Комплексный тренажер для подготовки космонавтов к внекорабельной деятельности

Полезная модель относится к области тренажеров для подготовки космонавтов, в частности к тренажерам для подготовки космонавтов (астронавтов) к внекорабельной деятельности (ВКД) и может применяться при подготовке экипажей пилотируемых космических аппаратов.
Известны «Стенд для имитации невесомости космонавтов» (патент на полезную модель №152039 - 2014 г., №152149 - 2014 г., №152325 - 2014 г.), «Универсальный стенд для имитации невесомости космонавтов» (патент на полезную модель №152147 - 2014 г.), «Функционально-моделирующий стенд для создания интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации» (патент на изобретение №2518478 - 2012 г.), «Многофункциональный учебно-тренировочный комплекс для подготовки космонавтов (астронавтов) к внекорабельной деятельности (варианты)» (патент на изобретение №2524503 - 2013 г.), «Тренажер внекорабельной деятельности» (патент на изобретение №2506648 - 2012 г.). Указанные технические решения предназначены для подготовки космонавтов (астронавтов) к отдельным этапам внекорабельной деятельности и не могут в полном объеме и с необходимым качеством обеспечить комплексную подготовку космонавтов к ВКД.
На современном этапе пилотируемой космонавтики растет перечень задач, которые должны решать космонавты при осуществлении ВКД в космическом полете, что приводит к необходимости создания новых тренажеров, т.е. расширению арсенала тренажеров для подготовки космонавтов. Существующие тренажеры не позволяют осуществлять комплексную подготовку космонавтов к внекорабельной деятельности, поэтому требуется создание нового тренажера.
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение заключается в расширении арсенала тренажеров для комплексной подготовки космонавтов к решению новых целевых задач при осуществлении внекорабельной деятельности в процессе пилотируемых космических полетов. Технический результат от решения данной задачи заключается в повышении качества и эффективности подготовки космонавтов.
На фигуре 1 представлен общий вид комплексного тренажера для подготовки космонавтов к внекорабельной деятельности, где изображено: первый скафандр 1, второй скафандр 2, устройство 3 размещения первого полезного груза, устройство 4 размещения второго полезного груза, первое рабочее место (рабочая зона - Малый исследовательский модуль МИМ-2) 5, второе рабочее место (рабочая зона - Функционально-грузовой блок ФГБ) 6, третье рабочее место (рабочая зона - Переходной отсек ПхО) 7, четвертое рабочее место (рабочая зона - макет элемента внешней поверхности орбитальной станции) 8, мост 9 устройства обезвешивания первого полезного груза, тележка 10 устройства обезвешивания первого полезного груза, механизм 11 горизонтального перемещения первого полезного груза по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов, мост 12 устройства обезвешивания первого скафандра, тележка 13 устройства обезвешивания первого скафандра, механизм 14 горизонтального перемещения первого скафандра по эстакаде устройств обезвешивания скафандров, мост 15 устройства обезвешивания второго полезного груза, тележка 16 устройства обезвешивания второго полезного груза, механизм 17 горизонтального перемещения второго полезного груза по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов, мост 18 устройства обезвешивания второго скафандра, тележка 19 устройства обезвешивания второго скафандра, механизм 20 горизонтального перемещения второго скафандра по эстакаде устройств обезвешивания скафандров, эстакада 21 устройств обезвешивания полезных грузов, эстакада 22 устройств обезвешивания скафандров, опорная конструкция тренажера 23. На фигуре 2 показан вид сверху комплексного тренажера для подготовки космонавтов к внекорабельной деятельности, где изображено: передвижная универсальная платформа 24, стойки 25 с оборудованием систем тренажера, пульт 26 контроля и управления.
Первый скафандр 1 предназначен для размещения в нем первого космонавта (оператора) во время тренировки для выполнения требуемых типовых и целевых операций внекорабельной деятельности, заданных программой тренировки: перемещения по внешней поверхности космического объекта, закрепления (снятия) различных объектов, развертывания объемных конструкций, а также проведения экспериментальных исследований, операций шлюзования, осуществление работы со скафандром. Первый скафандр 1 с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, закрепляется на тележке 13 устройства обезвешивания первого скафандра, которая имеет возможность перемещаться по мосту 12 устройства обезвешивания первого скафандра. В качестве скафандра может применяться штатный скафандр типа «Орлан-МК», доработанный для работы с наземными системами жизнеобеспечения.
