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| Las computadoras del Buran Redacción |
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 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. |
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| 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. |
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| Mendoza, Argentina, 12 de Setiembre de 2007. |
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