Уважаемый президиум!
Уважаемые участники 8-й Международной конференции!
Позвольте доложить вам о работе, связанной с созданием и внедрением новых поколений тренажерных комплексов и тренажеров для подготовки космонавтов в ЦПК имени Ю.А.Гагарина, которая проводится с 1979 г. по настоящее время коллективом ООО «Центр тренажеростроения и подготовки персонала» (ЦТиПП) и Центром подготовки космонавтов им. Ю.А.Гагарина (ФГУБ «НИИЦПК»).
За это время нами разработаны, созданы и внедрены в эксплуатацию три поколения тренажерных комплексов и более 20 комплексных и специализированных тренажеров для решения многофункциональных задач подготовки космонавтов по национальным программам ДОС «Салют» и ОК «Мир» и по международной программе МКС.
Чем определялась необходимость новых принципов построения и создания тренажерных комплексов и тренажеров для подготовки космонавтов в ЦПК им.Ю.А.Гагарина?
Прежде всего, эти комплексы должны обеспечивать решение многофункциональных задач подготовки космонавтов. Это объясняется тем, что современная концепция развития космической пилотируемой техники как в нашей стране, так и за рубежом, предусматривает создание и развертывание на околоземной орбите многоблочных орбитальных космических станций с развитой инфраструктурой, рассчитанных на длительный период эксплуатации, и тем самым значительно расширяющих потенциал научных исследований.
Перечень функциональных задач, которые должны решаться в процессе подготовки космонавтов, предопределил необходимость создания именно тренажерных комплексов, обеспечивающих высокую степень подобия деятельности космонавтов на реальных ПКК и позволяющих сформировать у них совокупность знаний, навыков, умений и компетенций, необходимых для успешного выполнения программы космического полета.
Таким образом, многофункциональные, вза-имосвязанные задачи подготовки космонавтов требуют создания комплекса, включающего в себя как полнофункциональные комплексные тренажеры, так и специализированные тренажеры для тренировок по отдельным, наиболее сложным и ответственным операциям.
Остановлюсь на вопросах новизны создания тренажерных комплексов и тренажеров для подготовки космонавтов. Созданные нами тренажерные комплексы являются новым поколением тренажерных средств для подготовки космонавтов.
Начиная разработку принципов, научных основ и технологий создания тренажеров для подготовки космонавтов в ЦПК им.Ю.А.Гагарина в далекие теперь 70-80-е годы, мы не пошли тогда проторенным путем создания автономных тренажеров. Нами совместно со специалистами ЦПК им. Ю.А.Гагарина были предложены принципиально новая концепция и технология проектирования тренажерных средств для подготовки космонавтов:
- отказ от жестких, закрытых структур автономных тренажеров и переход к гибким открытым структурам, позволяющим обеспечивать непрерывное развитие (наращивание) тренажерных средств, проводить с минимальными затратами и трудностями их модернизацию, а, следовательно, повышать эффективность тренажерных средств для подготовки космонавтов;
- одноразовое проектирование, непрерывное развитие и многократное использование тренажерных комплексов в основной их части для подготовки экипажей космонавтов по различных пилотируемым космическим программам;
- улучшение технических и эксплуатационных характеристик тренажерных средств для подготовки космонавтов не только за счет применения дорогостоящего оборудования и высокоточных моделей, но и за счет структурных построений тренажерных комплексов, обеспечивающих, в частности, резервирование, возможность проводить быструю замену элементов и блоков тренажеров;
- использование программно-аппаратных средств единого тренажерного комплекса в режиме «проката» для формирования различных по назначению тренажеров для подготовки космонавтов;
- декомпозиция жесткой (монолитной) структуры автономного тренажера на унифицированные модули, имеющие стандартный интерфейс, с последующей их интеграцией для «сборки» под конкретные задачи, решаемые на тренажерах;
- сокращение сроков создания тренажеров;
- сбережение ресурсов и сокращение стоимости создания тренажеров;
- возможность создания новых тренажеров или модернизация действующих без остановки тренировок на других тренажерах, входящих в тренажерный комплекс.
Основная идея нового подхода к созданию современных тренажерных средств подготовки космонавтов, предложенная нами, заключается в следующем: тренажер должен рассматриваться не как жесткая замкнутая система, как это имело место при создании автономных тренажеров, а как совокупность унифицированных аппаратных и программных модулей со стандартными интерфейсами и связями между ними. Большая часть таких модулей идентична в различных тренажерах.
