Реферат: История применения универсальных цифровых вычислительных машин в ядерной и космической программах СССР
Институт прикладной математики АН СССР, созданный М. В. Келдышем, был инициатором и основным разработчиком программного обеспечения для расчетов траекторий баллистических ракет и космических аппаратов, необходимых при выполнении всех космических запусков искусственных спутников Земли. Для проведения таких расчетов в ИПМ, Центре управления полетами и других организациях, связанных с космической программой, применялись универсальные цифровые вычислительные машины М-20, затем БЭСМ-6 и многомашинная вычислительная система АС-6. В ИПМ алгоритмы и программы этих расчетов разрабатывались под руководством академика Д. Е. Охоцимского.
Когда в свое время журналисты писали о создании ракетно-ядерного щита страны, они называли аббревиатуру "3К" - Курчатов, Королев, Келдыш. Академик Б. Е. Патон, оценивая важнейшее значение создания и применения компьютеров для ядерной и космической программ, говорил, что справедливо было бы назвать и академика С. А. Лебедева, создавшего компьютеры, применявшиеся в этих программах.
Универсальные вычислительные машины применялись не только для баллистических расчетов, но и для проектирования самих ракет-носителей в КБ С. П. Королева и В. Н. Челомея, главного конструктора ракет военного назначения. В части создания реактивных самолетов-снарядов военного назначения первым результатом советской программы стало создание ракет, подобных по назначению немецким "Фау-1" (V-1) и "Фау-2" (V-2), разработанным В. фон Брауном [8]. Надо пояснить, что V - начальная буква немецкого слова "Vergeltung" (возмездие), которое было придумано Геббельсом в пропагандистских целях и не имело ничего общего с характером самого оружия. Ракету, подобную по назначению немецкой V-2, создало КБ С. П. Королева (ныне НПО "Энергия"), сотрудники которого Б. Е. Черток и В. П. Мишин были командированы по окончании войны в Германию, чтобы достать трофейные образцы сохранившихся деталей жидкостных реактивных двигателей V-2 и системы автоматического управления полетом ракеты.
Ракету, подобную по назначению немецкой V-1, создало КБ В. Н. Челомея (ныне НПО машиностроения г. Реутов Московской области), в результате Советская Армия была вооружена самолетами-снарядами наиболее передового по тому времени уровня.
За этими первыми ракетами в 70-80-х годах последовала серия военных ракет-носителей.
Основными участниками создания ракетно-космических комплексов военного назначения в советской космической программе были: Южный машиностроительный завод, г. Днепропетровск; КБ "Южное" им. М. К. Янгеля; НПО машиностроения; НПО "Хартрон".
Днепропетровским южным машиностроительным заводом (ЮМЗ) Минобщемаша СССР (генеральный директор ЮМЗ с 1986 г. Л. Д. Кучма) и КБ "Южное" им. М. К. Янгеля были созданы: ракетный комплекс "Зенит"; ракетный комплекс 15А18М, известный на западе как СС-18 "Сатана". СС-18 был принят на вооружение в 1988 г. Он составил главную мощь ракетных войск стратегического назначения СССР и поставил последнюю точку в истории "холодной войны", подтолкнув противоборствующие стороны к подписанию договора об ограничении стратегических вооружений.
Главным конструктором ракетных комплексов в КБ "Южное" в 1960-1986 гг. был В. Г. Сергеев, дважды Герой Социалистического Труда, лауреат Ленинской премии и Государственных премий СССР и УССР, премии М. К. Янгеля.
Системы управления для ракет-носителей разрабатывало НПО "Хартрон", г. Харьков (генеральный директор В. Г. Сергеев). Главным конструктором бортовых компьютеров для ракетных комплексов был А. И. Кривоносов.
Ракетный комплекс 15А30 был создан КБ машиностроения, г. Реутов, Московской области. Генеральный конструктор - академик В. Н. Челомей. Система управления ракетой была разработана НПО "Хартрон".
Для отработки программно-математического обеспечения так называемого "электронного пуска" ракеты в НПО "Хартрон" использовался инструментальный комплекс на базе БЭСМ-6, который моделировал полет ракеты и реакцию системы ее управления на воздействие основных возмущающих факторов и обеспечивал эффективный и полный контроль полетных заданий. За создание технологии "Электронного пуска" коллектив разработчиков - Я. Е. Айзенберг, Б. М. Конорев, С. С. Корума, И. В. Вельбицкий и др. - был удостоен Государственной премии УССР.
