Материализация идеи

По материалам книги Седунова и Шерстюка "Драма зелёного города"

Я уже писал в рассказе "Рождение уникальной космической системы" о первых этапах зарождения и утверждения идеи использования матриц приборов с зарядовой связью (ПЗС) в системах космического наблюдения.


К середине 70-х годов работы по созданию в Минэлектронпроме СССР элементной и приборной базы для разработки систем наблюдения Земли из Космоса развернулись в полную силу. Приказом министра Александра Ивановича Шокина я был назначен Главным конструктором Минэлектронпрома по спецпрограмме «Сплав», нацеленной на разработку и организацию производства на предприятиях Минэлектронпрома новейших комплектующих изделий для перспективных систем космического наблюдения. Александр Иванович уделял пристальное внимание этой Программе. При моем докладе на НТС министерства об основах создаваемой системы он вдавался во все детали и особенно интересовался требованиями к изделиям электронной техники в каждом узле системы.

Как ковался фундамент системы

В соответствии с этой Программой мы выдали в НИИ «Пульсар» не одно техническое задание, а сразу три с поэтапным наращиванием разрешающей способности матриц ПЗС в 1,5-2 раза. Чтобы для начала летных испытаний системы иметь хотя бы синицу в руке, а в дальнейшем ухватить и журавля с неба. Первое поколение матриц соответствовало достигнутым топологическим возможностям НИИ «Пульсар», хотя и требовало доведения однородности параметров до уровня требований нашей системы. Следующие матрицы имели возрастающие числа элементов накопления в связи с уменьшением размеров пикселя.

 
Мне пришлось отбиваться от нападок заказчиков, утверждавших, что первые матрицы их не удовлетворят. Я понимал, что при ужесточении требований по разрешающей способности мы поставим технологов перед невыполнимой задачей и не будем иметь ни качественных матриц, ни самой системы к заданным срокам летных испытаний. Генеральный директор НПО ЭЛАС Геннадий Яковлевич Гуськов поддерживал меня в этом, считая, что летные испытания нельзя откладывать, так как они предназначены для отработки взаимодействия всех подсистем системы «Сплав».


Жизнь подтвердила правильность нашей стратегии. Качество изображений, доставленных первым спутником, превзошло ожидания заказчиков. Дело в том, что они привыкли к низкому контрасту для высокого разрешения изображений на фотопленке, а матрицы ПЗС гораздо лучше передавали контраст, хотя и при меньшем предельном разрешении. Тем более, что электронная обработка сигналов изображений устраняла влияние дымки на контраст изображений, а многокристальная конструкция приёмника движущихся изображений позволяла бороться со смазом изображений при наклонной съёмке.


Но в разработке ПЗС мы не ограничивались раздачей заданий. В отделе Виктора Мартынова под руководством Ивана Петручука были созданы собственные фоточувствительные приборы с зарядовой связью. Это позволило нам на профессиональном уровне взаимодействовать как с разработчиками ПЗС из других организаций, так и со специалистами по космической фотографии.


Заказчики дали высокую оценку и фоторегистратору на светодиодных линейках, разработанному в лаборатории Клары Шарафовны Еникеевой. В связи с этим вспоминается посещение нашего отделения заместителем министра Владиславом Григорьевичем Колесниковым. Когда я показывал ему гермозону, в которой Клара Шарафовна изготавливала свои линейки светодиодов, он скептически заметил: «Эта гермозона может защитить только от мух». Действительно, так называемая гермозона размещалась в здании школьного типа, которое занимал МИЭТ в первые годы своего становления, и обеспечить настоящую герметичность ее окон и дверей было нереально. Но когда Владислав Григорьевич увидел работающие светодиодные линейки с рекордно малыми размерами элементов и токами питания светодиодов, он сказал: «Так и чувствовал, что не зря к вам еду. С меня министр авиационной промышленности требует такие линейки для бортовых фоторегистраторов, а специалисты говорят, что их невозможно сделать». Он немедленно отдал команду НИИ «Сапфир» перенять наш опыт и организовать промышленное производство СД-линеек.


Нами были выданы задания в Ригу и Вильнюс на разработку и организацию промышленного производства аналого-цифровых преобразователей, которые впоследствии активно использовались не только для системы «Сплав», но и во многих других разработках. Я сформулировал технические требования к микросхемам АЦП и следил за их выполнением. В то время невозможно было себе представить, что дружественные нам коллективы всего через 15 лет окажутся за границами нашей страны, а налаженная кооперация лопнет.


