«Чудеса» Льва Королева

Вся жизнь Льва Николаевича Королева была связана с развитием вычислительной техники и программирования — уже сам выбор профессии, связанной с опальной тогда кибернетикой, перспективы которой в конце 1940-х были весьма туманны, выпускником мехмата, окончившим с отличием МГУ, выглядел своего рода чудачеством (от слова «чудо»).

Первым «чудом» Королева, принесшим ему международную известность, были работы совместно со Спартаком Николаевичем Разумовским и Александром Николаевичем Томилиным (1956 год) по созданию программ автоматического пере­вода с английского языка на русский для БЭСМ-1. Королев разработал методы и программы поиска по словарю — центральное звено комплекса перевода, а в 1960 году защитил кандидатскую диссертацию по вопросам теории машинного словаря. Томилин разрабатывал программы для сжатия двоичного кода программ автоматического перевода с английского языка на русский, чтобы уменьшить время их считывания с магнитной ленты в оперативную память машины БЭСМ-1. Малый объем оперативной памяти этой машины — 2048 39-разрядных слов — вынуждал сменять в памяти одну за другой программы комплекса, считывая их с магнитной ленты, что существенно замедляло перевод каждой фразы текста. Примерно в это же время Королевым был предложен оригинальный алгоритм символьного дифференцирования, положивший начало отечественной школы компьютерной алгебры.

Следующим «чудом», определившим всю биографию Королева, стал проект ПРО Системы «А» — комплекса стратегической противоракетной обороны, который был развернут в 1955–1960 годах на специально построенном полигоне Сары-Шаган в Голодной степи. Этот системный проект значительно опередил свое время по техническим новациям и сыграл решающую роль в развитии противоракетных систем СССР.

В СССР первые исследования возможности создания ПРО проводились в 1945–1949 годах в рамках проекта «Анти-Фау»: в Академии им. Н. Е. Жуковского был разработан проект противоракетной обороны района, состоящей из РЛС дальнего обнаружения, РЛС ближнего сопровождения цели, счетно-решающего прибора и противоракеты с системой самонаведения и управляемой боевой частью. В НИИ-20 Наркомата вооружений для целей ПРО разрабатывался эскизный проект мощной РЛС «Плутон» с дальностью более 1000 км. Однако тогда проект не получил практического продолжения. Боевые возможности баллистических ракет на тот момент не представляли непосредственной угрозы — они не могли нести ядерный заряд и имели слишком низкую точность. Задача создания эффективной ПРО оказалась слишком сложной для техники того времени, не было фундаментальных исследований и надежных экспериментальных данных, которые можно было бы применить в работе.

Однако после начала разработки в США баллистических ракет «Тор» и «Юпитер» дальностью 2800 км и с боеголовками мощностью 1,0–1,5 Мт, размещение которых на базах в Турции, Италии и Англии позволяло бы держать под прицелом европейскую часть СССР, ситуация изменилась. В августе 1953 года в ЦК КПСС поступило официальное обращение высшего военного руководства СССР, так называемое письмо семи маршалов, которое обсуждалось на Научно-техническом совете Третьего главного управления при Совете Министров СССР (НТС Главспецмаша). Несмотря на скепсис ряда известных ученых того времени («это такая же глупость, как стрельба снарядом по снаряду», «неимоверная чушь, глупая фантазия предлагается маршалами, это просто неразрешимые ребусы и только» и т. п.), тему ПРО поддержал руководитель радиотехнического отдела № 31 КБ-1 полковник Григорий Васильевич Кисунько [1], который высказал уверенность в возможности создания уже в ближайшее время комплексов, способных обнаруживать, сопровождать и поражать баллистические ракеты. В результате 17 августа 1956 года вышло постановление Совета министров СССР, определившее состав кооперации разработчиков системы ПРО: головной разработчик — КБ-1 (СКБ-30, Г. В. Кисунько); противоракета — МКБ «Факел» (П. Д. Грушин); РЛС дальнего обнаружения — НИИДАР (В. И. Марков); ЭВМ — ИТМ и ВТ (С. А. Лебедев); связь и передача данных — ЦНИИС (С. А. Аджемов), МНИРТИ (Ф. П. Липсман). Для координации работ при Четвертом главном управлении Министерства обороны было организовано специальное управление (М. Г. Мымрин, М. И. Ненашев), а для изготовления и монтажа технических средств были созданы новые производственные мощности.

