Модификации М-4 – ЭВМ

ЭВМ М-4

ОСНОВНЫЕ РАЗРАБОТЧИКИ
Карцев М.А, Танетов Г.И., Иванов Л.В., Шидловский Р.П., Рогачев Ю.В., Гливенко Е.В., Филинов Е.Н., Шерихов Е.С., Кузнецова В.П.

Область применения:
управление в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций контроля космического пространства.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
Электронные схемы машины строились на появившихся в СССР в 1957-1958 гг. германиевых транзисторах и диодах. В ИНЭУМ были проведены исследования характеристик транзисторов в различных режимах их работы в электронных схемах ЭВМ (надёжность, стабильность параметров, скорость работы и др.). Исследования показали возможность построить электронные схемы для вычислительных машин с быстродействием свыше 10 тысяч операций в секунду. Элементную базу М-4 составляла импульсно-потенциальная логика, в значительной мере явившаяся данью традициям ламповой техники. Импульсно-потенциальные элементы -клапан (двухвходовое И), один вход и выход которого были импульсные, а второй вход – потенциальный, и триггер (входы – импульсные, выход – потенциальный). С точки зрения быстродействия импульсная система на транзисторах оказалась хуже, чем потенциальная, поскольку при равных частотах в импульсной системе требуется вдвое больше переключений транзистора, чем в потенциальной схеме. При изготовлении М-4 это привело к тому, что оказалось невозможным обойтись без специального отбора транзисторов и диодов. Были разработаны и изготовлены два типа арифметических устройств:

У-1 с использованием импульсно-потенциальной системы элементов на транзисторах П-16Б;
У-2 с использованием чисто импульсной системы на динамическом элементе с диффузионными транзисторами П­403 и линиями задержки.

При проектировании для машины М4-М устройства первичной обработки информации была разработана принципиально новая потенциальная система логических элементов, что обеспечило высокую технологичность в изготовлении, надежность в работе, удобство в эксплуатации.

• арифметическое устройство;
• устройство управления;
• оперативная память (ферритовая);
• постоянная память (ферритовая);
• устройство приема и выдачи информации;
• устройство сопряжения с РЛС;
• устройство отображения информации.

• система счисления – двоичная;
• представление чисел – с фиксированной запятой;
• среднее быстродействие – 20 000 операций/с;
• объем оперативной памяти – 1024 23-разрядных чисел;
• объем постоянной памяти – 1024 23-разрядных чисел.

Особенности аппаратуры М-4 были связаны с ее назначением: аппаратная реализация некоторых сложных операций, разделение памяти программ и констант и памяти данных, функциональное распараллеливание обработки информации благодаря использованию специализированных процессоров ввода-вывода, первичной обработки входных данных. В ЭВМ М-4 была осуществлена первая в мире аппаратная реализация вычисления квадратного корня. Конструктивно машина содержала три уровня:

На субблоке монтировались все электронные схемы машины и ферритовые матрицы запоминающих устройств. Размещение элементов на плате субблока было комбинированным: часть радиоэлементов находилась непосредственно на этой плате, а унифицированные узлы (триггеры, сумматоры и др.) устанавливались на ней в виде отдельных подсборок. Электрические соединения осуществлялись проводным монтажом. На переднюю панель субблока выводились контрольные точки и устанавливались лампочки индикации. С помощью двух 20-контактных разъемов, установленных на задней панели, субблок электрически соединялся с монтажом блока. Размеры субблока — 288 х 266 мм. Всего в машине имелось 344 субблока. В блоке размером 275 х 270 х 485 мм устанавливалось 9 субблоков. Типовой шкаф включал три секции с блоками, в которых размещались съемные субблоки, и две секции с блоками контроля и профилактики. Габариты типового шкафа 2300 х 2120 х 600 мм. Для питания машины использовался трехфазный генератор 400 Гц, 200 В, 4,5 кВА, а также нестабилизированное трехфазное напряжение 50 Гц, 220 В, 1 кВА.

ПРИМЕНЕНИЕ
Головной образец (первый комплект) ЭВМ М-4 в июле 1962 г. успешно выдержал Государственные испытания совместно с РЛС и М-4 была предложена для серийного изготовления. Однако М.А. Карцев предложил для запуска в серийное производство новую машину с более высокими техническими и эксплуатационными характеристиками – ЭВМ М4-2М. Второй комплект машины М-4, доукомплектованный устройством первичной обработки, находился в эксплуатации до 1966 г. с модернизированной РЛС и обозначался как ЭВМ М4-М.

