¿Qué es ordenador?

Las computadoras son una de las herramientas técnicas más importantes de la ingeniería aeroespacial moderna. Desde el sistema de reserva de la aviación civil hasta el centro de comando en tierra de la nave espacial tripulada, desde la computadora de datos atmosféricos relativamente simple hasta el sistema de control de navegación del transbordador espacial altamente complejo y confiable, todos dependen de las computadoras.

Las computadoras han penetrado en todos los campos de la ingeniería aeroespacial moderna. Según las ocasiones de aplicación, las computadoras utilizadas en la ingeniería aeroespacial se pueden dividir en dos categorías: computadoras de tierra y computadoras de aviones.

Las computadoras terrestres utilizan principalmente computadoras de uso general, que se pueden dividir en supercomputadoras, mainframes, computadoras de tamaño mediano, minicomputadoras y microcomputadoras. El desarrollo de las microcomputadoras es extremadamente rápido, y el rendimiento ha alcanzado o superado a algunas miniordenadores, y la tendencia de ponerse al día con las superminicomputadoras ha comenzado a aparecer.

En el caso de las computadoras de los aviones, existen algunos requisitos especiales (volumen, peso, consumo de energía, entorno y funciones, etc.), por lo que se utilizan principalmente computadoras especiales. Sin embargo, desde finales de la década de 1970, las nuevas computadoras de los aviones han comenzado a utilizar microprocesadores de uso general. como su procesador central.

La computadora terrestrese usa ampliamente en sistemas terrestres aeroespaciales, como negocios de reserva de aviación civil, prueba de simulación terrestre, medición y control de naves espaciales, diseño y fabricación de aeronaves.

Sistema de reserva de pasajeros de la aviación civilDesde la década de 1950, ha existido una computadora para procesar el negocio de reservas y se ha convertido en un completo sistema de reserva de pasajeros programable.

Este sistema conecta las taquillas de las principales ciudades del mundo con los centros informáticos a través de una red de comunicación de alta velocidad para formar una red informática y realizar reservas de viajes conjuntos de larga distancia y otros servicios. Estos sistemas están generalmente conectados a miles de dispositivos terminales, como terminales de visualización, impresoras y máquinas expendedoras de billetes.

Cientos de datos relacionados con los asientos de vuelo, la información de los pasajeros y los horarios se almacenan en una gran memoria, y los datos relevantes se muestran rápidamente en el terminal de pantalla según sea necesario para responder a diversas consultas.

Lacomputadora de alto rendimiento de prueba de simulación en tierra es el equipo principal para la prueba de simulación en tierra, este tipo de prueba abre una nueva forma para el desarrollo de nuevos aviones. La prueba de simulación en tierra puede reemplazar parcial o completamente algunas pruebas de simulación en tierra de la aeronave, o reemplazar parcialmente la prueba de vuelo de la aeronave.

Este tipo de prueba requiere el establecimiento de un modelo matemático preciso del proceso físico, que tiene cierto grado de versatilidad. Puede ahorrar costos de desarrollo, acortar el ciclo de desarrollo y reducir accidentes en vuelos de prueba de aeronaves (ver simulador de vuelo, tecnología de simulación del sistema de control).

Medicióny control de naves espaciales : La red de medición y control de naves espaciales y adquisición de datos implementa el seguimiento, medición y control de naves espaciales, que son la garantía básica para el funcionamiento normal de las naves espaciales.

Este trabajo tiene un sólido rendimiento en tiempo real, gran cantidad de información y alta confiabilidad, y debe depender de grandes computadoras de alta velocidad. Los centros de control aeroespacial generalmente están equipados con múltiples computadoras de alta velocidad a gran escala y sus sistemas de software completos.

Estos sistemas informáticos pueden procesar la medición de la órbita de la nave espacial y los datos de telemetría en tiempo real, obtener la órbita, la actitud y los parámetros de trabajo de la nave espacial de cada subsistema, y proporcionar información para monitorear y controlar el trabajo de la nave espacial. Cuando una nave espacial falla, el sistema informático puede ayudar a encontrar la causa de la falla y proporcionar posibles métodos para solucionar la falla.

Diseño y fabricaciónde aeronaves : en el proceso de diseño y fabricación de aeronaves, es necesario resolver una gran cantidad de problemas complejos relacionados con la aerodinámica, mecánica de vuelo, mecánica estructural, mecánica de materiales y tecnología de fabricación, que deben resolverse con la ayuda de computadoras.

Con el advenimiento de los trazadores controlados numéricamente a gran escala y el software de dibujo general, el diseño y la fabricación asistidos por computadora se han convertido en un medio importante de diseño y fabricación de aeronaves.

Usando el modo de trabajo de diálogo hombre-máquina, la computadora puede generar directamente dibujos de diseño e información requerida para el procesamiento y fabricación, lo que acorta significativamente el ciclo de desarrollo, mejora la calidad del producto y reduce los costos. La figura 1 muestra la computadora gigante china.

Las computadoras de aviación sehan desarrollado rápidamente en microelectrónica y tecnología informática desde la década de 1960. Especialmente desde la llegada de los microprocesadores en la década de 1970, las computadoras digitales se han utilizado cada vez más en las aeronaves.

Requisitos especialespara las computadoras de las aeronaves Existen algunos requisitos especiales para las computadoras de las aeronaves, que incluyen:

Capaz de soportar condiciones ambientales adversas: como un amplio rango de temperatura de funcionamiento (-60 + 60 ° C en aviones y -55 + 125 ° C en misiles), sobrecargas de choque de hasta 40 gy vibración, humedad, niebla salina , interferencia electromagnética, radiación de partículas espaciales y radiación nuclear, etc., generalmente requieren el uso de dispositivos electrónicos militares rigurosamente protegidos. Los dispositivos CMOS basados en zafiro tienen una alta resistencia a la radiación y se utilizan ampliamente en misiles y computadoras de naves espaciales.

