Página Espacial
Bienvenido. Estamos en la Web desde el 12 de Julio, 2003. Nos encontramos...!
   
 
Mensaje
 
Las computadoras del Buran
Redacción
Buran space shuttle
El 15 de Mayo de 1987 tuvo lugar el primer lanzamiento de prueba del nuevo vector pesado Energia, transportando al satélite militar Polyus, el cual no pudo llegar a órbita. Un año y medio más tarde, sin embargo, el segundo lanzamiento fue exitoso e hizo historia: el Energia puso en órbita al transbordador espacial Buran. El Buran dio dos vueltas a la Tierra y descendió de manera perfecta en una pista especial en Baikonur, luego de cumplir una misión de tres horas. Pero no había tripulación a bordo: los más de cincuenta sistemas que controlaban y daban capacidad de decisión al Buran eran a su vez controlados por programas almacenados en la computadoras de a bordo. El diseño de los sistemas de guía del vector Energia y del transbordador Buran en la década de 1980 fue probablemente el pináculo de los esfuerzos creativos de la escuela rusa de diseño de computadoras de a bordo.
l sistema de guía del vector pesado Energia fue diseñado en el Centro de Investigación Científica Khartron (Kharkov, Ucrania), que también diseñó numerosos otros sistemas de guía para diversos artefactos espaciales y misiles estratégicos. La transición de los sistemas de guía analógicos a los sistemas computarizados tuvo lugar a mediados de la década de 1960. En esta época la tarea de guiar un misil balístico intercontinental requería de cálculos muy precisos y del tratamiento de una gran masa de información en tiempo real por parte de los sistemas embarcados. Eso podía solamente ser realizado por potentes computadoras de a bordo. El primer cohete con un sistema de guía que incluía una computadora de a bordo fue lanzado en 1971. A mediados de los '80 Khartron trabajaba simultáneamente en dos sistemas igualmente complejos: un sistema de guía para el Energia y otro para el poderoso misil intercontinental SS-18, conocido en occidente bajo el tremendo nombre de “Satán”.

En ese entonces científicos en Moscú y Ucrania trabajaban sobre el sistema Salyut-5 para la estación espacial Mir, el sistema de aproximación Kurs –el cual funcionó exitosamente en el complejo Mir-Soyuz-Progress y ahora lo hace en la ISS– y otros sistemas de control para artefactos espaciales. El primer Sputnik, lanzado en 1957, tenía el más primitivo equipamiento de a bordo que permitía a los controladores de tierra monitorear solamente algunos parámetros del mismo. Por el contrario, los sistemas de control de los ingenios espaciales de los años '80 debían realizar tareas como la orientación y la estabilización en el espacio, la navegación, la programación de acciones, el monitoreo de parámetros, diagnósticos, y muchas otras. El sistema Salyut-5 desarrollado para la última estación espacial soviética Mir sigue siendo hasta ahora el más poderoso y confiable de todos los sistemas computarizados de a bordo producidos en serie.

Sin embargo lo más impresionante en términos de complejidad y de resultados alcanzados, es el trabajo sobre el transbordador espacial Buran. A diferencia del transbordador espacial norteamericano, el cual había sido diseñado desde el principio como una nave tripulada, la lanzadera soviética Buran tenía que ser capaz de cumplir misiones automáticas (sin tripulación). Eso impuso a los desarrolladores del sistema de guía una tarea mucho más complicada. Tenían que anticipar todas las emergencias posibles, e idear los procedimientos adecuados para escapar de situaciones complejas.

En el diseño de una computadora de a bordo para el Buran se implementaron numerosas soluciones originales. Una de las especificaciones para el sistema de guía era la siguiente: si fallaban dos componentes críticos cualesquiera, el sistema debía seguir operando correctamente de forma tal de garantizar el retorno de la nave desde el espacio. La redundancia de los sistemas de tratamiento solucionaba el problema de la confiabilidad, pero al mismo tiempo instalaba un nuevo problema: el de la sincronización. A diferencia de los norteamericanos, los diseñadores soviéticos no implementaron una sincronización controlada por software, sino que decidieron hacerla en hardware. Al hacer esto evitaron la penosa tarea de escribir enormes programas para la sincronización de las computadoras del sistema de guía.

Cuando comenzaron los trabajos respectivos una de las cuestiones más importantes era ¿qué lenguaje de programación se debía elegir?. Aunque existían algunos lenguajes de bajo nivel para programar las computadoras de control de los misiles, el proyecto Buran tenía una escala y una complejidad sin precedentes. En un plazo de tiempo muy corto era necesario escribir programas de un tamaño mucho más grande que el tradicional software de guía. Era imperativo incrementar la eficiencia del trabajo de los programadores; por consiguiente, la programación en lenguaje ensamblador (o assembler) fue descartada.