1958-1962 гг. Одна из первых машин использовавшихся для управления в реальном масштабе времени экспериментальным комплексом радиолокационных станций контроля космического пространства. Элементную базу М-4 составляла импульсно-потенциальная логика.

M4 Carbine – оружие американского спецназа

В 1985 году компания Кольт приступила к очередной модернизации штурмовой винтовки М16А2. На её базе разрабатывался укороченный карабин получивший индекс XM4 Carbines, или модель 720. Первые 40 единиц этого оружия увидели свет в феврале 1986 года. Именно в этот миг появилась знаменитая американская винтовка М4 Carbine, основное стрелковое оружие сил специальных операций США.

В процессе работы над устройством карабина в него вносились изменения, как улучшающие качества, так и исправляющие недостатки. В результате работ в 1994 году армией США и корпусом морской пехоты был подписан контракт с заводами Кольта на поставку карабинов модели 920 и 921, армейское наименование М4 и М4А1 которые должны были заменить основную часть длинноствольных М16 различных модификаций. Этот момент и стал «звёздным часом» компании Кольт и её укороченной винтовки. Дальнейшая судьба этого оружия больше напоминает скатывание по наклонной. Капризы карабина, короткий и лёгкий ствол сыграли свою негативную роль во время боев в Афганистане и Ираке.

Хронология создания автоматического карабина М4

ХМ4 представляли собой укороченный вариант винтовки М16А2, так например ствольная коробка перешла к карабину почти без изменений. Основным отличием были лёгкие стволы в 406 мм, с шагом нарезов 1/7, цевье разработанное компанией Кольт и телескопический четырехпозиционный приклад.

В 1986-87 году ХМ4 проходили испытания на Абердинском полигоне армии США, в ходе испытаний карабины прошли через огонь, воду и медные трубы. Целью испытания было:

• общие стрелковые испытания карабина;
• испытание надёжности, как винтовки, так и отдельных узлов и деталей;
• воздействие на стрелка и рядом находящихся, вспышка и звук выстрела;
• исследование износа частей и деталей после отстрела 10 000 патронов;
• определение давления в канале ствола и газовой каморе, а также скорости пули;
• взаимозаменяемость узлов и деталей карабина, со штурмовой винтовкой М16А2;
• удобство и точность выверки и пристрелки оружия;
• тестирование при работе в экстремальных условиях:

1. температурный диапазон от -50 до +50 градусов Цельсия;
2. в «сухом» состоянии, без смазки, в песке, в сильном запылении и при загрязнении ствольной коробки;
3. работа под дождём, воздействие агрессивных химических соединений.
4. удобство в эксплуатации, эргономика;
5. возможность внесения изменений и ресурс модернизации.

Карабин ХМ4 выдержал все эти испытания. После их окончания усовершенствованный карабин модели 723 поступил для войсковых испытаний в знаменитый отряд «Дельта» и 75 полк рейнджеров, которые и провели полное тестирование нового оружия. На основании их заключения карабины М4 и М4А1 начинают поставляться для армии США.

Стоит отметить что параллельно испытаниям коммерческая модель 727 активно продавалась по всему миру, в конце 80-х достаточно большое количество М4 было закуплено ОАЭ. В 1990 году производство модели 727 было остановлено и на поток встал карабин М4 модель 920. А с 1994 году прекратился и выпуск комплектующих к ранним моделям карабина.

В тоже время карабин М4, а впоследствии и М4А1, разработанный в 1996 году, на базе винтовки М16А3, поставлялся во многие страны мира, где и состоит на вооружении по настоящее время.

Устройство и принцип действия карабина

Как и остальные винтовки, созданные на базе AR-10/15, автоматика карабина использует энергию пороховых газов отводимых в ресивер.

При выстреле часть пороховых газов проникает в трубку газоотводного механизма расположенную над стволом, по ней они попадают в ресивер-ствольную коробку, и толкает раму назад, часть газов проникает в полость затвора и сдвигает затвор вперед.

Это нужно для того чтобы выступы вышли из зацепления и освободили гильзу. Но в то же время это действие сильно загрязняет внутренности коробки нагаром и копотью. Затвор проворачивается, выбрасыватель вытягивает гильзу из патронника и откидывает её в окно, затворная рама в откате взводит курок.

По достижению рамой крайнего положения, она под действием возвратной пружины начинает накатываться на место, по дороге зацепляя верхний патрон из горловины магазина и досылая его в патронник. Затвор проворачивается и запирает ствол. Курок спускается производиться выстрел. После чего цикл повторяется.