Новизной Системы «А» стала полная цифровизация: впервые в мире в качестве управляющей была применена не аналоговая, а цифровая ЭВМ, которая ранее применялась исключительно для ускорения расчетов. Преимуществом такого решения стала возможность реализации сложного алгоритма работы с минимальным вовлечением человека. Перед началом перехвата включалась РЛС дальнего обнаружения «Дунай-2» и на ЭВМ М-40, расположенной в ГКВП (Главный командный вычислительный пункт), в режиме ожидания запускалась общая боевая программа (ОБП), которая представляла собой пакет из десятка подпрограмм, решающих все задачи по управлению элементами Системы «А» и объединенных общим боевым алгоритмом: целеуказание, расчет времени и точки встречи противоракеты с целью, вывод противоракеты в точку встречи и др. Как только «Дунай-2» на дистанции 1000–1500 км обнаруживала цель, ЭВМ получала ее предварительные координаты и рассчитывала углы установки узконаправленных антенн трех радиолокаторов точного наведения (РТН), а далее выполняла все операции в режиме реального времени. На дистанции около 700 км РТН обнаруживали цель, операторы по радиолокационным образам выделяли из комплексной цели (боеголовка, корпус ракеты, осколки) боеголовку и захватывали ее на автосопровождение. Три разнесенные на местности РТН определяли расстояние до цели, а ЭВМ по этим данным рассчитывала траекторию движения боеголовки. Далее ОБП проводила пролонгацию траектории цели, определяла ее точку падения, рассчитывала траекторию вывода противоракеты, разворачивала пусковую установку в нужном направлении и в нужный момент выдавала команду на ее пуск. После пуска противоракета первоначально захватывалась на автосопровождение станцией визирования противоракеты (РСВП), которая располагалась на стартовой позиции. По ее данным рассчитывались углы установки антенн радиолокаторов сопровождения противоракеты, которые располагались на площадках рядом с РТН и управляли противоракетой по принципу «трех дальностей». После того, как начиналось сопровождение радиолокаторами противоракеты на РТН и выводилась противоракета В-1000 на пролонгированную траекторию цели на встречных курсах, запускался режим точного наведения, который длился 12–14 секунд. ЭВМ рассчитывала момент и выдавала команду на подрыв боевой части. На пути цели создавалось дискообразное облако осколков, движущееся навстречу цели со скоростью противоракеты (около 1,5 км/с). Атакующая боеголовка, пролетая через облако осколков, получала повреждения и разрушалась. Управ­ление объектами, разнесенными на десятки и даже сотни километров, надо было передать ОБП на ЭВМ М-40, которая в автоматическом режиме управляла всеми объектами и решала задачу перехвата, причем промах в точке встречи не должен превышать 20 метров. Над созданием этой системы трудились десятки пере­довых научных и производственных коллективов страны. Антиракетой В-1000 Cистемы «А» 4 марта 1961 года впервые в мире был осуществлен перехват боеголовки баллистической ракеты средней дальности Р-12.

Руководители проекта Система «А»

Создание ОБП было поручено ИТМиВТ АН СССР, и первые элементы программы отрабатывались на БЭСМ-1 с использованием программы — имитатора команд М-40 [2]. В этой задаче трудно переоценить роль всего коллектива ИТМиВТ, выполнившего разработку управляющей маши­ны М-40, ее изготовление на заводе ЗЭМЗ, разработку общей структуры программы управления, оснащение машины программами элементарных функций и работы с полино­мами. Следует подчеркнуть, что это середина 1950-х годов, младенческий возраст машинной математи­ки и программирования. Ясно, что величина ответственности заместителя главного конструктора по программному обеспечению Льва Королева за реализацию программы управления даже трудно осознавалась, и позднее он признавался, что только молодость и масштабность проекта отодвигали на второй план все сомнения и опасения. Возглавляемая им Лаборатория 5 ИТМиВТ, которую он называл «прислу­га за все», включала три подлаборатории: подлаборатория для разработки программного обес­печения для машин, создававшихся в Лаборатории № 1 ИТ­МиВТ, — БЭСМ-6 и позже АС-6 (руководитель В. А. Мельников); подлаборатория (руководитель Д.Б.Подшивалов) для разработки программного обеспе­чения машин, создававшихся в Лаборатории № 2 ИТМиВТ (руководитель В. С. Бурцев); подлаборатория (руководитель Г. Г. Рябо­в) для создания систем автоматизации проектирования ЭВМ. Для проведения различных испытаний ОБП непрерывно модернизировалась: первоначальный вариант программы состоял из 10 тыс. команд, а через два года про­грамма содержала уже 40 тыс. команд, для нее был также разработан комплекс вспомогательных программ функционального контроля системы и ее средств.

