Космические – это не преувеличение. Эти часы действительно летали в космос, поскольку устанавливались на космические корабли «Союз». Их можно было увидеть и на космической станции «Мир». В этой статье мы разберем эти часы и посмотрим, что у них внутри и что этот прибор умеет.
Для справки. «Союз» — семейство советских и российских пилотируемых космических кораблей. Разработка «Союза» началась в 1962 году, а первый полет состоялся в 1966 году. Современные «Союзы» позволяют доставлять экипаж до трёх человек на околоземную орбиту на ракете с тем же названием. С 2011 до 2020 года «Союзы» были единственными кораблями, способными доставлять экипажи на МКС.
Располагались эти часы на главной панели управления кораблем. На фото ниже они слева вверху.
Справа вверху мы видим глобус Земли. Это навигатор. С его помощью космонавт может определить свое местонахождение относительно планеты. Любопытно, что такой же навигатор был установлен на корабле "Восток-1" - первом пилотируемом космическом аппарате (пилот - Ю. А. Гагарин").
Что умеют
Для начала посмотрим, что умеют эти часы. Они все же космические, должны уметь многое. На самом деле все много проще. Это обычные электронные часы с одним секундомером и одним будильником. Все. Ни таймера, ни календаря, ни всяких других прибабахов. Единственный, пожалуй, - выдача сигнала срабатывания будильника бортовому компьютеру. При желании пилоты могут задать выполнение той или иной операции бортовой системы по срабатыванию "будильника". Но это делается не на самих часах, а на панели управления кораблем.
В принципе, тут все понятно из фото. Назначение тумблера справа вверху – переключение режимов «Часы» (Часы Текущего Времени)/«Будильник» (Оповещатель). Нижний дисплей – секундомер, верхний – часы.
На самом деле часов в этом устройсте двое. Одни показывают текущее время, вторые — время с момента пуска главных двигателей. Второй показатель передается бортовому компьютеру и при необходимости может запускать те или иные узлы корабля (режим выбирается пилотом). Все это настраивается пилотами. Во всяком случае, именно так указывается в инструкции пользования часами, хотя непонятно, как это делалось с такими ограниченными возможностями прибора.
Что внутри
А теперь открутим заднюю крышку, и посмотрим, что у часиков внутри. Снимаем и наблюдаем удивительное зрелище.
10 плат, плотно утыканных микросхемами и соединенных между собой толстенным жгутом. И это в 1984 году! Но оставим рассуждения и пойдем разбираться дальше. Благо, провода жгута припаяны таким образом, что часы можно развернуть как книжку.
Зрелище еще то. Быстренько подсчитываем количество микросхем. Более 100! Что ж, разберемся с функциональной схемой сего чуда инженерной конструкции.
Платы 1 и 2
Блок питания. Его задача – понизить бортовое напряжение 24 В до необходимых для питания часов 5 В. Это делается при помощи импульсного преобразователя, собранного на мощном кремниевом транзисторе 2Т908АОС (плата 1).
«ОС» в конце маркировки само по себе впечатляет (высшее военное качество), но имеется еще и ромб – военная приемка. Впрочем, тут нет ничего странного – выход из строя одной детали может стоить жизни пилотам и многомиллионным тратам. Так что все лучшее и проверенное. У нас даже велосипеды делают с рамой, способной выдержать съезд с Эвереста, в отличие от японских и американских. Такие уж мы.
Также в преобразователь входят операционные усилители и куча трансформаторов (керамические цилиндры). Далее видим стабилитрон в своем классическом «советском» виде, выпрямительные диоды 2Д212АОС, транзисторные сборки (похожи на микросхемы). Ну и все прочее – резисторы, конденсаторы.
Вторая плата скромнее. На ней мы найдем фильтры и линейный стабилизатор, старую добрую «КРЕНку», обеспечивающую 15-тивольтовым питанием операционные усилители первой платы, и схему защиты от перегрузки.
Любопытно, что в правой части наблюдаются три большие дырки непонятного назначения. Вероятно, они нужны для того, чтобы освободить место для компонентов большой высоты на соседней плате – но там таких нет. Видимо, эту плату изначально разрабатывали для другого устройства.
Платы 3 и 5
Они отвечают за функции текущего времени и будильника. Обе набиты микросхемами мелкой и средней логики – он простых элементов типа И-НЕ до триггеров, дешифраторов и счетчиков.
Эти же платы отвечают за режим работы часов – показ реального времени или настройка. Элементов высокой интеграции не наблюдается, хотя они давно существуют и используются в «земной» технике.
Плата 4
На этой плате собран контроллер, отвечающий за вывод на дисплей показания часов и будильника. Тут же находится схема памяти установки будильника и схема совпадения. При совпадении текущего времени и установки будильника схема выдает сигнал на соответствующий выходной контакт, который может управлять теми или иными функциями процессора корабля. Никакого – «бип-бип» сами часы не делают – нечем.