Компоновка карабина также повторяет М16. Приклад расположен на оси ствола, что значительно уменьшает подброс ствола при стрельбе. Внутреннее устройство напоминает штурмовую винтовку М16А2, хотя с небольшими отличиями.

Достаточно сказать, что взаимозаменяемость деталей и элементов механизмов этих образцов оружия не превышает 20-25%. Приклад телескопический, выдвижной с 4-мя фиксированными позициями. Ствольная коробка из алюминиевого сплава.

Спусковая скоба откидная, что позволяет вести огонь даже в толстых перчатках.

Флажок выбора режима огня расположен слева, над рукоятью управления огнем, с правой стороны ручной досылатель затвора.

Прицельные приспособления механического типа состоят из мушки на колодке и диоптра расположенного на ближнем к стрелку краю ствольной коробке, если ствольная коробка старого образца с предустановленной ручкой для переноски, то диоптр подобно М16 расположен на ней. Длина ствола зависит от модификации и составляет 370 или 406 мм.

Магазины стандарта STANAG, практически можно использовать любые, но оригинальные рассчитаны на 20 и 30 мест. Патрон М855-SS109 стандарта НАТО.
К карабину может присоединяться стандартный штык-нож М9, подствольный гранатомёт М203.

Кроме того при использовании комплекта SOPMOD и интерфейса RIS на карабин можно подвесить все необходимое стрелку оборудование: сошки, фонарь, оптический, коллиматорный или ночной прицел, ЛЦУ.

Как и М16 сборка-разборка карабина достаточно проста, хотя и требует внимательности и аккуратности. УСМ и пистолетная рукоятка при разборке откидывается назад, этим обеспечивается доступ к чистке ствола и ресивера.

Отмечается крайняя привязанность карабина М4 и М4А1 к патронам и порохам высокого качества.

При использовании низкокачественных патронов резко увеличивается количество отказов и задержек при стрельбе. Также нужно отметить что, как и другие американские винтовки Кольт М4 не очень хорошо переносит загрязнения.

Модификации

Карабин М4 выпускался в нескольких вариантах. Сам Кольт М4 может стрелять одиночными или фиксированными, трехпатронными очередями. Появившаяся в 1996 году модель М4А1 в дополнении имеет полностью автоматический режим огня вместо отсечки.

С этого же времени карабины М4 и М4А1 выпускаются с плоской поверхностью ресивера, на которой жестко зафиксирована планка Пикатинни, идущая по всей поверхности ствольной коробки.

На ней и устанавливаются прицельные приспособления разного типа, от механического диоптрического прицела, рассчитанного на 400 метров, до коллиматоров и оптики.

Для дальнейшей эксплуатации этого оружия по заказу ЦНО армии США был разработан модульный комплекс SOPMOD M4 kit, в него включены:

• М4 с верхней планкой Пикатинни и установленным цевьём RIS;
• подствольный гранатомёт М203QD с установкой на рельсы Пикатинни;
• дополнительная рукоятка для удержания; съёмная рукоятка переноски, прицел AGOG Reflex или 4Х, ЛЦУ;
• фонарь и глушитель.

В дальнейшем ассортимент обвеса был значительно увеличен. Также стоит отметить, что помимо боевых карабинов выпускались и коммерческие модели этой винтовки, как автоматические, так и самозарядные.

Достаточно интересен тот момент, что одна из самозарядных моделей М4, а именно SR-47 использовала для стрельбы патрон М43, советский 7,62 мм патрон образца 1943 года, от знаменитого АК-47.

Сравнение М4 и АК-102

Технические характеристики обоих карабинов сведены в таблицу. Выбор образцов для сравнения не случаен. АК-102 выбран намеренно, так как он использует тот же патрон что и М4, М4А1. Режим огня у выбранных образцов одинаков. Выводы по их эксплуатационным свойствам мы сделаем чуть ниже.

Секретные машины

В 1960 году об ЭВМ М-4 для радиолокационных станций не писали Михаил Карцев построил ЭВМ М-4 была на принципиально новой элементной базе – полупроводниковых транзисторах В 1960 году об этих машинах не писали.

В 1960 году об ЭВМ М-4 для радиолокационных станций не писали

СССР первым реализовал систему безъядерного поражения баллистической ракеты. Вычислительные машины Лебедева и Бурцева играли в первых комплексах ПРО решающую роль.