Новизна нашей работы состоит и в реализации новой технологии создания тренажеров, которая заключается в том, что разработка, изготовление и комплексирование таких унифицированных модулей осуществляется с опережением, а сами модули объединяются в единые системы. Их аппаратные и программные средства используются по мере необходимости в различных тренажерах в режиме проката.
Далее на базе образованных таким образом единых систем формируется интегрированный имитационно-моделирующий комплекс с системой контроля и управления тренировками.
Средства комплекса становятся основой для построения ряда тренажеров по реализуемой космической программе.
Инфраструктура тренажерного комплекса заранее проектируется и создается в расчете на полный состав тренажерных средств с учетом решения многофункциональных задач подготовки космонавтов. Это позволяет существенно сократить время на создание космического тренажера.
Этапы создания и внедрения новых поколений тренажерных комплексов и тренажеров для подготовки космонавтов.
До 1980 г. в ЦПК им.Ю.А.Гагарина создавались исключительно автономные тренажеры транспортного корабля. Отсутствовали комплексные тренажеры космической станции, а также тренажерные комплексы для решения многофункциональных задач подготовки космонавтов.
На основе проведенных нами исследований и разработанной технологии мы начали создавать новое поколение тренажерных комплексов с 1979 года.
Первый космический тренажерный комплекс «Белладонна» был создан нами для подготовки космонавтов по программе ДОС «Салют» (1979-1986 гг.), согласно приказу Министра обороны СССР.
В ходе его создания были впервые реализованы основные идеи, принципы и технологии, предложенные нами. Распределенная трехуровневая вычислительная система этого тренажерного комплекса строилась на базе цифровых вычислительных машин третьего поколения. Пульты контроля и управления тренировками создавались на базе унифицированных конструктивов и оснащались однотипным набором средств. В качестве средств формирования внешней визуальной обстановки использовались автономные оптико-механические имитаторы. Впервые в пультах контроля и управления космических тренажеров вместо ряда приборов-повторителей были применены дисплеи.
В состав тренажерного комплекса «Белладонна» входило всего два тренажера для подготовки космонавтов:
- комплексный тренажер для подготовки экипажей по программе ДОС «Салют»; это был первый в стране комплексный тренажер космической станции;
- специализированный тренажер сближения и стыковки транспортного корабля «Союз» с орбитальной станцией «Салют».
Впервые была обеспечена возможность взаимодействия экипажей, работающих на разных тренажерах.
По программе «Союз – Салют» на базе тренажерного комплекса «Белладонна» подготовлено 73 основных и дублирующих экипажей; 33 экипажа выполнили космический полет.
Второй этап создания и внедрения тренажерных комплексов нового поколения для подготовки космонавтов реализовывался нами с 1980 по 1997 гг. в соответствии с Постановлением Совета Министров СССР от 7 января 1980 г. № 25-7. Это был тренажный комплекс «Ермак» для пилотируемой программы ОК «Мир».
В составе комплекса было создано 11 комп-лексных и специализированных тренажеров. Именно здесь в полной мере проявились преимущества новых принципов и технологий, предложенных нами и апробированных ранее при создании тренажерного комплекса «Белладонна».
Благодаря коллективному пользованию распределенной трехуровневой вычислительной структуры комплекса удалось более чем вдвое сократить количество вычислительных ресурсов тренажеров. При этом обеспечивалась одновременная работа до четырех тренажеров комплекса.
Впервые была успешно решена проблема имитации работы штатного бортового вычислительного цифрового комплекса и его взаимодействия с вычислительной системой тренажеров.
Ряд систем коллективного пользования были переведены на новые технологии. В частности, унифицированные имитаторы визуальной обстановки стали оптико-телевизионными, что позволило значительно сократить их количество, благодаря использованию коммутируемых телевизионных каналов. Впервые были применены и унифицированные модульные системы имитации бортовой связи.
Впервые был разработан и создан бортовой пульт «Плутон» в тренажном исполнении. Ранее в тренажерах использовались штатные пульты.
Во время комплексных тренировок экипаж мог перемещаться между тренажерами разных орбитальных модулей и работать с оборудованием всего орбитального комплекса. Так была решена задача проведения подготовки по программам «типовых суток», в рамках которых космонавты могли выполнять множество разнородных задач.
