Н.Н.
Покровский
Известно, что одним из основных вопросов, поставленных создателями Академгородка, был вопрос связи науки с практикой1. Он нашел свое отражение в популярной тогда формуле М.А.Лаврентьева «наука–образование–связь с промышленностью», названной «треугольником Лаврентьева». Речь идет о «поясе внедрения», представлявшим собой сеть СКБ и СКТБ, призванных доводить до практического применения идеи академических институтов. Согласно этой концепции в помощь институту-генератору научной идеи придавалось специальное конструкторское или конструкторско-технологическое бюро для доводки и адаптации этой идеи к условиям реального производственного цикла2. Примером эффективного функционирования такого тандема является совместная работа Вычислительного центра СО АН СССР (ВЦ) и Специального конструкторского бюро вычислительной техники СО АН СССР (СКБ ВТ) по созданию средств и методов цифровой обработки аэрокосмических изображений.
Все началось в конце 70-х годов, когда огромное количество цифровой информации о местности (ЦИМ), полученной из космоса, поставило перед учеными вопрос о «необходимости проектирования и создания систем, обеспечивающих ее обработку»3. С этой целью руководством ВЦ был создан центр обработки геофизической информации (ЦОГИ). Его основу составляли две лаборатории, возглавляемые главным инженером ВЦ Н.В.Кульковым (техническое обеспечение) и В.П.Пяткиным (программное обеспечение)4. Они побывали в США, где изучили накопленный по данной проблеме опыт, привезли техническую документацию. В основном это были рекламные проспекты различных зарубежных фирм, предлагавших свою продукцию. Конкретной информации по устройству и принципам функционирования техники в них содержалось крайне мало. Однако было принято решение о создании, на основе имеющихся в них сведений, собственных технических средств. К работе подключили СКБ научного приборостроения (СКБ НП), накопившее к тому времени большой опыт по автоматизации научных исследований. И в марте-апреле 1979 г. был заключен договор между ВЦ и СКБ НП на разработку дисплейного терминала для анализа изображений (далее терминал). По предложению Н.В.Кулькова за прототип была взята аппаратура американской фирмы International Imaging Systems под названием «Модель-70». Работу поручили сектору Э.Г.Михальцова, успевшему воплотить в металл уже не одну разработку в области обработки изображений. Группа Э.Г.Михальцова состояла из двух ведущих инженеров (Б.В.Компаньков, Р.А.Шакиров) и двух инженеров (В.В.Колодей, О.Н.Гуреева). Им помогали несколько конструкторов и радиомонтажников. Труднее всего оказалось понять принцип работы прототипа, идеологию его архитектурных решений. С этим удалось справиться благодаря консультациям с А.М.Ковалевым (Институт автоматики и электрометрии), известным специалистом по растровым дисплеям, с которым Э.Г.Михальцов имел давние деловые связи. Работа шла быстро. Сказывались большой опыт и высокая квалификация коллектива. Уже к октябрю-ноябрю были смонтированы первые электронные модули нового прибора, что вызвало большое удивление со стороны заказчиков. Вскоре сектором Михальцова было завершено изготовление первого (одноканального) образца своего дисплейного терминала, получившего наименование «Омега». Несмотря на то, что его архитектура повторяла на первых порах упомянутую ранее американскую двенадцатиканальную «Модель-70», все схемотехнические решения «Омеги» были полностью оригинальны и ориентированы на отечественную элементную базу. Последнее стало возможным благодаря появлению первых советских микросхем памяти 565РУ3 из Минска. Вслед за этим был изготовлен трехканальный вариант (с принципиальной возможностью расширения до двенадцати), который и был сдан заказчику. К тому времени в ЦОГИ накопилось много импортной техники, и Пяткин не очень хотел брать «Омегу». Но потом оказалось, что работать с нашим терминалом гораздо удобнее, тем более, что разработчики были рядом и всегда могли быстро прийти на помощь программистам. Так, например, были учтены рекомендации одного из основных программистов, работавших с этим терминалом Р.М.Салаватова по части устройства интерфейса. Продолжая совершенствовать свою аппаратуру и накапливая опыт ее эксплуатации, ВЦ и СКБ НП вели работу по расширению области применения терминала. В результате были изготовлены и пущены в ход еще несколько его комплектов. Новыми заказчиками стали НПО «Восток», НЭТИ и др. Однако основная работа по внедрению этой разработки была впереди. Ни Михальцов, ни Пяткин ни Салаватов не догадывались тогда об этом. Они и не предполагали, что одна случайная встреча коренным образом изменит судьбу их детища, на долгие годы определит направление приложения их собственных сил, даст мощный импульс развитию учреждений, причастных к этой работе. Трудно было представить, что скромная «Омега», под управлением небольшой «персоналки» того времени «Электроника-60», превратится в гигантский аппаратно-программный комплекс «Вираж» (впоследствии «Редактор») с множеством шкафов, стоек, редакторских мест, занимающих целый зал, что в скором времени будут получены солидные научные результаты5. И уж совсем фантастичной показалась бы мысль о собственном мелкосерийном их производстве под строжайшим контролем военных с их повышенными требованиями к качеству, надежности изделий, режимом секретности и прочими, совершенно чуждыми академической структуре делами. Но именно это и предстояло пройти «Омеге» вместе с ее создателями.