Тем не менее в 1957 году в лаборатории Брука (ЛУМС) началась разработка ЭВМ для радиолокационной станции. Как это произошло? Почти случайно, поначалу без ведома партии и правительства. Отдыхая в Кисловодске с директором Радиотехнического института академиком Минцем, Брук настолько заинтересовал его рассказами о работах над первыми ЭВМ, что Минц предложил сделать машину для управления и обработки информации радиолокационной станции «Днепр». РТИ делал первый радиолокатор для системы раннего предупреждения о ракетном нападении. Так же, как и ПРО, система СПРН в Союзе в эти годы только-только начинает создаваться.

Брук согласился, ЛУМС и РТИ совместно подготовили техническое задание на машину, и работа пошла. Впервые, кстати, вычислительная система делалась по ТЗ конкретного заказчика, и это во многом помогло разработчикам — с самого начала они искали оптимальное техническое решение для известных алгоритмов обработки информации. Главным конструктором электронной управляющей машины (ЭУМ) М-4 стал Михаил Александрович Карцев, а его основным помощником — старший конструктор Владалекс Владимирович Белынский. Для Карцева это был решающий момент в жизни — вся его дальнейшая научная судьба будет связана с вычислительной техникой для СПРН.

Задача управления РЛС предъявляла очень серьезные требования к объемам информации, скорости обработки, емкости памяти, надежности машины. Карцев обладал незаурядным инженерным талантом, разработчики за годы работы с Бруком стали настоящими профессионалами в новой области, и машина получилась удачной и во многом первопроходческой. Впервые внутренняя память была разделена на оперативную память данных и ПЗУ программ и констант. В результате повышалась устойчивость к отказам и сбоям, надежность машины. В М-4 появились спецпроцессоры ввода/вывода, благодаря чему распараллеливались обработка данных и обмен с внешними устройствами, и М-4 работала быстрее. Аппаратно реализовали извлечение квадратного корня — в задачах такого рода эта операция занимает порядка 30% общего счета.

Но главное, М-4 была одной из первых машин на принципиально новой элементной базе — полупроводниковых транзисторах (кроме памяти, которая по-прежнему реализовывалась на ферритах). Брук обратил внимание на перспективные возможности полупроводниковых элементов еще в самом начале работ над вычислительными машинами, а когда в 1957 году в стране начался промышленный выпуск транзисторов, в ЛУМС активно занялись изучением их свойств. И пришли к выводу, что на транзисторах удастся построить надежные машины с быстродействием не ниже 10 тыс. операций в секунду. М-4 считала со скоростью 20 тыс. операций в секунду.

Летом 1960 года Загорский электромеханический завод выпустил две машины. Их установили в РТИ для настройки, а затем одну отправили непосредственно на объект, где-то неподалеку от озера Балхаш. В самом напряженном режиме создатели машины вместе с разработчиками РЛС «Днепр» доводили до полностью рабочего состояния весь комплекс. Это была хорошая школа для Карцева и его коллег. К создателям «железа» наконец подключились и программисты, которые делали матобеспечение машины и одновременно участвовали в отладке основных эксплуатационных программ РЛС. В 1962 году объект прошел госиспытания. «С этих успешных испытаний и начался один из героических периодов жизни нашего коллектива», — сказал Карцев на пятнадцатилетии НИИ вычислительных комплексов (НИИВК), института, научный костяк которого составила спецлаборатория № 2.

У второго экземпляра М-4 была иная судьба. К тому времени в РТИ сделали модернизированный вариант РЛС «Днепр», и для него решили несколько изменить и управляющую машину. Первый вариант М-4 мог решать задачи станции только в том случае, если вся поступающая с нее информация уже отсортирована. Карцев решил добавить в свою ЭВМ устройство, которое само выполняло бы такую предварительную обработку (так оно и называлось — устройство предварительной обработки, УПО). Участник разработки М-4 Юрий Рогачев, который непосредственно занимался созданием модификации М-4 с УПО (она получила название М-4М), вспоминает, что перед ним встала непростая задача добавить в машину новое устройство, не внося при этом никаких изменений в ее конструкцию. Удалось это благодаря тому, что было найдено оригинальное решение для электронных логических схем на новых, более мощных высокочастотных транзисторах. Возможности работы с ними исследовались еще в ходе разработки М-4, и было даже построено альтернативное арифметическое устройство на более совершенных полупроводниковых элементах.

После испытаний комплекса в Казахстане вышло правительственное постановление о запуске М-4 в серию. Но больше промышленных выпусков этой машины не было. Карцев неожиданно для всех решает, что в будущей территориальной сети СПРН должна работать другая ЭВМ. Об этой истории мы расскажем в следующих выпусках нашей хронологии.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями