 2, матрица 5, компенсирующие пластины 5, фокусирующая катушка 4, катушка горизонтального и вертикального отклонений луча для определения места знака на экране (адресная система) 6, ускоряющий анод в виде спирали (спираль послеускорения) 10, экран трубки 11 и другие вспомогательные детали. Работой характрона управляет специальное устройство (блок управления), которое является промежуточным звеном между вычислительной машиной и характроном, преобразующим команды машины в управляющие напряжения (или токи) и информационные сигналы.

Рис. 5.5. Схематический чертеж характрона: 1 - электронный прожектор; 2 - выбирающие пластины; 3 - матрица; 4 - фокусирующая катушка; 5 - компенсирующие пластины; 6 - катушка вертикального и горизонтального отклонений; 7 - экран; 8 - регулировка положения фокусирующей катушки; 9 - регулировка катушки вертикального и горизонтального отклонений; 10 - спираль послеускорения; 11 - экран трубки; 12 - изображение знака на экране

В горловине характрона, как и у всякой электроннолучевой трубки, установлена электронная пушка, создающая пучок электронов в виде луча. Пройдя отклоняющие пластины выбора знака, электронный луч попадает в определенное место матрицы. Матрица (рис. 5.6) представляет собой металлическую пластинку толщиной 0,025 мм и площадью 1,6 см², на которой пробиты отверстия в виде различных знаков: букв, цифр, точек, линий и других условных символов. Всего на матрице может быть нанесено 64 знака. Высота знака 0,31 мм, интервал между знаками 0,76 мм.

Рис. 5.6. Матрица характрона С19К

Электронная система трубки рассчитана так, что пучок электронов, выходящий из пушки, имеет точку скрещения (самое узкое сечение луча) между выбирающими пластинами и матрицей. На матрицу таким образом попадает несколько расходящийся пучок, который, пройдя ее, приобретает в поперечном сечении форму того или иного знака. Выбор определенного знака производится схемой управления, которая в соответствии с поступившим из вычислительной машины кодом выдает определенные напряжения на отклоняющие пластины, направляющие электронный луч на нужный знак матрицы.

Далее луч, принявший форму знака, проходит через фокусирующую катушку и компенсирующие пластины, которые в комбинации служат для того, чтобы возвратить луч на ось трубки и направить его точно вдоль оси.

Фокусирующая катушка является одним из наиболее ответственных узлов трубки и состоит из основной обмотки и двух корректирующих, включаемых навстречу основной. Основная обмотка, заключенная в металлический экран с большой магнитной проницаемостью, создает магнитное поле, которое возвращает электронный луч после прохождения любого отверстия матрицы снова на ось трубки. При этом происходит поворот поперечного сечения луча на 90°.

Магнитное поле фокусирующей катушки из-за близкого ее расположения около матрицы оказывает вращающее действие на луч еще до подхода его к матрице и закручивает его на 3,5°. Для компенсации этого поворота луча матрицу по отношению к плоскости выбирающих пластин устанавливают с наклоном в 3,5°. Допускаемая неточность взаимной установки матрицы и выбирающих пластин компенсируется одной из корректирующих катушек, расположенной со стороны выбирающих пластин. Вторая корректирующая катушка, расположенная с другой стороны, служит для поворота луча, уже несущего изображение знака, в некоторых пределах для учета неточности установки компенсирующих пластин.

На компенсирующие пластины подаются те же отклоняющие напряжения, что и на выбирающие пластины, с учетом только разницы в чувствительности пластин. Но поскольку при прохождении через фокусирующую катушку луч поворачивается на 90°, расположение вертикальных и горизонтальных компенсирующих пластин относительно выбирающих также сдвигается на 90°.

Далее луч попадает в адресную систему, состоящую из катушки вертикального и горизонтального отклонений, и входит в нее точно по оси трубки. Но так как катушка адресной системы расположена в месте перекрещивания лучей, луч, выходя из нее, оказывается повернутым на 180°. С этой точки луч расходящимся пучком направляется к экрану, и его положение на экране будет определяться тем соотношением токов, протекающих в адресной катушке, которое получено от схемы управления в соответствии с сигналами из машины.

Между адресной системой и экраном характрона имеется специальная система послеускорения, выполненная в виде спирали из материала с большим сопротивлением, нанесенным на внутреннюю поверхность широкой части колбы. Эта спираль является третьим анодом характрона, на который подается напряжение от 5 до 12 кв. Такая конструкция ускорителя, с одной стороны, вносит значительно меньше искажений в форму луча (существенная деформация знаков на краях экрана), чем ускоритель в виде одиночного кольца из аквадага, а с другой - приводит к уменьшению чувствительности по отклонению, поскольку в этом случае электронные траектории получаются не прямыми, а искривленными к оси. Последнее является недостатком, вызывающим необходимость в адресной системе получать большие углы отклонения луча (около 70°), чем результирующие углы отклонения (порядка 43°).