Летом 1981 г. в Москве на ВДНХ проходила конференция, посвященная проблемам автоматизированной обработки изображений. Стендовый доклад Михальцова, Шакирова, Компанькова и др.6 о работе над терминалом «Омега» ничем не выделялся среди прочих. Он так и остался бы незамеченным, если бы в последний день на традиционном в таких случаях банкете за одним столом с Э.Г.Михальцовым не оказался известный в нашей стране специалист по обработке изображений, математик-программист, алгоритмист с.н.с. киевского Института кибернетики Г.Л.Гемельфарб. Выяснилось, что работа сибиряков представляет для него большой интерес. По какой-то причине их доклад ускользнул от его внимания. В сентябре 1981 г. Гемельфарб приехал в ННЦ с целью на месте ознакомиться с данной работой. Он дал ей высочайшую оценку, особенно в части технической реализации аппаратуры, заявив, что ничего подобного в нашей стране он не встречал. Об увиденном Гемельфарб рассказал своим давним партнерам – картографам военно-топографического Управления Генерального Штаба Вооруженных Сил СССР (ВТУ ГШ).
Надо сказать, что к тому времени в кадровой структуре СКБ НП произошли существенные изменения. С.Т.Васьков, стремясь выйти из под опеки Института автоматики и электрометрии, в апреле 1980 г. вместе с группой единомышленников покинул СКБ НП.. В эту группу входил и сектор Михальцова7. После ряда сложных организационных мероприятий они оказались сотрудниками вновь созданного Специального конструкторского бюро вычислительной техники (СКБ ВТ) во главе с С.Т.Васьковым 8. Так что, когда осенью 1981 г., по совету Гемельфарба, Э.Г.Михальцову позвонил сотрудник войсковой части 21109 (Институт) ВТУ ГШ, полковник В.А.Мышляев, он попал уже в СКБ ВТ. Высказав свой интерес к данной работе, Мышляев пригласил Михальцова приехать к ним в Москву для разговора. И такая поездка вскоре состоялась. Кроме Михальцова, выступавшего в качестве разработчика аппаратуры, в ней участвовал и Салаватов, представляя позицию потребителей. Михальцов рассказывал о технике, как таковой, а Салаватов об алгоритмах работы на этой технике. Сторону военных представляли: начальник управления Института Евгений Васильевич Филимонов, нач. отдела Института Петр Семенович Павлов, сотрудники Института Владимир Александрович Мышляев, Владимир Георгиевич Чубуков, Марк Моисеевич Кауфман. В самом Институте к тому времени все финансы на 1982 г. были уже распределены по другим темам, но деньги нашлись в ВТУ ГШ. Много говорили о требованиях, предъявляемых к дисплею, к алгоритмам обработки аэрокосмических изображений. После двухдневных переговоров было решено с января 1982 г. начать НИР, рассчитанный примерно на полтора года. Началась длительная подготовка исходных данных по комплектации, материалам, зарплате и т.д. для заключения договора. Только в мае 1982 г. между ВЦ и ВТУ ГШ был заключен договор на проведение НИР «Вираж-82»9. СКБ ВТ выступило, как соисполнитель. Таким образом, полгода было потеряно. Для ускорения практически вся работа была проделана на базе усовершенствованной «Омеги», которая уже функционировала в ЦОГИ (комплекс СМ-4 – «Омега»)10. Большой объем работ выпал на долю программистов Р.М.Салаватого и П.А.Калантаева. В короткий срок Салаватов продумал основные принципы и алгоритмы представления массива данных в цифровой форме и их визуализации на экране цветного монитора. При этом надо было не просто показать «картинку», но и упорядочить определенным образом всю структуру массива данных, разработать систему представления его, как совокупности топографических объектов. Подобные задачи решались и ранее, но с меньшими объемами данных и при меньших скоростях обработки. В данном случае эти методики были совершенно бесполезны. Их применение сделало бы затруднительным реализацию основной идеи разработки – интерактивности. Кроме того, в то время наука делала только свои первые шаги в этой области. Не было ни учебников, ни пособий. Все это потребовало от разработчиков программ больших усилий. Оцифровка карт велась вручную. Программисты не раз высказывали свою благодарность персоналу операторов ЭВМ, взявшему на себя эту рутинную работу. Со стороны Института оказывалась существенная помощь в вопросах технологии обработки топографической информации. Этим были заняты, в основном, сотрудники Института В.В. Каменев и В.Г.Чубуков. Позже эту группу возглавил В.Ф.Чекалин.