За годы интенсивной работы ОК «Мир» (с 1986 по январь 2001 гг.) в ЦПК им.Ю.А.Гагарина были подготовлены на базе тренажерного комплекса «Ермак» и одиннадцати его тренажеров экипажи российских и иностранных космонавтов к выполнению космических программ «Мир», «Мир-Шаттл», «Мир-НАСА». По этим программам было подготовлено 62 экипажа для полета на борту ОК «Мир», из них 31 экипаж выполнил космический полет. В составе международных экипажей на борту ОК «Мир», а, соответственно, и на тренажерах работали представители 10 зарубежных стран.
Третий этап создания и внедрения тренажерных комплексов нового поколения для подготовки космонавтов реализовывался нами для подготовки космонавтов по программе Международной космической станции. Разработка этого комплекса началась в 1995 г., а в 2000 г. он был сдан в эксплуатацию в ЦПК им.Ю.А.Гагарина.
Использование предложенной нами и апробированной ранее технологии позволило в относительно короткие сроки создать многофункциональный комплекс тренажеров Российского сегмента МКС для подготовки международных экипажей.
Впервые в истории отечественной космонавтики комплексный тренажер служебного модуля «Звезда» был создан и сдан в эксплуатацию раньше запуска полетного изделия. Это позволило провести подготовку уже первых экипажей космонавтов и астронавтов к работе на борту МКС.
В составе тренажерного комплекса Российского сегмента МКС были разработаны, введены в эксплуатацию и используются для подготовки отечественных и зарубежных космонавтов и астронавтов 11 тренажеров на основе физических макетов:
- комплексный тренажер служебного модуля (СМ) «Звезда»;
- комплексный тренажер функционально-гру-зового блока (ФГБ) «Заря»;
- специализированный тренажер сближения и стыковки транспортного корабля «Союз-ТМА»;
- специализированный тренажер внекорабельной деятельности «Выход-2»;
- специализированный тренажер по операциям ТОРУ «Телеоператор-2» и т.д.
В процессе создания тренажерного комплекса МКС были впервые решения новые задачи подготовки космонавтов, связанные с международным характером программы. В частности, было обеспечено информационное взаимодействие и совместная работа тренажеров комплекса с тренажером американского сегмента МКС, разработанного американской стороной.
Получили широкое применение бортовые пульты в тренажном исполнении, впервые апробированные на тренажерном комплексе «Ермак». Приборы-повторители на пультах контроля и управления были полностью заменены графическими панелями.
Четвертый этап создания и внедрения тренажерных комплексов нового поколения для подготовки космонавтов был связан с тем, что впервые был разработан и введен в эксплуатацию комплекс компьютерных тренажеров на базе технологий виртуальной реальности (демонстрация видео-ролика).
В нашем понимании компьютерные тренажеры – это такие же полнофункциональные тренажеры, как тренажеры, созданные на основе физических макетов орбитальных модулей. Единственная разница заключается в том, что физические макеты в компьютерных тренажерах заменены на виртуальные. Обучаемые на них космонавты и астронавты имеют возможность, «погружаясь в виртуальную среду», виртуально «перемещаться» внутри моделируемого интерьера МКС и осуществлять управление бортовыми системами. Хочется особо отметить, что для моделирования работы бортовых систем в компьютерных тренажерах используются те же унифицированные программные модули, что и на тренажерах на основе полнофункциональных физических макетов.
Основное преимущество таких компьютерных тренажеров заключается в их значительно меньшей стоимости и в более коротких сроках создания. В составе тренажерного комплекса по программе МКС, разработка компьютерного тренажера позволила начать подготовку экипажей еще до ввода в эксплуатацию комплексных тренажеров.
Этот этап осуществляется параллельно с третьим этапом с 1996 года.
Пятый этап создания и внедрения тренажерных комплексов нового поколения для подготовки космонавтов связан с применением в качестве рабочих мест космонавтов в специализированных и комплексных тренажерах учебно-тренировочных макетов, создаваемых в тренажерном исполнении. Наглядным примером разработки и внедрения ЦТиПП этих технологий является создание за последние годы учебно-тренировочных макетов для оснащения тренажеров в ЦПК им.Ю.А.Гагарина:
- рабочее место космонавтов тренажера «Дон-ERA» в 2006 г.;
- рабочее место космонавтов тренажера «Телеоператор» в 2008 г.;
- учебно-тренировочный макет модуля МЛМ.