Была развернута мощная подпрограмма по становлению технологии волоконнооптических линий связи как в части самого волокна, так и оборудования для его производства и контроля. Сегодня, когда мы видим колоссальные успехи и масштабы применения волоконной оптики, наше решение развивать в 70-е годы это направление выглядит исключительно ценным. К сожалению, разруха 90-х годов подорвала это направление в нашей стране и поставила Россию в ряд покупателей зарубежных изделий.


Станислав Александрович Гаряинов развернул разработку технологии интегральных схем на базе структур «кремний на диэлектрике». Его уверенность в перспективах этой технологии подкреплялась практическим использованием разработанных им диодных матриц для бортовых запоминающих устройств. Сегодня мы знаем, что это направление успешно развивается в передовых компаниях мира.


Мощные твердотельные лазеры и сверхбыстродействующие фотоприемники для космической лазерной линии связи разрабатывались в НИИ «Полюс» под руководством его директора Митрофана Федоровича Стельмаха и начальника отдела Валентина Георгиевича Дмитриева. Позднее в эту работу включилось и зеленоградское НПО «Зенит».


При Президиуме Академии Наук СССР была создана Комиссия по космической лазерной связи под руководством академика Велихова Евгения Павловича, в которую наряду с рядом крупных ученых и специалистов вошли Митрофан Федорович и я. Но здесь мы опередили время на несколько десятилетий. Лазерные линии связи, несомненно, в скором времени будут активно использоваться в Космосе, но в те годы создать их было неимоверно трудно.


Разработка аналогичной европейской лазерной системы обмена данными между спутниками на низкой околоземной орбите,  геостационарными спутниками и наземными станциями  EDRS-C была начата 10 лет назад, и 6 августа 2019 года был успешно выведен на рабочую орбиту второй спутник-ретранслятор. Это подтвердило правильность нашего стратегического замысла развития космической лазерной связи.


Но наша работа не пропала зря. Геннадий Яковлевич договорился с Олегом Дмитриевичем Баклановым, бывшим тогда заместителем министра Минобщемаша, о передаче им результатов наших наработок по лазерам и фотоприемникам. Я доложил Олегу Дмитриевичу о состоянии наших работ, и он принял решение использовать наши наработки и сложившуюся кооперацию в разработках лазерных высотомеров.


Антенные фазированные решетки в Космосе


Видя, что разработка лазерной линии связи выходит за пределы установленных сроков создания системы, Геннадий Яковлевич предложил мне проработать вариант создания линии связи на антенных фазированных решетках. К этому времени НПО «ЭЛАС» достигло колоссальных успехов в расширении сферы применения антенных фазированных решеток для правительственной связи через спутники-ретрансляторы «Молния». Уже были установлены антенные фазированные решетки на правительственных самолетах. Но одно дело - использовать антенные решетки для обеспечения телефонной связи, совсем другое – для передачи широкоформатных изображений. Здесь требовалась в десятки тысяч раз большая скорость передачи информации.


Для уменьшения нагрузки на линию космической связи было принято решение замедлять поток информации от оптико-электронной подсистемы с помощью буферного запоминающего устройства. Я рассчитал требуемую скорость передачи информации с учетом этого замедления и требуемые размеры антенн спутников и их потребляемой мощности. Геннадий Яковлевич позднее сообщил мне, что поручал перепроверить мои расчеты профессионалу по расчету параметров космических линий связи, выпускнику МФТИ, Игорю Фадееву, и он согласился с моими оценками.


Геннадий Яковлевич договорился с Решетневым Михаилом Федоровичем, чтобы руководимое им НПО прикладной механики рассмотрело мои требования к спутнику-ретранслятору. Я вылетел в Красноярск, где встретился с бригадой специалистов во главе с заместителем Генерального директора Чернявским Григорием Маркеловичем. Когда я рассказал специалистам идею установки на их спутник антенных фазированных решеток, сначала были возражения и предложения воспользоваться уже готовыми антеннами для спутников-ретрансляторов телевизионного вещания «Горизонт», разработка которого  активно велась для обеспечения телевизионного вещания на всю страну Олимпийских игр 1980 года в Москве. Я объяснил им, почему их антенны не смогут выполнить наши задачи.


И тогда ведущий конструктор потребовал принести чертеж вагона. Я удивился и спросил, причем здесь вагон, если мы проектируем спутник- ретранслятор. Он ответил, что антенна должна вписаться своими габаритами в вагон для перевозки спутника к месту старта. На пути будет 59 туннелей и мостов, которые никто не будет переделывать ради уникального спутника. Мы дружно вписали антенну в чертеж вагона и после этого приступили к перерасчету параметров космической линии передачи цифровой информации с учетом выбранной конструкции антенны. Эти расчеты подтвердили мои предшествующие оценки и убедили конструкторов спутника в реальности стоящей перед ними задачи.