В результате взаимодействия всех элементов трубки на экране высвечиваются знаки высотой около 2,5 мм. Для получения знаков удовлетворительной четкости расстояния между матрицей, фокусирующей катушкой и экраном трубки должны быть выдержаны с большой точностью, для чего в характроне предусмотрена возможность регулировки положения фокусирующей катушки относительно матрицы.

Для получения знаковой индикации на экране характрона управляющие сигналы, выработанные блоком управления, должны воздействовать на следующие четко разграниченные функциональные элементы трубки: систему управления лучом, систему выбора знака на матрице, фокусирующую и адресную системы.

Блок управления, поскольку он сопрягается с вычислительной машиной (через магнитный барабан системы отображения), от которой информация поступает в двоичном коде, должен содержать, естественно, кодовые регистры для временного запоминания, поступившей информации, преобразователи для превращения дискретных значений кода в соответствующие ему непрерывные напряжения или токи, а также коммутирующее устройство, определяющее последовательность воздействия управляющих сигналов на перечисленные функциональные элементы трубки.

В блоке управления могут использоваться различные схемы управления. Типовая функциональная схема управления показана на рис. 5.7. Как видно из рисунка, на блок управления поступают информационные сигналы и сигналы управления (а и б). Управляющий сигнал (а) задает темп и последовательность работы схемы' управления, а управляющий сигнал (б) предназначен для возвращения всех регистров в исходное положение перед началом очередного цикла поступления информации.

Рис. 5.7. Схема управления характроном: 1 - коммутатор; 2, 3 - регистры вертикального и горизонтального отклонений; 4, 5 - преобразователи кода положения луча на экране из дискретных значений в непрерывные; 6, 7 - выходные усилители; 8, 9 - регистры выбора знаков матрицы; 10, 11 - преобразователи кода выбора знаков матрицы; 12, 13 - выходные усилители; 14 - схема формирования импульса подсвета; 15, 16 - счетчики выработки вертикальных и горизонтальных приращений для образования формуляров; 17 - токостабилизирующая схема для питания фокусирующей и корректирующих катушек

Информационные сигналы поступают на коммутатор в определенной последовательности. Прежде всего поступают коды, определяющие положение луча на экране трубки по вертикали и горизонтали. Коммутатор направляет эти коды на соответствующие регистры, после чего они поступают в преобразователи, где преобразуются в непрерывные значения токов и после усиления в двухтактных выходных усилителях воздействуют на адресную систему, приводя ее в состояние готовности направить луч в заданное место на экране.

Затем на коммутатор поступают коды знаков матрицы, причем для выбора одного знака коды положения его на матрице по горизонтали и вертикали поступают одновременно. Аналогичным образом эти коды проходят на регистры выбора знаков матрицы и преобразователи. Непрерывные напряжения, пропорциональные поступившим кодам, с преобразователей через двухтактные выходные усилители поступают на выбирающие и компенсирующие пластины трубки.

Важными элементами схемы управления являются также дешифраторы кодов в преобразователях, которые обеспечивают преобразование параллельного двоичного кода в пропорциональные ему напряжения или токи. Как видно из вышесказанного, в характроне для выборки знаков матрицы используется преобразование двоичного кода в напряжения, а для размещения знаков на экране - в токи. Те и другие дешифраторы ничем принципиально не отличаются, за исключением того, что в адресной системе используется большее число разрядов и предъявляются более жесткие требования к стабильности токов по мере увеличения разрядов.

Для гашения луча при переводе его от одного знака матрицы к другому каждый код знака сопровождается специальным сигналом, который управляет схемой формирования импульсов подсвета луча. Этот же сигнал в такт с выбором каждого знака специальными счетчиками задает соответствующие приращения токов по вертикали и горизонтали адресной системы с тем, чтобы выбранные на матрице знаки не попадали в одну и ту же точку экрана.

Сигналы, несущие информацию о воздушной обстановке, на характронные индикаторы поступают последовательно. Благодаря большой скорости движения луча и использованию в характронах экранов с большим послесвечением все знаки, высвеченные на экране, видны одновременно. Для подсветки одного знака затрачивается 50 мксек, а с учетом затрат времени на переходные процессы в системе развертывания луча по экрану на один знак требуется 100 мксек. Тогда на воспроизведение одного формуляра цели из 9 знаков потребуется 900 мксек. Следовательно, при одноразовом высвечивании за 1 сек можно воспроизвести до 1000 формуляров. Однако в характронах, обладающих послесвечением экрана, при одноразовом высвечивании изображения знаков будут иметь очень малую яркость и их трудно наблюдать даже в затемненных помещениях, что практически малопригодно для оперативной работы. Поэтому индикация на характронных индикаторах осуществляется в режиме повторения высвечивания информации с частотой порядка 15 гц. Дальнейшее увеличение частоты повторения ограничивается наличием большого объема информации (большое количество объектов и разнородность информации о них).

