Задача – обеспечить готовность экипажей к космическим полетам

В.ХрипуновВладимир ХРИПУНОВ,
начальник тренажерного управления ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», кандидат технических наук, доцент, член-корр. Российской академии
космонавтики имени К.Э.ЦиолковскогоБ.Наумов
Борис НАУМОВ,
главный научный сотрудник ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», доктор технических наук, доцент, лауреат Государственной премии РФ в области науки и техники

1

Download PDFСкачать статью в формате PDF

Эта статья представлена на сайте в виде отдельно-скачиваемого файла в формате PDF. Нажмите на эту ссылку чтобы скачать файл на свой компьютер.

Вся более чем полувековая история пилотируемой космонавтики неразрывно связана с космическим тренажеростроением. Все эти годы Центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина совместно с предприятиями промышленности создаёт и непрерывно совершенствует тренажёрные технологии и технические средства подготовки космонавтов. Сменили друг друга пять поколений технических средств подготовки космонавтов (ТСПК)!

Необходимо отметить, что в осуществлении пилотируемых космических полетов тренажерная техника играет особую роль. Тренажеры и моделирующие стенды являются единственными в наземных условиях средствами для практического обучения и отработки космонавтами навыков и умений управления системами пилотируемых космических аппаратов, а также для проверки готовности экипажей к выполнению программ полетов. В ходе комплексной подготовки космонавтов тренировки на космических тренажерах занимают до 70 % от общего времени обучения. Уникальность подготовки космонавтов заключается в том, что после завершения подготовки на тренажерах экипажи самостоятельно выполняют космический полет (в авиации, на флоте и на различных объектах, функционирующих в наземных условиях и относящихся к сложным динамическим системам, после подготовки операторов на тренажерах их работа на реальном объекте осуществляется под контролем инструктора).

Комплекс ТСПК создается для подготовки экипажей к выполнению программы полета и должен перекрывать по своим функциональным возможностям весь спектр задач, решаемых экипажем в штатных и в прогнозируемых нештатных ситуациях космического полета.

При этом комплекс технических средств подготовки космонавтов рассматривается не как изолированная и замкнутая система, а как одна из основных составных частей российской системы подготовки космонавтов. В состав комплекса ТСПК (рис.1) входят:

— средства теоретической и технической подготовки;

— функционально-моделирующие стенды;

— специализированные и комплексные тренажеры;

— имитаторы условий космического полета;

— средства медико-биологической подготовки;

— комплексные самолетные тренажеры различного назначения;

— средства подготовки к работам в открытом космосе;

— средства подготовки к действиям после посадки в различных климатогеографических зонах и др.

2

 

Рис. 1.  Комплекс технических средств подготовки космонавтов

ЦПК имени Ю.А. Гагарина

Технические средства подготовки космонавтов являются уникальными, сложными и дорогостоящими системами, создание которых представляет собой длительный наукоемкий процесс. Основные особенности создания космических тренажеров состоят в следующем:

— только в пилотируемой космонавтике тренажеры создаются параллельно с созданием опытного летного образца, причем с опережением его создания на время, достаточное для осуществления подготовки экипажей;

— только в пилотируемой космонавтике экипажи после тренажерной подготовки реально выполняют самостоятельный космический полет (в других областях человеческой деятельности первые полеты, первые выходы в море и т.д. осуществляются под контролем инструктора);

— сложность, сравнимая со сложностью летных изделий и высокая стоимость создания тренажера;

— длительные сроки создания тренажера [от 2 до 4 лет];

— устойчивая тенденция усложнения бортовых систем пилотируемых орбитальных комплексов, и, как следствие, тренажеров. В настоящее время в состав бортового цифрового вычислительного комплекса МКС входит около 100 различных компьютеров (для сравнения: на станции «Мир» было всего 10 компьютеров);

— повышение интенсивности использования ТСПК. Так, время, выделяемое для тренажерной подготовки, увеличилось с 5% по программе «Восток» до 70 % по программе МКС;

— протяженный период эксплуатации тренажеров [от 15 до 20 лет];

— история, опыт создания, модернизации и эксплуатации ТСПК свидетельствуют, что комплекс ТСПК на протяжении своего жизненного цикла постоянно подвержен доработкам, модернизации и функциональному расширению. При этом весь комплекс работ по обеспечению жизненного цикла ТСПК проходит непосредственно в ходе их эксплуатации – непрерывно проводимых тренировок космонавтов. В этом принципиальное отличие космических тренажеров от тренажеров других сложных динамических систем.