Выход на государственный уровень


Готовность НПО ПМ создать спутник-ретранслятор с требуемыми для системы «Сплав» характеристиками открывала совершенно новые возможности для систем космического наблюдения. Время связи со спутником-ретранслятором было в десятки раз выше, чем время связи при пролете над наземным пунктом. Малое время сброса информации было одним из основных недостатков Пилотируемой Орбитальной Станции «Алмаз». Малый суточный объем информации, сливаемой в краткие моменты пролета над наземным пунктом, обусловил необходимость присутствия космонавтов на борту для выбора наиболее важных кадров, подлежащих передаче при пролете. А системы жизнеобеспечения космонавтов требовали создания огромной дорогостоящей станции, какой и была ПОС «Алмаз».


После моего возвращения в Зеленоград Геннадий Яковлевич поставил задачу перед отделениями радиосвязи под руководством Сергея Николаевича Николаенко и конструкторов под руководством Анатолия Александровича Газарова провести детальную разработку радиоаппаратуры для спутника-ретранслятора. С этими чертежами и оценками массы и энергопотребления аппаратуры мы вылетели большой бригадой в Красноярск. Совместная работа с местными конструкторами была успешной, они восприняли наши идеи конструирования микроэлектронной аппаратуры и антенных фазированных решеток. Теперь возможность создания в требуемые сроки спутника-ретранслятора для системы «Сплав» не вызывала сомнений.


Приятно видеть, что идея межспутниковой связи, заложенная в проект системы «Сплав» еще в 1974 году, пережила эпоху безденежья перестроечных лет и вновь возродилась на предприятии «Информационные спутниковые системы имени Решетнева» (сокращенно: ИСС, а ранее - НПО ПМ) в виде системы спутников-ретрансляторов нового поколения «Луч». А недавно появилась информация, что и наша старая идея создания трёх спутников-ретрансляторов, связанных лазерной линией связи, сегодня успешно реализуется в рамках Европейской Космической Ретрансляционной Системы (EDRS).


Вернувшись в Москву, я подробно доложил о ходе проектирования системы «Сплав» заведующему сектором ЦК КПСС Шимко Владимиру Ивановичу. Владимир Иванович был начальником нашего сектора в НИИ микроприборов с первых лет его существования, а в 1968 году ушел в аппарат ЦК КПСС вслед за первым директором НИИ Букреевым Игорем Николаевичем. С 1987 года он был назначен министром Радиопромышленности СССР, что было признанием как его личных достоинств, так и той школы, которую он прошел за годы работы в Зеленограде!


Владимир Иванович пришёл к выводу, что достигнутые результаты разработки системы «Сплав» подтверждают возможность включения плана работ по ее созданию в соответствующее Постановление Правительства.


Под руководством начальника отдела Военно-Промышленной Комиссии СССР Долгова Юрия Тихоновича я сформулировал задачи создания системы «Сплав» и ее подсистем для включения в проект Постановления. Это была великолепная школа: Юрий Тихонович требовал, чтобы все формулировки были предельно четкими и ясными. Когда задачи были определены, настала очередь сформулировать потребности НПО «ЭЛАС» в соответствующем материально-техническом обеспечении.


По совету Алфеева Владимира Николаевича, будущего президента Академии Технологических Наук, который тогда руководил лабораторией криоэлектроники в моем отделении, я настоял на включении в Постановление строительства исследовательского криоэлектронного корпуса с мощными фундаментами, которые могли бы обеспечить виброустойчивость оборудования субмикронной фотолитографии.


После выхода Постановления мне пришлось много работать с Мосэлектронпроектом по разработке технического задания на строительство нового корпуса (корпус «И»). Сегодня корпус «И» входит в состав завода «Компонент». Я рад, что мне удалось внести свой вклад не только в науку, технику и образование, но и в создание инфраструктуры Зеленограда.


Геннадий Яковлевич поручил службам обеспечения НПО «ЭЛАС» подготовить списки необходимого оборудования, и я согласовал их в ВПК для включения в готовящееся Постановление. В частности, большое внимание уделялось укомплектованию испытательной базы Конаковского Полигона НПО «ЭЛАС», на котором был создан дублирующий комплекс приёма информации, позволивший провести экспериментальную отработку аппаратуры наземной обработки и регистрации изображений.


