ОБУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к области космической техники и может применяться на тренажерах пилотируемых космических аппаратов (ПКА), оборудованных электронными системами отображения и оптическими средствами наблюдения.
В реальном космическом полете на самом ответственном участке спуска корабля на Землю имеют место отказы системы автоматического управления и необходимость в срочном переходе на ручное управление спуском. На тренажных средствах обучения должна воспроизводиться полная программа автоматического управления спуском с вводом аварий (НшС) и полной программой отображения информации на пульте космонавта (ПК) «Нептун-МЭ».
Известно обучающее устройство, описанное как полезная модель - Патент №31671 на полезную модель от 29.04.2003 г. Авторы: А.Ф.Еремин и др. Данная полезная модель принимается за прототип. Приведенное обучающее устройство позволяет производить обучение космонавтов ручному управлению космическим кораблем на участке спуска в атмосфере Земли в штатных и нештатных ситуациях.
Однако это обучающее устройство не позволяет проводить подготовку космонавтов управлению космическим кораблем на участке спуска в автоматическом режиме управления с выдачей информации на ПК «Нептун-МЭ».
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение на динамическом тренажере управляемого спуска на базе центрифуги ЦФ-18 моделирование режима автоматического спуска с отображением полного объема информации на ПК «Нептун-МЭ» по программе автоматического спуска.
Поставленная цель достигается тем, что к обучающему устройству-прототипу дополнительно вводятся блок динамической информации 9, блок разовой информации 10, блок приема и выдачи управляющих воздействий 11, блок чтения п записи базы данных 12.
На фиг.1 представлена структурная схема обучающего устройства.
На фиг.1 обозначены:
1 - космический навигационный индикатор (пульт космонавта «Нептун-МЭ»);
2 - модель системы управления бортовым комплексом;
3 - модель движения космического корабля;
4 - модель датчиков;
5 - ручка управления;
6 - модель системы управления;
7 - модель исполнительных органов;
8 - пульт контроля и управления тренировкой;
9 - блок динамической информации;
10 - блок разовой информации;
11 - блок приема и выдачи управляющих воздействий;
12 - блок чтения и записи базы данных.
Обучающее устройство содержит модель движения 3, второй выход которой соединен с первым входом модели датчиков 4, третий выход которой соединен с первым входом модели системы управления движением 6, третий выход которой соединен с первым входом модели системы исполнительных органов 7, второй выход которой соединен с третьим входом модели движения космического корабля 3, первый выход которой соединен с первым входом космического навигационного индикатора 1, второй выход которого соединено первым входом модели системы управления бортовым комплексом 2, которая вторым выходом соединена с параллельно соединенными со вторым входом модели датчиков 4, с четвертым входом модели системы управления движения 6, с третьим входом модели системы исполнительных органов 7, а ручка управления 5 подключена ко второму входу модели системы управления движением 6. Второй выход пульта контроля и управления тренировкой 8 подключен к третьему входу модели системы управления бортовым комплексом 2, а первый вход пульта контроля и управления тренировкой 8 соединен с третьим выходом космического навигационного индикатора 1, третий выход пульта контроля и управления тренировкой 8 соединен с четвертым входом модели движения 3, а пятый выход модели системы управления движением 6 соединен с параллельно соединенными входами блока динамической информации 9, блока разовой информации 10, блока приема и выдачи управляющих воздействий 11, блока чтения и записи базы данных 12, а выходы блока динамической информации 9, блока разовой информации 10, блока приема и выдачи управляющих воздействий 11, блока чтения и записи базы данных 12 параллельно соединены с четвертым входом космического навигационного индикатора 1.