Принимаемые при создании космических тренажеров технические решения всегда соответствовали передовому мировому уровню и тенденциям в создании современных средств тренажерной техники. Применяемые в космических тренажерах технологии всегда были и остаются одними из самых совершенных. Отдельные технологии, которые применяются на тренажерах, не только самые передовые в космической отрасли, но и уникальные. На момент ввода в эксплуатацию, каждый тренажер не имел аналогов в мире.

И неслучайно эпитет «впервые» по праву носит многое из того, что сделано в отечественном космическом тренажеростроении.

Вот некоторые примеры:

  • Впервые в мире были созданы и эксплуатировались комплексные тренажеры транспортных пилотируемых кораблей (ТПК) «Союз» и орбитальных станций «Салют», реализованные на базе полномасштабных учебно-тренировочных макетов (рис.2).

                            22

Рис. 2. Полномасштабные макеты тренажеров станции  «Салют» и корабля «Союз»

  • Первыми в мире стали следующие космические тренажерные комплексы:

— комплекс «Беладонна» тренажеров орбитальной станции «Салют» (1979-1985 гг.) и  комплекс «Ермак-27» тренажеров орбитального комплекса «Мир» (1986-2001 гг.);

  • Впервые в практике космического тренажеростроения часть приборов-повторителей была реализована не аппаратно, а в виде графических изображений (рис.3).

 3

Рис. 3. Приборы-повторители тренажера корабля «Союз» в виде графических изображений

  • Впервые в качестве основы для создания учебно-тренировочных макетов тренажеров стали применяться каркасные конструкции (рис.4), что позволило значительно сократить не только сроки создания тренажеров, но и их стоимость. 

 4

Рис. 4. Макеты тренажеров модулей МКС, выполненные в виде каркасных конструкций

Современный комплекс ТСПК (рис.5) предназначен для проведения подготовки космонавтов к полету на всех типах пилотируемых космических аппаратов, на всех этапах подготовки в соответствии с целями, задачами и программой предстоящего космического полета.

5

Рис. 5. Тренажерный комплекс российского сегмента МКС

В соответствии с концепцией создания тренажерных средств для подготовки российских и иностранных космонавтов каждый партнер, участвующий в создании международной космической станции (ЕКА, Канада, Россия, США, Япония), создает и производит ТСПК по своему сегменту станции на своей базе. Подготовка экипажей МКС осуществляется в виде поочередных учебно-тренировочных сессий на базах партнеров в рамках общего бюджета времени подготовки. Вместе с тем два основных международных партнера – США и Россия – должны обеспечить так называемую многосегментную подготовку экипажа МКС, то есть подготовку по задачам, общим для всех сегментов станции.

В общей сложности, для обеспечения подготовки космонавтов по российскому сегменту международной космической станции в ЦПК имени Ю.А. Гагарина было создано более 80 наименований тренажерных средств.

В период   2000-2014 гг. на ТСПК российского сегмента (РС) МКС было проведено более 25 000 тренировок, на проведение которых было затрачено более 56 000 часов.

Каждое из таких уникальных технических средств – это результат кропотливого настойчивого труда всех без исключения специалистов Центра и привлеченных предприятий промышленности, воплощение теоретических знаний и бесценного практического опыта.

Каждый тренажер является человеко-машинной системой, в которой равноценное место отводится как человеку-оператору, так и технике.

6

Рис. 6.     Типовая структура космических тренажеров

 

 Основу структуры тренажера составляют рабочее место космонавта-оператора (РМО), пульт контроля и управления (ПКУ), шесть функциональных систем тренажера.  При этом в зависимости от задач каждого конкретного ТСПК, эта структура может видоизменяться.

Анализ наработки тренажёрных средств с 2000 года наглядно свидетельствует о том, что, несмотря на возросший объем подготовки на тренажерах, общее количество сбоев и отказов техники, а также трудозатраты на их устранение остаются на уровне незначительных (рис. 7).