Летом 1983 г., за несколько дней до приезда военной комиссии по приемке проекта, все было готово: техника работала, а на экране светилась карта местности. Но главным достижением, как оказалось потом, явился способ визуализации анаглифического (объемного) изображения на плоском экране обычного монитора. Это было не просто трехмерное изображение, а именно объемное. Оно вставало перед наблюдателем из экрана и буквально повисало в воздухе. Реализованный Салаватовым, известный метод математического преобразования изображения с хроматическим разделением каналов, произвел на комиссию неизгладимое впечатление. Дело в том, что узким местом в производстве карт был контроль данных по рельефу местности, необходимых при беспилотном управлении объектами, летающими на малых высотах. Очень трудно было вручную проверить множество цифр, содержащихся в готовой продукции. А при таком методе, все было видно «невооруженным глазом» Это давало колоссальные преимущества перед старыми способами контроля. Забегая вперед, можно сказать, что все усовершенствования методов контроля и редактирования ЦИМ, предложенные в этом и последующих проектах, позволили повысить «производительность данного вида работ в 2,5 раза, по сравнению с технологией, не использующей интерактивные графические дисплеи»11. Не удивительно, что военные сразу же предложили начать ОКР в продолжение этой темы. Надо сказать, что работа с военными, на первый взгляд, не только не сулила никаких преимуществ, но несла с собой много дополнительных хлопот. А когда выяснилось, что результатом дальнейшего сотрудничества должен стать выход на государственные испытания да еще на предмет серийного выпуска, разработчики решили «отрабатывать назад». Но было поздно. Военные уже начали готовить техническое задание на ОКР. Видя такую нерешительность и угадав важность работы, ее возглавил сам начальник СКБ ВТ С.Т.Васьков. Он стал Главным конструктором проекта, и сыграл в дальнейшем большую консолидирующую роль.
ОКР «Разработка и изготовление автоматизированного комплекса контроля и редактирования цифровой информации о местности» (ОКР «Вираж-83») была начата в июле 1983 г. на основании решения Комиссии по военно-промышленным вопросам Совета Министров СССР12 . Работа была рассчитана на четыре года, головной исполнитель – СКБ ВТ, соисполнитель – ВЦ. Первый этап – эскизный проект – должен был завершиться в 1984 г. Далее технический проект с изготовлением опытного образца, в 1986 г. предварительные испытания опытного образца, доработка опытного образца по результатам предварительных испытаний и в октябре-декабре 1987 г. – государственные испытания. Предстояло сделать немалую работу. Кроме обычных технических задач, перед руководством СКБ встал ряд задач организационного плана. Надо было наладить работу коллектива в соответствии с правилами военной приемки и режима секретности, организовать различные службы, в числе которых были технологическая, снабженческая, службы нормоконтроля и технической документации. Все это практически отсутствовало в СКБ ВТ, или находилось в зачаточном состоянии ввиду его молодости. Не было квалифицированных конструкторов оптиков и оптомехаников, а те которые имелись, были рассыпаны по разным подразделениям и полностью загружены своими работами13. Экспериментальное производство также отсутствовало. Имелся небольшой экспресс-участок с десятком изношенных станков, установленных как попало, в наскоро построенном цехе, да слесарно-сборочный участок на несколько рабочих мест. Завершали картину заготовительный участок, покрасочное и столярное отделения. Правда, участок печатных плат был оборудован по последнему слову техники. Но недостаток квалифицированного обслуживающего персонала сводил порой на нет все достоинства импортного оборудования14. Вместе с тем, надо было срочно решать и некоторые технические вопросы. Предстояло, по сути, в рамках ОКР выполнить еще одну НИР, чтобы окончательно решить все теоретические вопросы применительно к конкретным условиям задания. Ведь предыдущая НИР (НИР «Вираж-82») указала только на принципиальную возможность решения поставленных картографами задач. К тому же военные добавили множество новых условий, о которых не упоминали ранее. Так возникла необходимость применения цветных мониторов с повышенными разрешающей способностью и частотой развертки. За отсутствием в нашей стране промышленного производства таких мониторов пришлось разрабатывать его самостоятельно. Работу поручили сектору СКБ ВТ, возглавляемому С.