Недавно пришло сообщение об очередном аварийном запуске космического аппарата связи «Меридиан». Считается, что потери от аварийного запуска этого космического аппарата могут составить до 2 млрд. рублей. До этого подобные аварийные запуски происходили и ранее (при запуске спутников "Глобалстар").

В чем причина этих аварий? Считается, что причиной падения 23 декабря спутника "Меридиан-5" стали неполадки в двигательной установке третьей ступени ракеты "Союз 2.1б", которая выводила аппарат в космос. Сбой произошел на 421-й секунде полета. Из-за внештатной ситуации могут быть отложены запуски американских спутников связи системы "Глобалстар"....

Одной из возможных причин такого «сбоя» могут быть «сбои» в цифровой системе управления двигателями. По странному совпадению, аварии начались после усовершенствования системы управления и ее переводе на цифровую технику. И вот в этом, возможно, и «зарыта собака». Дело в том, что цифровые системы управления, основанные на современных микропроцессорах, обладают очень низкой информационной надежностью по сравнению с аналоговыми системами. Иногда достаточно сбоя одного электронного элемента (триггера) в микропроцессоре системы управления для того, чтобы система начала выполнять ложную команду, что может стать причиной аварии. Сбой цифровой системы управления вызывается как внутренними, так и внешними факторами. Сбой может возникнуть, например, в результате мощного внешнего электромагнитного воздействия на ракету-носитель в период запуска (электромагнитный терроризм).

На низкую информационную надежность современных микропроцессоров (особенно иностранного производства) обращает внимание выдающийся российский ученый академик Ярослав Хетагуров. В статье «Обеспечение национальной безопасности систем реального времени» (BC/NW 2009; №2 (15):11.1) он пишет:

«Применение микропроцессоров, контроллеров и программного обеспечения вычислительных средств (ВС) иностранного производства для решения задач в системах реального времени (СРВ) военного, административного и финансового назначения таит в себе большие проблемы. Это своего рода «троянский конь», роль которого только стала проявляться. Потери и вред от их использования могут существенно повлиять на национальную безопасность России...

Отсутствие в иностранных вычислительных средствах широкого профиля контроля, необходимого для обеспечения требуемой достоверности выдаваемых данных в СРВ, приводит либо к использованию программных методов контроля, которые увеличивают быстродействие в 1,5-2,5 раза и потребление электроэнергии либо применению мажоритарного метода контроля, использующего 3 вычислительных устройства широкого применения, что повышает требования к быстродействию на 10-15%, однако увеличивает объём аппаратуры ВС в среднем в 3,3 раза и потребление электроэнергии в 3,4 раза».

Таким образом, в качестве основного недостатка микропроцессоров иностранного производства Хетагуров выдвигает их недостаточную информационную надежность, что исключает возможность их использования в системах реального времени военного, административного и финансового назначения. К сожалению, современная компьютерная техника пока не нашла эффективного решения проблемы повышения информационной надежности и помехоустойчивости микропроцессоров.

В своей статье «Микропроцессоры Фибоначчи - как одна из базисных инноваций будущего технологического уклада, изменяющих уровень информационной безопасности систем», развивая мысли академика Хетагурова, я сделал следующее, на первый взгляд парадоксальное утверждение:

«Таким образом, человечество становится заложником классической двоичной системы счисления, которая лежит в основе современных микропроцессоров и информационных технологий. Поэтому дальнейшее развитие микропроцессорной техники и основанной на ней информационной технологии на основе классической двоичной системы счисления следует признать тупиковым направлением. Двоичная система не может служить информационной и арифметической основой специализированных компьютерных и измерительных систем (космос, управление транспортом и сложными технологическими объектами, нанотехнологии), а также наноэлектроннных систем, где проблемы надежности, помехоустойчивости, контролеспособности, стабильности, живучести систем выходят на передний план.

Необходимо отказаться от классической двоичной системы счисления как информационной и арифметической основы специализированных компьютерных систем и наноэлектронных систем и перейти при их проектировании на новые избыточные системы счисления, сохраняющие все известные преимущества классической двоичной системы счисления (позиционность представления чисел, простота арифметических правил, использование двух {0,1} цифр для представления чисел, простые правила сравнения и округления чисел и др.) и позволяющие улучшить надежность, контролеспособность, помехоустойчивость компьютерных систем и тем самым повысить информационную надежность компьютеров.

