Перспективы развития программного обеспечения космической деятельности

Сложность объектов ракетно-космической техники обусловлена многообразием решаемых ими задач научного, социально-экономического и оборонного характера. В перспективе многофункциональные объекты РКТ по своим возможностям будут приближаться к автоматическим летающим роботам, а их группировки и комплексы управления — к большим пространственно распределенным интеллектуальным системам. Такие системы топологически могут быть представлены в виде наземно-космической интеллектуальной информационной сети. Интеллектуальность сети, а также ее эффективность во многом определяются степенью развития средств программного обеспечения.

Объектами внедрения и развития программного обеспечения в рамках такой сети являются:

• информационные системы технических и стартовых комплексов, командных пунктов, информационно-аналитические центры и узлы связи космодромов;
• автоматизированные системы управления космодромами;
• наземный автоматизированный комплекс управления (НАКУ) космическими аппаратами в составе отдельных командно-измерительных комплексов (ОКИК), центров управления и контроля полета (ЦУП и ЦКП), баллистических центров (БЦ), средств связи и передачи данных;
• информационные системы правительственных ведомств,занимающихся космической деятельностью;
• информационные системы корпоративного управления космических центров, конструкторских организаций и предприятий ракетно-космической отрасли;
• бортовые вычислительные комплексы космических транспортных средств (ракет-носителей, разгонных блоков, воздушно-космических самолетов, межорбитальных буксиров и т.д.);
• бортовые комплексы управления пилотируемых КА и орбитальных станций;
• бортовые комплексы управления автоматических КА и межпланетных станций;
• технические средства телекоммуникационных систем.

Создаваемое и внедряемое для таких систем и объектов программное обеспечение подразделяется на общее, общесистемное и специальное.

Общее программное обеспечение (ОПО) предназначено для организации вычислительного процесса в локальных и глобальных вычислительных сетях (фрагментах наземно-космической информационной сети), ведения распределенных и пользовательских баз данных, обеспечения защиты информации от несанкционированного доступа. В состав ОПО входят сетевые и пользовательские операционные системы (ОС), распределенные и пользовательские системы управления базами данных (СУБД), программные средства обеспечения защиты информации.

Основное назначение общесистемного программного обеспечения (ОсПО) заключается в организации:

• комплексного функционирования взаимосвязанных вычислитель-ных средств фрагментов наземно-космической информационной сети;
• телекоммуникационного обмена данными;
• поддержки «дружественного» интерфейса человека с интеллектуальными программными комплексами (системами);
• функционирования средств отображения информации.

В состав ОсПО включаются программные средства:

• поддержки сетевой технологии и телекоммуникаций;
• электронной почты;
• геоинформационных систем;
• обработки графической и текстовой информации, аудио- и ви-деоинформации;
• проблемно-ориентированных экспертных систем;
• автоматизированного проектирования элементов РКТ;
• систем, реализующих формальную модель нейронной сети (нейрокомпьютеров).

Специальное программное обеспечение (СПО) — это совокупность программных средств, реализующих конкретные функции задач, решаемых в процессе управления объектами и системами. СПО функционирует в среде ОПО и, как правило, информационно и программно сопрягается со средствами ОсПО. СПО создается для автоматизации тех задач, которые невозможно реализовать, опираясь только на средства ОПО и ОсПО.

В укрупненном виде можно выделить ряд групп СПО, предназначенных для решения таких важнейших функциональных задач, как:

• навигационно-баллистическое обеспечение;
• информационно-телеметрическое обеспечение;
• планирование и командно-программное управление объектами РКТ и их группировками;
• обработка, обмен и отображение телеметрической и другой информации.

Не прибегая к детализации и перечислению всего состава программных средств, включающих сотни упомянутых групп СПО, укажем, что в совокупности они являются интеллектуальным ядром технических систем и обеспечивают автоматизированную работу взаимосвязанных комплексов аппаратуры объектов РКТ, их группировок и центров управления.

Требования к функциональным возможностям перспективного ПО вытекают прежде всего из характера решаемых задач, а также из экономических критериев, используемых на этапах его создания и эксплуатации.

К важнейшим общим требованиям, предъявляемым к перспективному ПО, следует отнести:

• мобильность, т.е. возможность переноса ПО с одной вычислительной платформы на другую, а также из одной операционной среды в другую;
• возможность работы в открытых вычислительных сетях;
• наличие «дружественного» интерфейса, в том числе на естественном языке;
• совместимость, т.е. способность работать во взаимодействии с широким спектром общепризнанных программных средств общего и специального назначения;
• удовлетворение требованиям отечественных и международных стандартов в области программной инженерии.

Выполнение этих требований позволит обеспечить не только работоспособность ПО с широким спектром смежных программных продуктов, но и возможности использования при его разработке прогрессивных инструментальных средств, зарекомендовавших себя как высокоэффективные. Следует подчеркнуть,что в перспективе нужно обращать самое серьезное внимание на технологию разработки ПО, которая должна базироваться на стандартах. Именно в стандартах, число которых в области программного обеспечения уже приближается к тысяче, заключен огромный отечественный и зарубежный опыт разработки ПО, при использовании которого обеспечивается выполнение упомянутых общих требований.