 7

Рис. 7.  Диаграммы распределения сбоев и отказов космических тренажеров

Для успешного функционирования любой сложной системы, которой и   является космический тренажер, необходимо проведение работ, связанных с техническим и регламентным обслуживанием, проведением доработок, устранением выявленных замечаний. Для наглядности на рис. 8 представлены диаграммы, демонстрирующие в процентном соотношении виды проводимых на тренажерах транспортного пилотируемого корабля (ТПК) «Союз» и российского сегмента МКС работ.

  8

Рис. 8.   Виды и объем работ, выполняемых на тренажерах

 

Как видно, почти половина от общего времени загрузки тренажеров приходится на выполнение работ, направленных на обеспечение работоспособности и надёжности тренажёров при проведении тренировок.

Текущая программа пилотируемых космических полетов характеризуется следующими особенностями:

—         увеличение количества запусков ТПК «Союз» и членов экипажа МКС;

—         одновременные полеты ТПК «Союз» разных модификаций;

—         наращивание МКС новыми модулями;

—         частая смена программно-математического обеспечения.

Независимо от сложности создавшейся ситуации, основная задача, стоящая перед космическими тренажерами, остается одна – обеспечить готовность экипажей к космическим полетам.

Технология построения космических тренажерных средств на современном этапе характеризуется использованием следующего основного оборудования:

— высокотехнологичных аппаратных средств формирования, обработки, передачи и воспроизведения информации;

— промышленных крейтовых систем в составе устройств согласования и

обмена (УСО);

— систем компьютерной генерации изображения визуальной обстановки;

— систем виртуальной реальности.

В последние годы широкое применение получили компьютерные тренажеры, используемые, в основном, как обучающие системы. Наиболее перспективными представляются компьютерные тренажеры, построенные по технологии виртуальной реальности. На них достаточно легко и наглядно имитировать различные критические ситуации (задымление, пожар, разгерметизация и т.д.), что трудно реализовать на физических тренажерах. При этом виртуальные тренажеры значительно дешевле физических, мобильнее и не требуют длительных сроков изготовления. Решение проблемы рационального сочетания в комплексе ТСПК тренажеров, функционально-моделирующих стендов и компьютерных тренажеров является важной теоретической и практической задачей.

Актуальна необходимость создания комплекса ТСПК с распределенной структурой, обеспечивающей дистанционный доступ к его ресурсам. Это позволит, используя современные информационные технологии, проводить самоподготовку космонавтов и инструкторов с удаленных терминалов, оперативно контролировать ход проведения тренировок и т.д. Таким образом, решается задача трансформации существующего тренировочного процесса в интерактивный тренировочный процесс.

В обосновании технического облика тренажёров перспективных пилотируемых космических аппаратов, поиске новых технических решений важную роль играет выполнение научно-исследовательских работ, а также совместная работа с разработчиками тренажёрной техники. С целью объединения научно-технического потенциала и проведения совместных исследований с различными ВУЗами и институтами РАН заключен Договор научно-технического сотрудничества в направлении поиска возможностей модернизации существующих систем тренажеров и тренажёрных комплексов. Для выявления новых технических решений в организации построения ТСПК такая форма взаимодействия, на наш взгляд, очень эффективна.

Говоря о перспективах развития космических тренажеров, также хочется подчеркнуть, что они связаны в первую очередь с разработкой новых пилотируемых кораблей и модулей. В то же время в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина есть свои смелые технические проекты, реализация которых позволит коренным образом изменить сложившиеся стереотипы и подходы к созданию и эксплуатации современных тренажерных средств и тренажерной подготовки космонавтов в целом.

 

1 Комментарий для Задача – обеспечить готовность экипажей к космическим полетам

  1. Очень интересная статья. Сам давно занимаюсь тренажёром Союза. Пока дальше Нептуна не зашли. Есть вопрос: вот у вас на экране отображены РПВ1 и 2, они динамические или это просто фото?

Написать ответ

Выш Mail не будет опубликован


*


Рейтинг@Mail.ru Яндекс.Метрика