Немаловажным фактором в создании УТМ нового поколения является построение интерьера космического аппарата с высокой степенью подобия штатному. Это касается панелей интерьера, пультов и приборов, размещаемых внутри УТМ (что и позволяет называть УТМ рабочим местом космонавтов.
За последние 10 лет ЦТиПП накоплен большой опыт создания пультов и приборов в тренажном исполнении для оснащения РМО тренажеров орбитальных модулей РС МКС как внутреннего интерьера, так и внешнего навесного оборудования.
С 2005 года в ЦТиПП технологию каркасных конструктивов применяют для создания учебно-тренировочных макетов транспортного корабля «Союз-ТМА». К настоящему моменту уже изготовлено несколько УТМ спускаемого аппарата (СА), в том числе и для ЦПК им.Ю.А.Гагарина в 2009 г.
В 2008 г. ЦТиПП, используя эти технологии, разработал и изготовил для ЦПК им.Ю.А.Гагарина УТМ Бытового отсека (БО) транспортного корабля «Союз-ТМА». С целью оснащения внутреннего интерьера макетов СА и БО ЦТиПП разработаны и изготовлены пульты и приборы ТК «Союз-ТМА» в тренажном исполнении.
В 2008 г. ЦТиПП изготовил и оснастил внутренний интерьер РМО тренажера СО1 в ЦПК им.Ю.А.Гагарина панелями и тренажными макетами штатных приборов.
Пятый этап создания и внедрения нового поколения тренажерных комплексов, специализированных и комплексных тренажеров для подготовки космонавтов связан с решением трех важнейших задач в области космического тренажеростроения:
1. Значительное в 2-3 раза сокращение сроков создания УТМ как рабочих мест космонавтов в специализированных и комплексных тренажерах, а, следовательно, и самих тренажеров.
2. Значительно, в 3-5 раз, уменьшение стоимости создания УТМ как важнейшей составной части тренажеров для подготовки космонавтов, а, следовательно, и самих тренажеров.
3. Решение проблемы устранения зависимости головной организации по созданию тренажерных комплексов и тренажеров (ООО ЦТиПП), в части соблюдения сроков создания тренажеров для подготовки экипажей космонавтов, от возможности и сроков поставки УТМ штатного изделия, которые изготавливаются с нуля на предприятиях космической промышленности (РКК «Энергия», ЗИХ), где создаются реальные пилотируемые космические аппараты, либо используются корпуса после какого-либо вида технологических испытаний.
Шестой этап связан с использованием более 30-летнего опыта ООО ЦТиПП по созданию тренажерных комплексов и тренажеров для подготовки космонавтов, разработанных в нашем предприятии, «экономичных» технологий изготовления рабочих мест космонавтов (аналогов транспортного космического корабля, модулей международной космической станции) в тренажерах на основе модульных каркасных конструкций, технологий создания бортового оборудования в тренажерном исполнении, а также технологий виртуальной реальности, обеспечивающих разработку виртуального РС МКС, в сфере создания программно-технических комплексов для оснащения молодежных космоцентров, школ космического резерва, планетариев, аэрокосмических музеев, дворцов детского (юношеского) творчества.
Технологии создания профессиональных тренажеров для подготовки космонавтов стали доступны для использования их в целях приобщения молодежи к инновационным технологиям и, в частности, к технологиям космической направленности, которые являются эффективными механизмами развития творческих способностей молодежи.
ООО ЦТиПП, начиная с 2004 г., ведет разработку, создание и внедрение программно-аппарат-ных комплексов для оснащения молодежных космических центров. В течение трех лет созданный нами космоцентр «Астрон» работает на нашем предприятии в городе Новочеркасске. Его посетили более 6000 школьников и студентов, учителя школ и преподаватели вузов. Высокую оценку созданного космоцентра «Астрон» дали не только школьники и педагоги, но и космонавты.
Интерактивный аналог транспортного космического корабля «Союз-ТМА», изготовленный в ООО ЦТиПП в 2008 г., начал активно использовать для обучения школьников в планетарии в Нижнем Новгороде; в 2009 г. – комплекс интерактивных аналогов транспортного космического корабля «Союз-ТМА» (реальный тренажер), РС МКС (виртуальный тренажер), интерактивный аналог поисково-спасательного вертолета и стереокомплекс, созданный ООО ЦТиПП, активно используется детьми, молодежью и взрослыми в Мемориальном музее космонавтов (г.Москва); наше предприятие разработало типовой проект молодежного космоцентра, который, надеюсь, будет востребован в Москве на Воробьевых горах в Московском городском доме детского (юношеского) творчества, как это предусмотрено распоряжением мэра г.Москвы и планом-графиком подготовки Москвы к празднованию в 2011 г. 50-летия полета в космос Ю.А.Гагарина. Этот год Указом Президента РФ объявлен годом российской космонавтики.