Por otro lado, la enorme magnitud del proyecto requería de la participación de una gran cantidad de organizaciones. Todo el país construyó al Buran. Numerosos programadores tenían que interactuar unos con otros y con los especialistas en sistemas de a bordo. Todo esto hizo particularmente complicada la elección de un lenguaje de programación. El Keldysh Institute of Applied Mathematics (KIAM) tuvo la responsabilidad de resolver este problema. El matemático del KIAM Mikhail Romanovich Shura-Bura, legítimamente reconocido como el patriarca de los programadores en la URSS, supervisó este proyecto. Al final, se desarrollaron nuevos lenguajes de programación: “Prol-2” (para el desarrollo de los sistemas de a bordo), “Dipol” (para el desarrollo del software de control terrestre), y también el lenguaje especial de descripción de objetos “Floks”, el cual hacía compatibles a estos dos lenguajes. También se desarrolló el lenguaje de modelado “Laks” y se hizo uso del lenguaje para el desarrollo de compiladores “Refal”. Es interesante destacar que a partir de los lenguajes Prol-2, Dipol y Laks el KIAM y el Centro Pilyugin crearon un nuevo lenguaje de programación gráfica conocido como “Drakon”, el cual fue desarrollado entre los años 1986 y 1998.
Buran aterrizando
El Buran segundos antes de hacer contacto con la pista en Baikonur. A decir de uno de los pilotos que interceptó al Buran, éste daba la impresión de "estar piloteado por una persona...". Los programas que estaban corriendo en las unidades de control del Buran fueron escritos y depurados en el Keldysh Institute of Applied Mathematics (KIAM) / Centro Pilyugin. Entre las muchas herramientas informáticas creadas durante el desarrollo del Buran, merecen ser mencionados los lenguajes de programación Prol-2, Dipol y Laks. A partir de éstos Vladimir Parondzhanov desarrolló el lenguaje de programación visual Drakon, un tipo especial de software para "programar sin programadores".
Todo esto comprendía un entorno de desarrollo que incluía lenguajes para la escritura del código fuente, y herramientas informáticas para la depuración del mismo, y la obtención de los códigos objeto instalados en las computadoras de a bordo y terrestres. Este entorno proporcionaba una base sólida para la colaboración eficiente entre todos los desarrolladores del software de guía del Buran.

Detalles de la computadora de a bordo del Buran. La computadora de a bordo recibe la información de los sensores de a bordo, trata la información en función de las distintas tareas y envía las correspondientes órdenes a los actuadores y sistemas de a bordo. Para garantizar el funcionamiento en tiempo real la lectura/escritura de las entradas/salidas es hecha cada 32,8 ms.

La estructura de la computadora de a bordo es definida por la conservación de la capacidad de trabajo así como la garantía de la seguridad de la tripulación. La computadora de abordo consiste de dos módulos: de tratamiento “central” y de tratamiento “periférico”. Cada uno de estos módulos está compuesto por 4 computadoras que trabajan de manera sincrónica y ejecutan las mismas tareas. Las cuatro computadoras realizan las mismas operaciones y al final del proceso sus resultados son comparados; si alguna sufre alguna falla, es desconectada automáticamente (las otras tres siguen funcionando) y así sucesivamente hasta que no haya más que 2 computadoras; si de nuevo surge algún desperfecto (los resultados arrojados por las dos computadoras son diferentes) el sistema “decide” desconectar al azar una de las máquinas de modo que siempre exista una probabilidad de buen funcionamiento del 50 %.

La sincronización de la información de las 4 unidades de tratamiento en tiempo real es una operación difícil y no confiable. Así, como bien se mencionó con anterioridad, la sincronización de los módulos central y periférico no es realizada en software (como en el transbordador norteamericano) sino en hardware; hay un solo reloj de cuarzo que genera el tren de impulsos para las 8 unidades de tratamiento a la frecuencia de 4 MHz. Como el reloj también tiene que responder a los requerimientos de confiabilidad (es decir se tiene en cuenta las posibles fallas de dos equipos cualesquiera) hay 5 canales que se reservan para la señal del reloj sobre la que se establece la regla de votación (o mecanismo de decisión mayoritaria)
“3 de 5”. El almacenamiento de la información de la computadora de a bordo se realiza en una cinta magnética con una capacidad de almacenamiento de 819 200 palabras de 32 bits (se reserva una parte para el almacenamiento del software antes de su carga en memoria RAM). Por último, esta cinta también se podía utilizar para almacenar la información que tenía que ser mostrada en las pantallas de la cabina.
Detalles técnicos del sistema de guía del Buran
Características Valor
Capacidad de cálculo, op/s 37*10^4
Cantidad de procesadores 74
Capacidad RAM  
operacional, palabras de 32 bits 131 072
permanente, palabras de 32 bits 16 384
Cantidad de procesadores de entrada/salida 4
Cantidad de líneas para la transmisión 21
Longitud de la información entre computadoras, bits 36
Frecuencia de muestreo de los sensores, MHz 0,25
Velocidad del bus entre las 4 unidades de tratamiento, palabras de 36 bits/s 61 440
Consumo eléctrico, Watt 270
Tensión, Volt 27
Temperatura de trabajo, °C -10 a +50
Peso, kg 33,6
Buran / An-225
 
Fuente: Buran.fr / Buran.ru
(Todas las imágenes propiedad de Buran.ru)
 
Mendoza, Argentina, 12 de Setiembre de 2007.
 
Los trabajos publicados sólo pueden ser reproducidos
con la expresa autorización de sus autores.
Estamos en contacto: betelyuz@yahoo.com
Por cualquier corrección, sugerencia o comentario.
 
Sitio Oficial Carl Sagan Portada Acerca de... Índice Contacto Links Click para ampliar!