В команде Королева были выпускники мехмата МГУ и МФТИ. Полигонная часть команды, на которую легла львиная доля работы по отлад­ке программы с реальными объектами и боевыми пусками, в разные периоды насчитывала 7–12 человек вместе с прикомандированными выпускниками военных вузов. Какую черту Королева как руководителя следует подчеркнуть? Полнейшее доверие к членам команды и оптимизм в достижении поставленной цели. Но жизнь на полигоне — это не только машинный зал М-40 и окружающие помеще­ния в здании 40-й площадки (официальной вычислительной станции и командного пункта Системы «А»). Распорядок типичного рабочего дня: подъем в 6:30, подача к месту проживания (25-метровому бараку) крытого грузовика в 7:00 и отъезд в гарнизонную столовую на завтрак, затем на том же грузовике на 40-ю площадку (примерно 10 км), далее — работа до двух часов, затем на обед опять на грузовике и обратно на пло­щадку, работа до 21:00 или с продолжением на ночную смену. И это на фоне суровых морозов и ветров зимой и изнурительной жары в летние месяцы. Однако все это тогда не казалось утомительным — настолько захватывающей была задача. Среди участников проекта Системы «А» следует отметить Юрия Михайловича Барабошкина, Андрея Михайловича Степанова, Евгения Алексеевича Волкова, Геннадия Георгиевича Рябова и Владимира Ивановича Рыжова [3].

Отладка программы одновременно с испытаниями физических изделий чревата многими неожиданностями и неудачами. Рябов вспоминает следующее: «На одном из этапов отработки системы в так называемом режиме ЗТПР (заданная траекто­рия противоракеты) произошло ЧП, о котором мы узнали лишь через несколько часов, хотя по приборам все было в норме и отклонения от заданной траектории не выходили за пределы допустимого. Работа по подготовке и самому пуску дли­лась несколько часов, с большими задержками по готовно­сти объектов и линий связи (с раннего утра до вечера). Поэтому после экспресс-анализа результатов работы по данным контрольно-регистрирующей аппаратуры практически все представители войсковой части покинули территорию 40-й площадки. В машинном зале осталось несколько человек из ИТМиВТ во главе с Королевым. Нам надо было еще раз «прокрутить» магнитные записи данных пуска для еще одной проверки. Прошло около двух часов, и вдруг отво­ряется дверь и в машинном зале появляется величествен­ная фигура первого секретаря ЦК компартии Казахстана Динмухамеда Кунаева. Мы сразу поняли, что это связано с пуском, — оказалось, что изделие улетело слишком далеко, хотя по дальности должна была сработать само­ликвидация, но она не сработала. Хорошо, что это не привело к ущербу. Но никакого разноса не было — гость стал интересоваться контролем в процессе пусков и с интересом прослушал краткую лекцию Королева. Было видно, что это общение произвело на Кунаева большое впечатление. Ну а после этого, помимо автома­тической самоликвидации по дальности, в программу был внесен блок контроля выхода траектории изделия за пре­делы заданного конуса с выдачей в этом случае команды принудительного подрыва изделия» [3].