Для разработки ПО космической деятельности используются инструментальные лингвистические и программные средства технологического программного обеспечения (ТПО). В состав ТПО входят:

• алгоритмические языки низкого и высокого уровней, проблемно и объектно ориентированные алгоритмические языки;
• трансляторы и компиляторы алгоритмических языков;
• средства автоматизированного проектирования специального программного обеспечения — приложений (средства CASE-технологии).

В связи с широким использованием объектов РКТ многоцелевого назначения и активным управлением ими возрастает актуальность применения программного обеспечения, позволяющего реализовать вербально-командное управление их состоянием и функционированием, основанное на распознавании голосовых команд, что позволяет существенно облегчить и повысить оперативность и качество управления. При этом в связи с широким международным сотрудничеством в области космической деятельности может быть преодолен языковой барьер в рамках сотрудничающих сторон на основе использования автоматического распознавания голосовых команд и перевода с одного языка на другой. Проблемным вопросом при создании такого интерфейса является разработка соответствующих физических датчиков, алгоритмов и программных средств, обеспечивающих в совокупности распознавание смысла голосовых команд или текста.

Одной из важнейших проблем является проблема обеспечения безопасности. Средства безопасности предусматривают использование целого ряда механизмов для защиты передаваемых управляющих сигналов, речи и данных. В их число входят средства аутентификации, обеспечения конфиденциальности, управление ключами (включая передачу последних по эфиру) и блокировка (разблокировка) терминалов. Кроме того,обеспечивается сквозное шифрование, при котором задействуется технология синхронного шифрования потока информации,что позволяет достичь высокого уровня защиты трафика пользователя. Криптографические методы и средства защиты информации в настоящее время экономически более выгодны,чем другие технические и организационные меры,а в ряде случаев только они способны дать существенные результаты. Уже сейчас производители предлагают широкий спектр криптосредств для сокрытия документальной, речевой и другой информации, которые работают в сетях при скоростях передачи информации от десятков бит до сотен мегабит в секунду.

В перспективе должна быть налажена индустриальная технология разработки программного обеспечения с использованием упомянутого ТПО. Экономические данные свидетельствуют о том, что уже в настоящее время доходы от разработок программного обеспечения вносят существенный вклад в валовой национальный продукт ведущих стран, который с углублением информатизации будет только нарастать. Это обстоятельство является залогом самого пристального внимания к созданию программного обеспечения и серьезного отношения к его развитию, в том числе и применительно к ракетно-космической технике.

В РКТ программное обеспечение находит применение и развитие в области научных исследований, проектирования и производства, испытаний и управления полетом, т.е. на всех этапах жизненного цикла ракетно-космической техники. Сегодня и в будущем эффективное проведение научных исследований не мыслится без программного обеспечения поддержки банков данных и баз знаний. Современное проектирование элементов РКТ, ракетно-космических комплексов осуществляется с широким применением систем автоматизированного проектирования (САПР). Основу САПР составля-ют развитые аппаратно-программные средства в составе локальных вычислительных сетей (ЛВС). В ходе производства РКТ программное обеспечение используется как интеллектуальное ядро систем контроля качества продукции и диагностического контроля. В заводских условиях, на контрольно-испытательных станциях и космодромах эффективное проведение испытаний возможно только при наличии высокоинтеллектуальных аппаратно-программных комплексов (АПК). На базе таких АПК создаются перспективные наземные проверочно-пусковые комплексы (НППК).

Он представляет собой многопроцессорную вычислительную систему с резервированием, работающую в синхронном режиме с БЦВК бортовой системы управления летательным аппаратом (РН, РБ, КА). НППК обладает высокой информативностью и универсальностью, обеспечивает оперативное внесение изменений в собственное программное обеспечение и в программное обеспечение БЦВК. На предприятиях ракетно-космической отрасли создаются и внедряются программные подсистемы,объединяемые в так называемую информационную систему корпоративного управления. Такая система призвана решать задачи контроля и управления документопотоком, материальными и людскими ресурсами, имеет связь с технологическими АСУ.

Создание мощных информационных систем управления видится в качестве пути развития космодромов. Информационная система управления космодромом относится к классу сложных систем и состоит из следующих фрагментов:

• АСУ управления космодромом по видам деятельности на базе ЛВС органов управления и подчиненных подразделений;
• АСУ подготовкой к пуску транспортных средств выведения (РН, РБ и др.) и запуску КА на техническом комплексе;
• АСУ подготовкой и пуском транспортных средств выведения на стартовом комплексе;
• информационно-аналитического центра в составе измерительного комплекса космодрома;
• компьютеризированных узлов связи и телекоммуникационных средств сбора и передачи данных.

Программные средства перечисленных фрагментов обеспечивают автоматизированное решение функциональных задач, информационное взаимодействие между фрагментами, а также с центром управления полетом, информационными системами корпоративного управления предприятий и ведомств ракетно-космической отрасли, конструкторских организаций и научно-исследовательских учреждений. Без применения программных комплексов на объектах НАКУ, в ЦУПах и баллистических центрах невозможны контроль и управление полетом транспортных средств выведения и космических аппаратов. Дальнейшее развитие космической деятельности будет сопровождаться повышением роли, степени интеллектуализации и расширением областей применения программного обеспечения.