Баллистико-навигационная информация для обеспечения спуска представляется на форматах навигации и спуска и выводится на космический навигационный индикатор 1. Формат «индикатор навигационный космический» (ИНК) предназначен для обеспечения экипажа информацией о положении космического корабля относительно земной поверхности, светотеневой обстановке и зонах радиовидимости, а также для запуска программы расчета и отображения информации о траектории спуска на ближайший полигон (рис 1). Формат «баллистико-навигационное обеспечение» (БНО) предназначен для отображения уставочной информации и числовых данных по циклограмме спуска (рис 2). Формат «автоматический управляемый спуск» (АУС) предназначен для контроля спуска в режиме АУС (рис 3).
Блок динамической информации 9 обеспечивает обмен информацией между моделью системы управления движением 6 и пультом космонавта «Нептун-МЭ» 1. Данная информация содержит динамическую навигационную информацию постоянной выдачи о движении космического аппарата и динамическую информацию для форматов автоматического управления спуском, получаемая из модели движения космического корабля 3 и поступающая на два полукомплекта пульта космонавта (ПК) «Нептун-МЭ»: интегрированный пульт управления-1 (ИнПУ-1) и интегрированный пульт управления-2 (ИнПУ-2). Данные для отображения на ПК «Нептун-МЭ» передаваемые в массивах S_FON, S_DIN организуются в виде структур данных. Массив S_FON имеет следующую структуру:
- управляющее слово массива (US_S_FON);
- структура данных S_FON;
- контрольная сумма.
Массив S_FON передается из модели системы управления каждые 200 мс.
ПК «Нептун-МЭ» проверяет контрольную сумму массива. При несовпадении контрольной суммы данные массива не используются. Массив SJDIN имеет структуру аналогичную S_FON:
- управляющее слово;
- структура данных;
- контрольная сумма.
Массив S_DIN передается каждые 200 мс, начиная с поступления в массиве R_CONT требования на выдачу формата с указанием его номера. Передача массива S_DIN прекращается, если:
- от ПК «Нептун-МЭ» поступило требование на отбой формата,
- или экран данного полукомплекта выключен,
- или сданным полукомплектом отсутствует обмен в течение одной минуты. При отсутствии обмена в течение одной минуты ПК «Нептун-МЭ» выдает сообщение космонавту.
Блок разовой информации 10 формирует отдельные элементы отображения (как правило, графических) на уже сформированном кадре модели системы управления движением в виде массива S_RAZ. Структура массива S_RAZ:
- управляющее слово;
- структура данных;
- контрольная сумма.
Массив SJRAZ передается из модели системы управления движением после формирования соответствующего формата при необходимости. Возможна передача 960 слов разовой информации. При получении массива S_ RAZ ПК «Нептун-МЭ» проверяет массив на соответствие по длине и контрольной сумме и, в случае правильности массива, переписывает CN_S_RAZ циклический номер в QCN_S_RAZ массива RJSTAT. Модель системы управления движением проверяет появление правильной квитанции QCN_S_RAZ в R_STAT в течение одной сек. Если за это время нужный циклический номер появился, модель системы управления движением повторяет посылку S_ RAZ.
Блок управляющих воздействий 11 состоит из двух массивов: массив приема управляющих воздействий от ПК «Нептун-МЭ» R_CONT и массив выдачи управляющих воздействий S_CONT. Массив R_CONT имеет следующую структуру:
- управляющее слово массива R_CONT;
- подмассив;
- контрольная сумма.
Подмассивы включают следующие типы: выбор формата, отбой формата, нажатие кнопки на формате, ввод данных. Структура подмассива ввода данных содержит управляющее слово подмассива, управляющее слово 1-й уставки, значение первой уставки,....., управляющее слово N-ой введенной уставки, значение N-ой уставки.
После формирования управляющего воздействия со стороны космонавта ПК «Нептун-МЭ», относящегося к модели системы управления движением, передача управляющего воздействия осуществляется следующим образом:
Программное обеспечение (ПО) «Нептун-МЭ» модифицирует циклический номер CN_R_CONT;
ПО «Нептун-МЭ» формирует массив R_CONT и записывает его в оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) пульта космонавта "Нептун-МЭ".