Участники проекта Система «А», слева направо: Юрий Михайлович Барабошкин, Андрей Михайлович Степанов, Лев Николаевич Королев, Евгений Алексеевич Волоков, Геннадий Георгиевич Рябов, Владимир Иванович Рыжов

В качестве заместителя главного конструк­тора Королев принимал активное участие в разработке архитектуры и программного обеспечения ЭВМ БЭСМ-6, и большое место в этих работах занимало моделирование — отработка на моделях конструкторских решений. Вот как Томилин вспоминает события того времени: «Сергей Алексеевич Лебедев, главный конструктор БЭСМ-6, не ограничивался только постановкой задач по моделированию — он написал программу модели­рования работы проектируемой машины, используя методы теории массового обслуживания. Получалось так, что но­чью, когда машинного времени давали больше, я пускал на ЭВМ БЭСМ-2 в ВЦ Академии наук СССР свою «натурную» (потактную) программу моделирования работы проектируемой машины и программу Сергея Алексеевича моделирования работы той же структуры. За­тем после краткого сна мы днем сравнивали полученные ре­зультаты. Все знали про программистскую деятельность Сер­гея Алексеевича, а Королев все время спрашивал: «Сергей Алексеевич, когда же вы сделаете ошибку в программе?» На что Лебедев отвечал: «Это вы, про­граммисты, делаете ошибки, а потом до ушей радуетесь, что их находите, а я пишу программы тщательно, и оши­бок не будет». Лев Николаевич заметил: «Сергей Алексеевич, этого не может быть, потому что не может быть никогда». И наконец, это случилось — Лебедев сделал ошибку! На программе с подготовленными им исправлениями он написал ставшую потом знаменитой фразу «Лев Николаевич оказался прав. Программ без ошибок не бывает»»[3].

Записка С. А. Лебедева, направленная А. Н. Томилину во время разработки программной модели БЭСМ-6

Следующее «чудо» случилось с Королевым в 1967 году: под его руководством в ИТМиВТ была создана первая ОС для БЭСМ-6 — «Диспетчер-68», в которой была реализована поддержка множества передовых на тот момент решений: мультипрограммный режим решения задач, страничная органи­зация памяти с динамическим распределением, совмещение вычислений во всех задачах с параллельной работой внешних запоминающих устройств и устройств ввода-вывода.

Лауреаты Государственной премии СССР за БЭСМ-6, слева направо:  В.Н. Лаут, А.Н.  Томилин, Л.Н. Королев, В.И.Смирнов, А.А. Соколов, В.А. Иванов, В.А.Мельников, Л.А. Зак, С.А. Лебедев, В.Я. Семешкин

Программа «Диспетчер-68» стала предтечей многих будущих операционных сред для отечественных ЭВМ и основой для ряда опе­рационных систем БЭСМ-6 — ОС «Дубна» и ОС «Диспак», а также операционной системы реального време­ни ОС НД-70 («Новый диспетчер-70» Виктора Петровича Иванникова), имеющей развитые средства организации па­раллельных вычислений и обеспечения работы БЭСМ-6 в составе многомашинного комплекса.

***

Подобных «чудес» было много в истории нашей страны, и весьма прискорбно, что некогда богатая на таких специалистов, как Лев Николаевич Королев, держава, для которой вообще не стояла проблема достижения технологической независимости, вынуждена сегодня заниматься импортозамещением.

Литература

1. Вера Карпова, Леонид Карпов. СуперЭВМ — от задач к машине // Открытые системы.СУБД. — 2010. — № 04. — С. 58–62. URL: http://www.osp.ru/os/2010/04/13002418 (дата обращения: 18.09.2016).
2. Тамара Бурцева, Леонид Карпов, Вера Карпова. Всеволод Бурцев и суперЭВМ // Открытые системы.СУБД. — 2007. — № 09. — С. 70–73. URL: http://www.osp.ru/os/2007/09/4570045 (дата обращения: 18.09.2016).
3. Лев Николаевич Королев: Биография, воспоминания, до­кументы // Сост. и ред. Власов В.К., Смелянский Р.Л., Томи­лин А.Н. — М.: МАКС Пресс, 2016. — 272 с. [8 с. вкл.] ISBN 978-5-317-05.

Руслан Смелянский (smel@cs.msu.su) — профессор МГУ, директор Центра прикладных исследований компьютерных сетей (Москва). Автор благодарит А.Н. Томилина и В.К. Власова за помощь в подготовке статьи.