Системы управления, разработанные НПО "Хартрон", поставлялись ЮМЗ.
III. Достижение стратегического оборонного паритета между СССР и США
В противостоянии США и СССР в период "холодной войны" переломным оказался 1949 год. 29 августа 1949 г. была испытана первая отечественная атомная бомба. В США первая атомная бомба была испытана 16 июля 1945 г., а в августе 1945 г. США подвергли атомным бомбардировкам японские города Хиросиму и Нагасаки. Эти бомбардировки не имели никакого значения для непосредственных результатов войны с Японией. Они были только демонстрацией силы со стороны американской военщины, адресованной СССР, тогдашнему союзнику США и потенциальному противнику в преддверии "холодной войны". Вопрос о том, готовили ли США агрессию против СССР или нет, долгое время обсуждался в среде политиков и ученых. Разные мнения на этот счет высказывали авторитетные ученые. Так, академик Л. А. Арцимович скептически оценивал развитие событий по такому варианту, а академик А. П. Александров, наоборот, был уверен, что агрессия США была бы неминуемой, если бы не успешные испытания советской атомной, а затем в 1953 г. водородной бомб.
С осени 1955 г. торпедами с ядерными боеголовками начали вооружаться советские дизель-электроходные подводные лодки. А с конца 50-х - начала 60-х годов в боевой состав ВМФ СССР начали поступать первые стратегические подводные лодки с ядерными двигательными установками и ядерным оружием (баллистическими ракетами) на борту. Главным конструктором первой советской атомной подводной лодки (АПЛ) был В. Перегудов, 100-летие со дня рождения которого отмечалось в июне 2002 г. В СССР первая атомная подводная лодка "Ленинский комсомол" была создана СКБ "Малахит" в 1957 г., всего на четыре года позже, чем в США была создана АПЛ "Наутилус"
Прототипом реактора для советской АПЛ был реактор атомной электростанции в Обнинске.
После того как стало ясно, что достигнут паритет в обладании ядерным оружием, важнейшим стал вопрос о наличии средств его доставки, т. е. ракет-носителей, способных доставлять ядерные заряды заданной мощности. Паритет в этой области был достигнут к середине 80-х годов (см. раздел II статьи).
"За несколько дней до переговоров Горбачева с Рейганом в Рейкъявике наша ракета ("Сатана"), выпустив десять разделившихся боеголовок, пролетела над Гавайскими островами, чтобы американцы знали, с кем имеют дело!" - рассказывал один из участников разработки системы управления ракетой 15А18М (СС-18 "Сатана") главный инженер НПО "Киевский радиозавод" Б. Е. Василенко.
Стратегический оборонный паритет между СССР и США обеспечивался также наличием систем противоракетной обороны (ПРО). 26 мая 1972 г. был подписан договор об ограничении ПРО. По нему разрешалось каждой стороне развернуть не более двух систем ПРО, одна из которых могла быть использована для прикрытия столицы, а вторая - для защиты района пусковых установок баллистических ракет. В 1974 г. был подписан протокол к этому договору, которым количество разрешенных систем ПРО было уменьшено до одной, а район развертывания каждая сторона могла выбрать по своему усмотрению. В СССР решили "раскрыть зонтик" ПРО над Москвой, в США - над военной базой Гранд-Форкс (штат Северная Дакота).
Работы по созданию системы ПРО в СССР были начаты в 1958 г. под руководством Генерального конструктора Г. В. Кисунько. Она получила кодовое название "Система А-35". Основу этой системы составлял универсальный вычислительный комплекс на базе машин М-40 и М-50, разработанных в ИТМ и ВТ АН СССР в 1956-1961 гг.
Для М-40, самой быстродействующей в то время в стране серийной вычислительной машины, В. С. Бурцевым впервые были предложены принципы распараллеливания вычислительного процесса на уровне аппаратных средств. Все основные устройства машины (арифметики, управления, оперативной памяти, внешней памяти) имели автономные узлы управления и работали параллельно. Впервые был использован принцип мультиплексного канала, благодаря которому удалось без замедления вычислительного процесса осуществить прием и выдачу информации с десяти асинхронно работающих линий обмена с радиолокационными станциями при общей пропускной способности 1 млн. бит/с. М-50 представляла собой модификацию М-40 для выполнения арифметических операций с плавающей точкой. Она была введена в эксплуатацию в 1959 г.