Большие споры вызвал выбор предприятия, ответственного за разработку и создание комплекса наземной аппаратуры системы «Сплав». Окончательно остановились на НИИ Точных Приборов Минобщемаша. Я сформулировал требования к наземной аппаратуре. И здесь не обошлось без курьезов. Мы уже использовали в своей экспериментальной аппаратуре интегральные схемы запоминающих устройств емкостью свыше 1 кбит, а разработчики из НИИТП говорили, что могут применять ЗУ с емкостью не более 128 бит в корпусе, так как на более емкие микросхемы еще не было приемки заказчика. Геннадий Яковлевич использовал свой огромный авторитет для разрешения этой бюрократической проблемы. Без ее решения пришлось бы забить огромный зал шкафами ЗУ для промежуточного хранения и обработки принимаемой от ретранслятора цифровой информации.


Доказательство теоремы существования


Чем больше становился размах работ, тем острее звучали вопросы о сквозных характеристиках будущей системы. Нужны были испытания экспериментального образца оптико-электронного преобразователя в условиях, приближенных к реальным. Схемотехники под руководством Павла Возьмилова и специалисты по цифровой оптоэлектронике под руководством Владимира Карасева упорно работали над снижением шумов приемника движущихся изображений (ПДИ). Огромный вклад в это дело внесли молодые специалисты, выпускники МФТИ, Игорь Сецко и Леонид Гуторов.


Заказчики выдали нам для экспериментов объектив, уже летавший на одном из первых фотографических спутников «Зенит». Мы организовали субботники и расширили подвал под своим зданием для размещения там центра исследований ПДИ. Борис Коршунов и Юрий Езепов, соревнуясь друг с другом, разработали и обеспечили изготовление двух превосходных имитаторов бега местности. Вячеслав Колотков с сотрудниками обеспечил прецизионные оптические измерения. Компьютерная обработка движущихся изображений позволила доказать, что разрешение и чувствительность ПДИ соответствуют теоретическим оценкам, положенным в основу проекта системы «Сплав».
 

Главным достижением этих экспериментов была демонстрация того, что неоднородности темновых токов и чувствительности отдельных элементов матрицы сглаживались благодаря эффекту синхронного накопления, что давало еще большую уверенность в правильности избранного пути! Более того, эти неоднородности оказалось возможным запомнить в компьютере и исключить при цифровой обработке изображения. Так рождалась цифровая фотография движущихся изображений. Но её принципы ещё долго оставались непонятны для некоторых специалистов.


Предательство принципов


Я писал в рассказе "Возвращение в космическую технику" о создании уникального  телескопа в ЛОМО. На Совете Главных Конструкторов по этому телескопу Геннадий Яковлевич вдруг заявил, что в НИИ Микроприборов рассматривают вариант отказа от матриц в пользу линеек. Он попросил руководителя разработки приёмника движущихся изображений Карасёва В.И. подтвердить это, и тот не посмел опровергнуть это нелепое заявление. Но всем специалистам, причастным к разработке приёмника движущихся изображений, было очевидно, что с возрастанием разрешающей способности матриц требуемое число элементов накопления матрицы только растёт.

Чем было вызвано это нелепое заявление? Либо полным непониманием принципов синхронного накопления энергии движущихся изображений. Либо желанием умалить мою роль в разработке принципов работы системы "Сплав". Скорее - второе. Но как мог Карасёв, знавший приёмник движущихся изображений лучше других, подтвердить эту чушь? Ответ, видимо, кроется в школьных годах, проведённых в интернате для детей сотрудников охраны Унжлага и негативно сказавшихся на моральных принципах Владимира Ивановича.


Материализация идеи


Опираясь на положительные результаты теоретической и экспериментальной отработки принципиальных вопросов создания системы «Сплав», Генеральный директор Центрального Специализированного Конструкторского Бюро Минобщемаша Козлов Дмитрий Ильич принял решение создать специальный космический аппарат «Янтарь-4КС1», предназначенный для работы с аппаратурой системы «Сплав». 

 
Первый запуск этого аппарата в Космос в 1982 году принёс убедительное подтверждение работоспособности основных идей, заложенных в основу системы "Сплав", и продемонстрировал огромные перспективы развития данного направления космического аппаратостроения.


Главный урок создания системы "Сплав" - опора на творческий поиск принципиально новых технических решений и на талантливую молодёжь, выпускников МФТИ и МИЭТ, успешно решающих задачи подготовки нового поколения специалистов для перспектив развития электронных космических систем.