В 70-80-е годы 20 в. в Советском Союзе начало успешно развиваться новое научное направление в области помехоустойчивых компьютеров – компьютеры Фибоначчи. Оно развивалось при поддержке Министерства общего машиностроения СССР и его главной целью было создание помехоустойчивых процессоров и систем для бортовых систем управления. К сожалению, «горбачевская перестройка» и последовавший за ней развал Советского Союза привели к прекращению этих работ из-за отсутствия финансирования. Но сама идея «компьютеров Фибоначчи» не только не устарела, а стала еще более актуальной в условиях использования микропроцессоров.

О трудной судьбе этого направления хорошо написал проф. Сергей Абачиев (Москва), один из лучших российских специалистов по логике и методологии науки:

«Открытие 12-летним вундеркиндом Дж. Бергманом «золотой» иррациональной системы счисления никак не предопределялось такими законами. Оно могло быть сделано и на много десятилетий раньше, а могло и не быть сделано по сей день. Но уже в 1957 г., когда оно реально было сделано, раскручивался маховик индустрии цифровых информационных технологий на основе статистической теории информации К. Шеннона и двоичного кода Дж. фон Неймана. И уж в полной мере этот маховик был раскручен к началу 70-х гг., когда А. П. Стахов впервые по достоинству оценил «золотую» систему счисления в роли арифметической первоосновы цифровых информационных технологий.

Выбор фон Нейманом двоичного кода со всеми его недостатками по сравнению с избыточными кодами золотой пропорции не должен расцениваться как исторически неудачный и ошибочный. В конце 40-х гг. ему просто не было никаких альтернатив. В принципе, любительское открытие Бергмана, датируемое 1957-м годом, могло быть сделано кем-то другим на полвека раньше. Попади тогда первая «золотая» система счисления в поле зрения Хартли, Шеннона и фон Неймана, история цифровых информационных технологий могла бы начаться сразу же с кодов золотой пропорции. Но реальная история Мировой науки и техники распорядилась по-иному. Первым восприемником и профессиональным разработчиком этого любительского открытия стал А. П. Стахов в условиях раскрученного маховика информационных технологий на основе двоичного кода ...

Проученное горьким опытом былых гонений на генетику и кибернетику, Советское государство на этот раз быстро осознало, что отечественная наука обретает стратегически прорывные позиции на всеопределяющем направлении научно-технического прогресса. Свидетельством тому стало беспрецедентное патентование первых информационных технологий А. П. Стахова на качественно новой арифметической первооснове в СССР, на Западе и в Японии ... Тем не менее, такие технологии объективно не могли тогда быстро вытеснить безраздельно господствовавшие технологии на основе двоичного кода. В любом случае их экспансия была бы процессом сугубо поэтапным, длительностью во много десятилетий.

И в 80-х гг. этот естественный процесс в нашей тогда ещё единой стране начал осуществляться со сравнительно узкой области бортовой электроники военных самолётов и космических аппаратов, в которой экономические критерии эффективности техники отходят на задние планы по сравнению с функциональными .... При нормальном развитии к настоящему времени он позволил бы России и Украине быть Мировыми «законодателями» и производителями, по крайней мере, уникально надёжной авионики. Но катастрофический финал «перестройки» 1985–1991 гг. пресёк в начальной фазе этот процесс поэтапного отвоёвывания нашей страной ведущих Мировых позиций в области технической кибернетики и информационных технологий».

С моей точки зрения, существует два пути для предотвращения аварий при выводе российских спутников:

1. Переход на аналоговые системы управления.

2. Создание помехоустойчивых цифровых систем управления на основе использования нетрадиционных избыточных систем счисления (без использования двоичной системы счисления, которая является «троянским конем» современных компьютеров и микропроцессоров).

Желаю космическому агентству России больших успехов в решении повышения информационной надежности цифровых систем управления! Все-таки 2 млрд. рублей – серьезные деньги и надо что-то делать.