За создание вычислительных комплексов ПРО на базе М-40 и М-50 С. А. Лебедев и В. С. Бурцев были удостоены Ленинской премии.
В 1961-1968 гг. в ИТМ и ВТ были разработаны для системы ПРО высокопроизводительные вычислительные машины второго поколения - 5Э92б и ее модификация для вычислений с плавающей точкой 5Э51. Главным конструктором 5Э92б и 5Э51 был С. А. Лебедев, его заместителем - В. С. Бурцев. Впервые появилась возможность применять в системах ПРО двухпроцессорные вычислительные комплексы с общим полем оперативной памяти, строить многомашинные комплексы с общим полем внешних запоминающих устройств. Межведомственные испытания 5Э92б состоялись в 1964 г., а многомашинный вычислительный комплекс системы ПРО из восьми машин 5Э92б был испытан в реальной работе в 1967 г. В дальнейшем серийные вычислительные машины 5Э92б и 5Э51 стали основой системы ПРО в СССР. Для них было создано прикладное программное обеспечение, учитывающее аппаратные возможности, предусмотренные в архитектуре этих машин.
Создание системы ПРО обеспечило паритет СССР с США в "холодной войне" и сыграло важнейшую политическую роль в заключении договора по ограничению ПРО в 1972 г., о котором было сказано выше.
Второй вариант российской ПРО - "Система А-135" был принят на вооружение к 1994 г. Его ядром стали многофункциональная радиолокационная станция "Дон" и высокопроизводительный вычислительный комплекс, размещенные вблизи подмосковного города Софрино, как "зонтик" защиты столицы от ракетно-ядерного нападения.
Договор о сокращении ядерных потенциалов, подписанный президентами России и США В. В. Путиным и Дж. Бушем, фиксирует их уровень в 1700-2200 ядерных зарядов на стратегических ракетах-носителях. Однако этот уровень все еще очень велик. Как считает директор Института проблем международной безопасности РАН А. Н. Кокошин, "на самом деле никто и никогда не будет знать наверняка, как работает целая система ПРО или система стратегических наступательных вооружений (СНВ). При попытке это проверить может просто не остаться тех, кто должен оценить эффективность их применения". Поэтому не следует переоценивать возможностей американской национальной ПРО, которую США намерены создать вслед за своим выходом из договора по ПРО. Ведь понадобится спрятать всю Америку не под "зонтик", а в бетонные бункеры, так как отбить 1700 боеголовок никакой противоракетный "зонтик" пока не в состоянии.
В течение безудержной гонки вооружений были произведены запасы ядерного оружия, теперь подлежащие уничтожению. Но и это требует значительных усилий и расходов. Снова нужны модели, алгоритмы и программы, чтобы с помощью компьютеров просчитать режимы и условия, необходимые для сооружения хранилищ материалов от ядерных зарядов, снимаемых с вооружения, без нанесения непоправимого ущерба окружающей среде.
IV. Зачем и какие суперкомпьютеры нужны военным теперь?
Конечно, задача компьютерного моделирования действия ядерного оружия остается актуальной и в настоящее время. В США оснащение ведущих национальных лабораторий, решающих эту задачу, высокопроизводительными вычислительными средствами предусмотрено проектом Project Purple. Например, Ливерморская национальная лаборатория США решила активно использовать относительно недорогие Linux-кластеры. Первый из них, состоящий из 1400 универсальных процессоров Pentium 4 фирмы Intel, должен обладать производительностью 6,7 Тфлопс.
Вычислительные средства с таким же уровнем производительности нужны и российским физическим центрам.
Вместе с тем современные военные доктрины предполагают смещение акцентов от стратегических наступательных вооружений на базе баллистических ракет с ядерными боеголовками (по ним паритет был достигнут к 1990 г. - см. раздел III статьи) к перевооружению армий новым поколением традиционных средств вооружения: боевых самолетов и вертолетов, подводных и надводных кораблей, БМП, БТР и танков, а также радиотехнических средств. Центром тяжести военных доктрин стало обеспечение решения задач управления действиями различных родов войск с центрального командного пункта. Для этого военным необходимо иметь средства комплексного компьютерного моделирования боевого пространства, когда модель имитирует действия всех родов войск, позволяет разыгрывать и анализировать различные сценарии сражений. Такие средства ведения "электронной войны" (The Joint Warfare System, JWARS) разрабатывает, например, в США компания CACI по заказу МО США. Кстати, компания CACI с 60-х годов известна как создатель первого языка моделирования SIMSCRIPT.