ПО «Нептун-МЭ» формирует массив R_STAT с новым циклическим номером CN_R_CON и записывает его в (ОЗУ) пульта космонавта "Нептун-МЭ".
ПО модели системы управления движением каждые 200 мс опрашивает массив RJSTAT и контролирует изменение CN_R_CONT;
При изменении CN_R_CONT ПО модели системы управления движением запрашивает в ПК «Нептун-МЭ» массив R_CONT;
ПО модели системы управления движением проводит проверку массива R_CONT на соответствие CN_R_CONT в массиве RJSTAT на количество слов данных и на совпадение контрольной суммы. В случае совпадения всех проверяемых параметров, ПО модели системы управления движением реализует управляющее воздействие указанное в R_CONT и устанавливает квитанцию QCN_R_CONT в массив S_STAT равной CN_R_CONT.
ПО "Нептун-МЭ" проверяет на совпадение циклический номер массива CN_R_CONT, массива R_CONT, находящегося в (ОЗУ) пульта космонавта "Нептун-МЭ" и его квитанцию QCN_R_CONT из массива S_STAT;
В случае совпадения переходит к обслуживанию следующего управляющего воздействия. ПО «Нептун-МЭ» прекращает ожидание квитанции и сообщает космонавту о неудачной попытке передать управляющее воздействие при отсутствии квитанции или прекращении приема массива SJSTAT в течение 1 мин, что свидетельствует о сбое модели системы управления движением.
Блок записи и чтения базы данных 12 включает массив записи в базу данных (S_BD) и массив чтения базы данных (R_BD). Массив S_BD предназначен для записи данных модели системы управления движением в буфер "Нептун-МЭ" для хранения. Контроль целостности базы данных в "Нептун-МЭ" осуществляет ПО модели системы управления движением. "Затирание" базы данных в результате нештатных ситуаций допускается. Под базу данных в ОЗУ "Нептун-МЭ" выделяется 8 подмассива по 32 слова. Массив S-BD имеет следующую структуру:
- управляющее слово массива: данные (30 слов), контрольная сумма.
ПО модели системы управления движением передает массив SJBD в ПК "Нептун-МЭ" и ожидает в массиве R_STAT появление квитанции QCN_R_BD равной переданному циклическому номеру С_8_ВО.При несовпадении в течение 400мс. модель системы управления движением проверяет передачу массива S_BD. ПО пульта космонавта "Нептун-МЭ", приняв массив S_BD проверяет его контрольную сумму и, в совпадения, размещает весь массив S_BD в указанном подмассиве базы данных начиная с нулевого слова и переписывает циклический номер C_S_BD в квитанцию QCNJSJBD массива RJSTAT. Модель системы управления движением передает базу данных сразу на оба полукомплекта ПК «Нептун-МЭ». В случае, если один из полукомплектов выключен, ПО пульта космонавта "Нептун-МЭ" передается на второй, но при включении первого, ПО пульта космонавта "Нептун-МЭ" передает всю базу данных из второго полукомплекта в первый полукомплект. Массив R_BD предназначен для чтения данных из базы данных ПК "Нептун-МЭ" в модель системы управления движением. На динамическом тренажере в режиме автоматического спуска на пульт космонавта "Нептун-МЭ" на форматы ИНК, БНО, АУС с помощью блоков 9, 10, 11, 12 выводится информация, обеспечивающая полный контроль и управление космонавтом процессом автоматического спуска, что обеспечивает высокое качество обучения и подготовку космонавтов. Блоки 9,10, 11,12 выполнены на универсальных вычислителях типа Pentium-4. Обучающее устройство разработано в 2002 году в виде динамического тренажера спуска транспортного корабля «Союз-ТМА»на базе центрифуги ЦФ-18 в
РГНИИЦПК им. Ю.А.Гагарина и в настоящее время на нем проводятся обучение и подготовка космонавтов по международной программе МКС.