Платы 6 и 7
К сожалению, разобраться с назначением этой платы не удалось. На ней в основном расположены импульсные трансформаторы. Возможно, они нужны для гальванической развязки бортовых систем корабля и самих часов. А к самому кораблю часы подключаются через девятнадцатиконтактный посеребренный разъем. таким образом, можно предположить, что часы все же связаны с бортовыми системами корабля и могут с ними взаимодействовать.
На плате 7 расположен кварцевый резонатор на 1 МГц и счетчики-делители, формирующие секундные импульсы.
Здесь же находятся четыре счетчика секундомера – каждый на свою цифру, и блок его обнуления. Импульсные трансформаторы гальванически развязывают бортовую сеть корабля с секундомером. Судя по всему, корабль может управлять им по тем или иным событиям.
Платы 8 и 9
На этих платах расположены дешифраторы для обслуживания семисегментных индикаторов. Микросхемы до слез знакомы. Это старые добрые 514ИД2 - двоично-десятичные дешифраторы с выводом на семисегментный индикатор. На плате 8 таких дешифраторов восемь, на плате 9 два плюс набор токоограничивающих резисторов.
В качестве органов управления в часах использовались кнопки КМ и тумблеры МТ, хорошо знакомые радиотехникам «советского» возраста. Долговечные и практически безотказные. Но, естественно, с военной приемкой.
Плата 10
Это плата индикации. На ней расположены 10 светодиодных семисегментных матриц. 6 из них отвечают за отображение текущего времени и будильника (часы, минуты, секунды), 4 работают на секундомер (минуты, секунды).
Почему 100 микросхем?
С функцией космических часов мы разобрались. У каждого, кто знаком с цифровой техникой, возникнет вполне логичный вопрос – почему столько микросхем? В 80-е уже вовсю продавались наручные часы с гораздо большим функционалом. И выполнены они были на одном кристалле, потреблявшем микроамперы.
Мы так тупим, что отстали от тех же американцев, выпускающих в то время микропроцессоры на одном чипе? Да, мы серьезно воевали, страна была развалена в 40-х до основания. Но не настолько же, чтобы бегать с каменными топорами. Обратимся к американским разработкам, которые после таких войн точно были на уровне индейцев с луками, которых они, кстати, истребили. К американским, потому, что они, по больному мнению их самих, – пупы Земли. Взглянем на плату компьютера AP-101S космического «Шаттла» тех же годов.
В чем разница? Да ни в чем. Почему? «Развитая» страна, а летают на мелкой ТТЛ логике. Для начала разберемся с типом микросхем. ТТЛ – «дубовая», прожорливая в плане энергопотребления технология. КМОП – самое то. Мало ест, хотя и не быстрая. Высокая интеграция. Собрать серьезное полнофункциональное устройство на одном кристалле с ТТЛ просто невозможно. Мы не сможем отвести тепло от такого кристалла.
КМОП – да, микропотребление, микротоки, но такие устройства, увы, подвержены внешнему влиянию. Малейшее изменение параметров внешней среды – приехали. А в космосе всякое бывает. Причем, обязательно бывает. Излучение, температура, все подобное. ТТЛ «ест» много, но его труднее «пробить» внешними помехами. Нам нужна надежность, значит ТТЛ.
Но ТТЛ невозможно сделать компактными с высокой степенью интеграции. Много энергии, много лишнего тепла. Зато высокие токи потребления ТТЛ существенно увеличивают помехозащищенность и работоспособность устройства. КМОП в этом плане им и в подметки не годятся. А все высокоинтегрированные микросхемы – КМОП, - боятся даже чиха. Куда их совать на орбиту?
Потому использование ТТЛ, а значит, мешка мелкоинтегрированных микросхем, – вполне оправданное решение. И тут не важна степень развития. Да, пиндосы круты, по их мнению, но до сих пор летают на МКС на наших носителях. Круто? Ато, если учесть их опыт с твердотельными шаттлами, взрывающимися при каждом запуске. Тут проще – мы, с дубинками и каменными топорами возим их на орбиту по сей день.
В 2020 году пресловутый Маск придумал для НАСА корабль, который все умеет – и рыбку ест, и садится куда надо. Правда, сделал он (корабль) это пока раз – испытательный. Это лишь один пробный полет, посмотрим. Возможно, пиндосы и сами научатся летать, не взрываясь, но пока мы им, высокоразвитым, продаем ракетные двигатели (БЕЗ САНКЦИЙ!) и катаем их на МКС.
Ну и в дополнение хотелось бы сказать, что эти часы собраны на серии 134, разработанной для повышенного уровня радиации и имеют пониженный уровень энергопотребления. Случайность? Думайте сами, а мы, Шахерезады, закончим наши рассказы до следующей ночи.