Е.Ткачем. Под его руководством инженером сектора Г.Ф.Ситниковым, рядом других сотрудников СКБ и был построен один из первых отечественных мониторов «второго» телевизионного стандарта. Совершенно новой оказалась идея контроля качества ЦИМ путем оценки «степени совпадения очертаний соответствующих объектов ЦИМ и ортоизображения при наложении и совместном рассмотрении на экране дисплея»15. Исходя из этого, по предложению Р.М.Салаватова инженерами В.В.Колодеем и Н.Н.Покровским было разработано и построено оригинальное устройство ввода изображений на основе телевизионной камеры КТП-67 и нового микропроцессора К1816ВЕ03516. В дальнейшем Колодеем, Михальцовым и Салаватовым было получено положительное решение Государственной научно-технической экспертизы на изобретение этого устройства17. Исходя из этого можно сделать заключение, что за такое дело в подобных условиях могли взяться только очень смелые и решительные люди..
К тому времени в группе Э.Г.Михальцова, реорганизованной в «Лабораторию устройств отображения информации» (лаборатория № 5) насчитывалось уже более 10 человек, включая радиомонтажников, и инженеров разных категорий. Основными специалистами-разработчиками схем по прежнему оставались Р.А.Шакиров и Б.В.Компаньков. Заметную роль стал играть В.В.Колодей. В первые же месяцы работы над проектом из-за конфликта с В.П.Пяткиным, туда же перешел и Р.М.Салаватов. Работа над программным обеспечением могла оказаться под угрозой срыва. Эта конфликтная ситуация дошла до военных. Чтобы уладить конфликт, они приняли решение разрешить ВЦ и СКБ ВТ вести параллельно разработку двух вариантов программного математического обеспечения и выбрать впоследствии лучший. В ЦОГИ работу над проектом продолжил П.А.Калантаев, ставший к тому времени высококлассным специалистом. В помощь ему были даны еще несколько сотрудников ЦОГИ: И.С.Забадаев, А.Е. Малыхин, А.В.Губин и ряд других. Р.М.Салаватов же пытался все сделать самостоятельно. Это оказалось ему не под силу, и уже на этапе технического проекта его работу заказчику не предъявляли. На этом он, один из идейных вдохновителей проекта, покинул его. Свои идеи, возникшие при работе над «Омегой» и «Виражем» он стал развивать далее в других работах. Так с группой молодых специалистов (Л.М.Андреев, А.В.Бажурин) он полностью воплотил их в новом, очень удачном дисплее «Вега», тиражирование которого шло потом еще несколько лет. После успешного завершения государственных испытаний и ряда доработок, производства установочной партии, в 1989 г. СКБ ВТ начало серийный выпуск этого комплекса, получившего название « Редактор». В 1990 г., по приказу Министра обороны СССР № 314 от 10.08. 1990 г., он был принят на снабжение Советской Армии18. Его производство продолжалось до 1995 г. Всего было выпущено более десяти комплексов. Они поставлялись для картографического производства в Ногинск, Иваново, Иркутск. Планировалось поставлять подобные комплексы в Симферополь и Киев, но в связи с изменившейся ситуацией в стране этим планам не суждено было сбыться. Наступили иные времена, да и к технике предъявлялись уже другие требования.
Преодолев множество этапов, от НИР и ОКР до государственных испытаний и производственной эксплуатации, терминал «Омега» положил начало большому семейству подобных устройств, долгие годы функционировавших в подразделениях военно-топографических служб Ген. Штаба Вооруженных Сил СССР, в ряде других научных и производственных организациях страны19. Работа по совершенствованию этих устройств в СКБ ВТ (теперь Конструкторско-технологический институт вычислительной техники СО РАН) ведется и по сей день20. За помощь в сборе материала автор выражает благодарность Н.К.Кулькову, Э.Г.Михальцову, В.П.Пяткину, Р.М.Салаватову.