Таким образом можно рассчитать, что при условии, когда формуляры будут высвечиваться не для всех целей, на одном характроне может быть отражена информация для нескольких сот (порядка 300) самолетов одновременно.

Важное преимущество характрона как трубки со знаковой индикацией - независимость скорости индикации знака от его сложности. Скорость выборки любого требуемого знака близка к скорости отклонения луча. В отношении скорости отображения, четкости знаков и удобства сопряжения с вычислительной машиной характрон, как и другие знакопечатающие трубки, превосходит все остальные типы электроннолучевых трубок. Но и трубки знаковой индикации не являются пределом совершенства и имеют свои недостатки и ограничения.

Основными недостатками характронов, использовавшихся в системе "Сейдж" в начале ее функционирования, были: ограниченный объем отображаемой информации из-за недостаточного быстродействия и недостаточной яркости знаков при одноразовом высвечивании и ухудшенная четкость (размытость) знаков на краях экрана трубки.

Разработанные в последнее время характроны более совершенны по сравнению с первыми образцами, хотя принцип построения их остался прежним. В настоящее время выпускаются характроны с матрицами на 88, 128 и 132 знака, в них отсутствует деформация знаков на краях экрана, что дает возможность более эффективно использовать площадь поверхности экрана. Они обладают также повышенной яркостью, что достигнуто за счет применения новых люминофоров. Разрешающая способность новых трубок достигает 1800 телевизионных строк, причем ограничением для дальнейшего повышения разрешающей способности является зернистость люминофора. Скорость записи в современных характронах составляет 50000 знаков в секунду. Разрабатываются трубки с электростатическим отклонением в адресной системе, которые позволят повысить скорость записи до 200000 знаков в секунду. Достоинством таких трубок, кроме того, является гибкость их использования для отображения разного вида информации: наряду со знаковой информацией трубки могут индицировать радиолокационную и телевизионную информации. Для индикации карт, графиков и прочей дополнительной информации используются трубки с окном для ввода этой информации методом оптической проекции, при этом управление проектором для смены диапозитивов производится с пульта дистанционно путем нажатия кнопки. В печати сообщалось о разработке двухлучевого характрона, в котором имеются две электронные пушки и два комплекта отклоняющей системы (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Двухлучевой характрон

Срок службы современных знакопечатающих трубок 20000 ч и более (вместо 4000 в первых образцах). Характроны выдерживают воздействие ударных нагрузок с ускорением 32-34 g (в течение 52 мсек).

В настоящее время выпускаются укороченные характроны длиной 63 см (вместо 114 см) без ухудшения основных технических характеристик. В печати также сообщалось, что в системе "Сейдж" применяются характроны диаметром 75 см.

Тайпотрон. В индикаторах операторских пультов применяются тайпотроны с диаметром экрана 5 дюймов (127 мм) и рабочей частью диаметром 100 мм. Тайпотрон представляет собой электроннолучевую трубку со знаковой индикацией и запоминанием информации типа потеициалоскопа. По существу он является вариантом характрона с некоторыми дополнительными устройствами.

Как видно из рис. 5.9, основное отличие тайпотрона от характрона - наличие специального запоминающего устройства, позволяющего запоминать записанный сигнал на сколь угодно длительное время, и наличие второго прожектора, используемого для воспроизведения записанной информации.

Рис. 5.9. Схематический чертеж тайпотрона

Формирование и выбор знаков в тайпотроне производится точно так же, как и в характроне. Но для выбора места знака на экране в тайпотроне применяется электростатическая адресная система. Дальше работа трубки происходит следующим образом.

Электроны записывающего луча, несущие изображение знака, после прохождения адресной системы со скоростью 3 кв попадают на мишень, являющуюся основным элементом запоминающего устройства, и бомбардируют ее поверхность, выбивая из нее вторичные электроны. Мишень представляет собой мелкоструктурную сетку, расположенную параллельно экрану (в нескольких миллиметрах от него) и покрытую со стороны электронной пушки слоем диэлектрика. Перед мишенью находится коллекторная сетка, имеющая потенциал +200 в относительно мишени. В результате бомбардировки мишень в местах, куда попали электроны луча, заряжается положительно примерно до потенциала коллекторной сетки. Таким образом на мишени образуется потенциальный рельеф в форме соответствующего знака, с которого можно производить считывание (воспроизведение).