Возможности молодежного космоцентра очень большие – он позволяет школьникам и студентам на земле осуществить на аналоге транспортного космического корабля «Союз-ТМА» космический полет к МКС – от старта, «стыковки» и «расстыковки» с аналогом РС МКС (виртуальный тренажер МКС) до «приземления» спускаемого аппарата аналога космического корабля «Союз-ТМА».
Состав типового программно-аппаратного комплекса молодежных космических центров:
- интерактивный комплекс аналогов космических тренажеров;
- интерактивный комплекс аналога виртуального РС МКС;
- интерактивный аналог поисково-спасательно-го вертолета;
- интерактивный стереокомплекс;
- видео-аудио комплекс;
- пульты контроля и управления тренировками;
- технологические стойки;
- программный комплекс;
- образовательно-познавательные программы.
Благодаря гибкому модульному построению программно-аппаратного комплекса, он может поставляться заказчику в самой разной комплектации. На его базе могут реализоваться разнообразные образовательные программы для разных возрастных групп молодежи.
Практическое использование созданных нами молодежных космоцентров убедительно показало, что они предоставляют молодежи прекрасную возможность приобщения к миру космоса и достижениям отечественной космонавтики; они являются мощнейшим средством для профориентации школьников и проявления интереса к учебе, поскольку она проводится в интересной игровой форме. Заключение
1. Можно утверждать, что только благодаря предложенным новым принципам, концепции, методологии и технологии разработки и создания тренажерных средств для подготовки космонавтов удалось не только создать три уникальных тренажерных комплекса нового поколения, но и в среднем ежегодно вводить в эксплуатацию один комплексный или специализированный тренажер для подготовки космонавтов и, в конце концов, создать 22 тренажера за указанное время.
Иные технологии создания космических тренажеров не позволяют этого сделать.
2. Применение предложенной нами новой технологии создания тренажеров для подготовки космонавтов позволило в 3-4 раза уменьшить стоимость тренажерных средств, сократить сроки их создания (на один год и более), повысить эффективность их эксплуатации и модернизации.
3. Длительная эксплуатация (около 30 лет) тренажерных комплексов и тренажеров нового поколения в ЦПК им.Ю.А.Гагарина показала их высокое качество, надежность, легкость модернизации и удобство эксплуатации. Например, на 11 тренажерах комплекса «Ермак» для ОК «Мир» с 1980 по 2000 гг. подготовлено 62 экипажа, проведено 7725 тренировок, наработано 34574 часа.
4. Принятые нами технические решения соответствуют передовому мировому уровню и тенденциям в создании современных средств тренажерной техники. На момент ввода в эксплуатацию, каждый тренажерный комплекс не имел аналогов в мире. Комплекс тренажеров российского сегмента МКС по своим характеристикам и возможностям не уступает созданным специалистами США тренажерам американского сегмента МКС.
5. Создание и введение в состав тренажерных средств российского сегмента МКС комплекса компьютерных тренажеров, построенного с применением технологий виртуальной реальности, расширяет возможности и качество подготовки экипажей на российском тренажерном комплексе. Это отмечают не только российские космонавты, но и астронавты США.
6. За время сотрудничества ООО ЦТиПП с ЦПК им.Ю.А.Гагарина по созданию тренажерных комплексов и тренажеров для подготовки космонавтов специалисты ЦТиПП, ЦПК им.Ю.А.Гагарина, РКК «Энергия» и Роскосмоса дважды были удостоены звания лауреатов Государственной премии в области науки и техники:
- в 1987 г. – за создание и внедрение тренажера для предстартовой подготовки космонавтов на космодроме «Байконур»;
- в 2005 г. – за создание и внедрение трех тренажерных комплексов и тренажеров, обеспечивающих подготовку экипажей космонавтов по программам: ДОС «Салют», ОК «Мир» и МКС.
Очевидно, это объективный показатель высокого научно-технического уровня созданных в ЦПК им.Ю.А.Гагарина тренажеров и комплексов, обеспечивающих качественную подготовку экипажей.
27.10.09 В.Е.Шукшунов |