* Статья подготовлена при поддержке РГНФ, проект № 00–01–24017а.
1 Водичев Е.Г. Путь на Восток: формирование и развитие научного потенциала Сибири. – Новосибирск, 1993. – С.76.
2 Ибрагимова З.М., Притвиц Н.А. Треугольник Лаврентьева. – М.: Сов. Россия, 1989.
3 Алексеев А.С., Васьков С.Т., Калантаев П.А., Михальцов Э.Г. и др. Система диалоговой обработки цифровой информации о местности, препринт 795, ВЦ СО АН СССР. – Новосибирск, 1988. – С.3.
4 Такой же Центр был создан в Институте автоматики и электрометрии. В отличие от созданного на ВЦ, он назывался ЦОКИ (Центр обработки космической информации).
5 В конце 80-х годов по результатам работы над проектами «Омега» и «Вираж» были защищены одна докторская (С.Т.Васьков) и три кандидатские (Э.Г.Михальцов, П.А.Калантаев и В.Г.Чубуков) диссертации, опубликовано множество работ.
6 Михальцов Э.Г., Шакиров Р.А., Компаньков Б.В. и др. Дисплейная система обработки изображений // Тез. докл. I Всесоюз. конф. «Автоматизированные системы обработки изображений». – М., 1981. – С.173–174.
7 НАСО, ф.10, оп.11, д.413, л.68. Это случилось 01.04.1980 г. Всего из СКБ НП ушло тогда 33 человека.
8 Там же, ф.10, оп.11, д.455, л.3; д.506, л.24. СКБ ВТ было организовано на хозяйственном расчете 01.10.1981 г. согласно постановления Совета Министров РСФСР № 468 от 08.10.1980 г. и постановления Президиума СО АН СССР № 525 от 06.10.1981 г.
9 План научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ВЦ СО АН СССР. Тема «Обоснование состава и структуры автоматизированного комплекса редактирования карт». НИР «Вираж-82». Рег. № 81032967 (1982–1983 гг.).
10 Калантаев П.А., Михальцов Э.Г., Пяткин В.П. и др. Использование системы СМ-4 – «Омега» при контроле и редактировании цифровой информации о местности // Исследование Земли из космоса. – 1984. – № 4. – С.106–114.
11 Калантаев П.А. Интерактивный дисплейный комплекс контроля и редактирования цифровой информации о местности: Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. – Новосибирск, 1990. – С.7.
12 Решение Комиссии по военно-промышленным вопросам СМ СССР № 251 от 11.07.83.
13 В СКБ ВТ имелись, в основном, только специалисты по конструированию электронных модулей.
14 Необходимо отметить высочайшую квалификацию и самоотверженный труд слесаря-сборщика В.Н.Лапина. Он искренне болел за дело. Мог буквально «на коленке», с помощью молотка и напильника изготавливать детали, не уступающие по внешнему виду штампованным заводским, в неимоверных условиях собирать и отлаживать элементы точной механики.
15 Михальцов Э.Г. Интерактивный дисплейный комплекс контроля и редактирования цифровой информации о местности: Дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. – Новосибирск, 1990. – С.25.
16 В дальнейшем, уже на этапе технического проекта была использована камера, разработанная сотрудником одного из секторов СКБ ВТ (зав. сектором С.Е.Ткач) Ю.Л.Кравченко.
17 Решение Государственной научно-технической экспертизы исх. № 4767542/24/108563 от 21.02.90 г. с приоритетом от 11.08.89 г. на изобретение «Устройство для считывания графической информации». СКБ вычислительной техники СО АН СССР.
18 Письмо командира в/ч 25951-Л Ю.Александрова № 320/6/3241 от 08.10.1990 г. Личный архив автора.
19 ПГО «Енисейгеофизика» в г. Красноярске, СибНИИОС в г. Новосибирске, МКБ «Кулон» в г. Москве, НПО космических исследований в г. Баку, ПО «Смоленскатомэнергоналадка» в г. Смоленске, НПО «Восток» и ИФП СО АН СССР в Новосибирске и др.
20 В 1991-м году начата тема «Дюраль МЦ».