Воспроизведение записи осуществляется с помощью излучаемого воспроизводящим прожектором широкого однородного пучка медленных электронов, облучающих всю поверхность мишени. Воспроизводящий прожектор размещается на одной из адресных пластин; его катод имеет потенциал, приблизительно равный потенциалу металлической подложки мишени, и обычно соединяется с корпусом. Поток медленных электронов со скоростями порядка 200 в проходит коллекторную сетку и на пути к мишени встречает тормозящее поле тех мест ее, где записи не было, и отражается от них. Следовательно, в тех местах мишени, где записи знака не было, электроны сквозь диэлектрик к экрану не пройдут, а в местах, где запись была, они беспрепятственно проходят сквозь ячейки сетки, покрытые диэлектриком, и под действием ускоряющего поля в 3 кв попадают на экран и образуют на нем изображение знака.

Записанная на тайпотроне в режиме запоминания информация может храниться в течение неограниченного времени. При необходимости изображение на экране трубки можно стереть, понизив потенциал коллекторной сетки до величины, меньшей критической (режим стирания). Новую запись можно получить только после установления номинальных величин напряжений на всех электродах трубки.

В тайпотроне имеются и некоторые вспомогательные устройства. На расстоянии около 6 мм перед коллекторной сеткой установлена сетка ионного отражателя для недопущения попадания на мишень положительных ионов, образующихся в колбе вследствие ионизации остатков газа. На стенках колбы между прожектором медленных электронов и экраном нанесен слой аквадага (3-й анод, +150 в), который вместе со вторым анодом создает коллимирующую линзу для направления расходящегося потока медленных электронов перпендикулярно к поверхности мишени. Это необходимо для исключения искажения знаков при воспроизведении их с мишени на экран.

В таком тайпотроне среднее время записи одного знака составляет около 40 мксек, время стирания записанного изображения - 50 мксек. Большое время стирания мешает использовать тайпотрон в тех же целях, что и характрон. Воспроизводимые на экране тайпотрона изображения знаков отличаются высоким уровнем яркости, что допускает использование тайпотрона при внешнем освещении.

Особенностью конструкции тайпотрона является наличие выводов электродов, управляющих запоминающей частью трубки, в широкой части колбы рядом с экраном. Питание других электродов обеспечивается через цоколь, в котором имеется 23 штырька. Матрица имеет 63 знака. На рис. 5.10 приведена фотография экрана тайпотрона с изображением матрицы.

Рис. 5.10. Увеличенное изображение матрицы тайпотрона

Известна более поздняя конструкция тайпотрона, в которой используется микроминиатюрная матрица с размером стороны 0,3 мм и толщиной 2,5 мк, установленная непосредственно в электронной пушке записывающего прожектора. Эта матрица вся облучается широким однородным пучком электронов. Благодаря системе линз пучок электронов, прошедший матрицу, несет в себе полный набор знаков матрицы. После прохождения выбирающих пластин, обеспечивающих необходимое отклонение пучка электронов, последний направляется к металлической пластине с единственным отверстием, расположенным точно по оси трубки. Это отверстие пропускает такую часть электронного пучка, которая содержит изображение только одного знака. Выбор знака производится подачей соответствующих управляющих напряжений на выбирающие пластины, которые смещают все изображение матрицы так, чтобы требуемый знак был расположен точно в плоскости выбирающего отверстия. На экране с помощью адресной системы будет воспроизведен этот знак в нужном месте. Изложенный способ выбора знаков называется методом апертурной селекции. В этом случае не нужны компенсирующие пластины, что упрощает управление трубкой.

В печати сообщалось также, что в США разработаны тайпотроны с диаметрами экранов 30 и 50 см. В последнем тайпотроне для выбора места знака на экране используется электромагнитное отклонение. Высота знака на экране этой трубки 5 мм, время записи 500 мксек. Такие тайпотроны могут использоваться в системах с одноразовой выдачей большого объема информации.

Клавиатура кнопочного управления. Вызов дополнительной информации на экран индикатора и ввод в машину решений производится оператором с помощью клавиатуры кнопочного управления или фотопистолета (рис. 5.1). Путем нажатия определенных кнопок на клавиатуре своего пульта боевого управления (что означает набор определенного кода) оператор может послать в машину различные команды, которые машина немедленно выполняет, и либо выдает на индикатор затребованную информацию, либо учитывает в своих вычислениях введенную оператором величину или команду (коэффициент, параметр, утверждение какого-нибудь варианта решения и т. п.).

Фотопистолет. Для более быстрого вызова по какой-либо цели формуляра, ввода срочной команды на сопровождение определенной цели, а также ряда других команд операторы пользуются фотопистолетом. Фотопистолет представляет собой устройство, содержащее в себе фотоэлемент и выполненное иногда в виде пистолета. Фотоэлемент фотопистолета реагирует на яркостную отметку цели и вырабатывает сигнал, который затем усиливается и поступает в машину.

При совмещении фотопистолета с отметкой цели полученный в нем сигнал содержит полярные координаты цели, которые вводятся в машину, что и является указанием машине на определенную цель.