Pequeño tamaño, peso ligero y bajo consumo de energía: estos requisitos son particularmente prominentes en misiles y satélites.

Las computadoras de los aviones modernos utilizan principalmente microprocesadores de circuitos integrados de gran o muy gran escala como núcleo, y han comenzado a utilizar microcomputadoras de un solo chip y computadoras integradas secundarias. Los dispositivos CMOS tienen un bajo consumo de energía y una alta confiabilidad, lo que los convierte en dispositivos ideales para computadoras de aviones.

Alta confiabilidad: Los aviones modernos son costosos y generalmente no se pueden reparar durante el vuelo. Una vez que la computadora falla, causará graves consecuencias. Por ejemplo, en una aeronave de diseño de seguimiento que utiliza un sistema de control fly-by-wire, la falla total de la computadora de control de vuelo hará que la aeronave se estrelle.

Las naves espaciales (como los satélites) a menudo funcionan en el espacio durante varios años o incluso más, lo que requiere que las computadoras funcionen continuamente durante decenas de miles de horas sin fallas.

Para cumplir con los requisitos de confiabilidad extremadamente altos, además de una selección rigurosa de componentes y dispositivos, se deben adoptar métodos especiales, a saber, tecnología de redundancia y tecnología de autocomprobación y monitoreo de fallas Un sistema informático tolerante a fallas que tolera errores.

Este tipo de computadora puede detectar y diagnosticar fallas automáticamente, reorganizar la estructura de la computadora por sí sola para que pueda continuar funcionando y puede recuperarse automáticamente después de que se elimine la falla.

Fuerte rendimiento en tiempo real: en comparación con los objetos ordinarios, el avión tiene una velocidad de vuelo rápida, y el entorno de vuelo y la actitud de vuelo también están cambiando rápidamente. El objetivo de los aviones de combate aéreo y los misiles también son los aviones de alta velocidad, por lo que la computadora del avión debe poder realizar cálculos en tiempo real.

Su intervalo de tiempo de muestreo de datos es generalmente de unos pocos milisegundos a decenas de milisegundos, y el período de cálculo es igual al tiempo del intervalo de muestreo o varios múltiplos del mismo.

Con la mejora del rendimiento de la aeronave, el contenido de cálculo sigue aumentando y también se requiere que la computadora realice cálculos a mayor velocidad.

Arquitectura dela computadora de la aeronave El sistema informático de la aeronave tiene tres tipos de estructura básica:

Computadora independiente de función única: la mayoría de las computadoras de los aviones en la década de 1960 eran de este tipo de estructura, es decir, cada subsistema aerotransportado adopta computadoras independientes y de función única, como computadoras de navegación, computadoras de control de vuelo, computadoras de control de incendios, datos aéreos computadoras, etc. La mayoría de ellos son computadoras analógicas y las computadoras digitales comenzaron a adoptarse a fines de la década de 1960.

Sistema informático centralizado: por ejemplo, los satélites y las sondas espaciales de las décadas de 1960 y 1970 adoptaron en su mayoría esta estructura. Los sistemas redundantes simples o duales se utilizan para completar de forma centralizada o parcial múltiples tareas.

Por ejemplo, la sonda "Pirata" lanzada en 1975 utiliza computadoras de control de programas y guía redundantes de doble plano en el módulo de aterrizaje para realizar tareas de manera centralizada como guía y control, procesamiento de comandos, gestión de energía y control de programas después de abordar el planeta. También utiliza otra computadora para la recopilación y el procesamiento de datos.

Sistema informático centralizado, distribuido y distribuido: El sistema de información de aviónica digital tiene un procesador principal y un procesador de monitoreo, que realizan la programación general de tareas, la gestión de errores y algunas otras funciones de todo el sistema a través de un bus de datos multiplexado.

Varios procesadores remotos (subsistemas aéreos) se comunican con el procesador principal y el procesador de monitoreo a través del terminal remoto del bus (ver sistema integrado de aviación).

Los resultados de la investigación de este sistema se han utilizado de muchas formas. También ha aparecido un sistema integrado similar en naves espaciales modernas, y también se utiliza un sistema informático distribuido centralizado y descentralizado.

Tendencia de desarrolloDesde finales de la década de 1960, la tecnología microelectrónica se ha desarrollado rápidamente. Desde la década de 1970 hasta principios de la de 1980, los principales fabricantes de microcomputadoras introdujeron un nuevo producto de microcomputadora casi cada dos años, y los chips periféricos de apoyo también aparecieron rápidamente.

Desde que el microprocesador entró en el mercado a principios de la década de 1970, ha evolucionado de una máquina de 4 bits, una máquina de 8 bits y una máquina de 16 bits a una máquina de 32 bits. Este progreso tecnológico ha sentado una buena base para el desarrollo de sistemas informáticos de aeronaves. La tendencia moderna de las computadoras de los aviones es: Utilizar microprocesadores y chips periféricos de uso general.

El hardware y el software del sistema informático de la aeronave son modulares. La aparición de una variedad de lenguajes de alto nivel adecuados para la programación de sistemas en tiempo real, como el lenguaje Ada, puede mejorar la versatilidad del software.

Ingeniería de software para resolver problemas complejos de programación, depuración y gestión. Integre una computadora tolerante a fallas en un chip para mejorar aún más la confiabilidad del sistema. La aparición de computadoras inteligentes (o computadoras basadas en el conocimiento) proporcionará mejores condiciones para el desarrollo de la industria aeroespacial.