Второй скафандр 2 предназначен для размещения в нем второго космонавта (оператора) во время тренировки для выполнения требуемых типовых и целевых операций внекорабельной деятельности, заданных программой тренировки: перемещения по внешней поверхности космического объекта, закрепления (снятия) различных объектов, развертывания объемных конструкций, а также проведения экспериментальных исследований, операций шлюзования, осуществление работы со скафандром. Второй скафандр 2 с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, закрепляется на тележке 19 устройства обезвешивания второго скафандра, которая имеет возможность перемещаться по мосту 18 устройства обезвешивания второго скафандра. В качестве скафандра может применяться штатный скафандр типа «Орлан-МК», доработанный для работы с наземными системами жизнеобеспечения.
Устройство 3 размещения первого полезного груза предназначено для закрепления на нем полезной нагрузки, используемой в процессе тренировок космонавтов. Масса полезного груза может составлять от 3 кг до 100 кг. Устройство 3 размещения первого полезного груза с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, закрепляется на тележке 10 устройства обезвешивания первого полезного груза, которая имеет возможность перемещаться по мосту 9 устройства обезвешивания первого полезного груза. В качестве устройства 3 размещения первого полезного груза могут использоваться механизмы с размещенными на них карабинами, зажимами и специальными замками различных размеров и конструкций.
Устройство 4 размещения второго полезного груза предназначено для закрепления на нем полезной нагрузки, используемой в процессе тренировок космонавтов. Масса полезного груза может составлять от 3 кг до 100 кг. Устройство 4 размещения второго полезного груза с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, закрепляется на тележке 16 устройства обезвешивания второго полезного груза, которая имеет возможность перемещаться по мосту 15 устройства обезвешивания второго полезного груза. В качестве устройства 4 размещения второго полезного груза могут использоваться механизмы с размещенными на них карабинами, зажимами и специальными замками различных размеров и конструкций.
Первое рабочее место (рабочая зона - Малый исследовательский модуль МИМ-2) 5 предназначено для тренировок космонавтов (операторов) по выполнению операций внекорабельной деятельности на МИМ-2. Первое рабочее место 5 неподвижно закреплено на колоннах опорной конструкции тренажера 23. Первое рабочее место 5 может содержать: элементы конструкции макета МИМ-2, выходной люк, бортовую систему стыковки, пульт обеспечения выхода, клапаны стравливания давления, мановакууметр и т.д.
Второе рабочее место (рабочая зона - Функционально-грузовой блок ФГБ) 6 предназначено для тренировок космонавтов (операторов) по выполнению операций внекорабельной деятельности на ФГБ. Второе рабочее место 6 неподвижно закреплено на колоннах опорной конструкции тренажера 23. Второе рабочее место 6 может содержать: элементы конструкции макета ФГБ, выходной люк, клапан выравнивания давления, мановакууметр и т.д.
Третье рабочее место (рабочая зона - Переходной отсек ПхО) 7 предназначено для тренировок космонавтов (операторов) по выполнению операций внекорабельной деятельности на ПхО. Третье рабочее место 7 неподвижно закреплено на колоннах опорной конструкции тренажера 23. Третье рабочее место 7 может содержать: элементы конструкции макета ПхО, бортовую систему стыковки, пульт обеспечения выхода, кран «наддув», мановакууметр и т.д.
Четвертое рабочее место (рабочая зона - макет элемента внешней поверхности орбитальной станции) 8 предназначено для тренировок космонавтов (операторов) по выполнению операций внекорабельной деятельности на различных (сменных) макетах элементов внешней поверхности орбитальной станции, а также на отдельных видах оборудования, расположенного на внешней поверхности орбитальной станции. Четвертое рабочее место 8 располагается на передвижной универсальной платформе 24, которая имеет возможность перемещаться по площадке тренажера. Четвертое рабочее место 8 может содержать: элементы конструкции макетов различных блоков орбитальной станции, макеты грузовых стрел, манипуляторов и т.д.
Мост 9 устройства обезвешивания первого полезного груза предназначен для обеспечения горизонтального перемещения полезного груза в обезвешенном состоянии вдоль площадки тренажера. Мост 9 устройства обезвешивания первого полезного груза размещается на эстакаде 21 устройств обезвешивания полезных грузов и имеет возможность перемещаться вдоль площадки тренажера. Перемещение моста по эстакаде обеспечивается с помощью механизмов 11 горизонтального перемещения первого полезного груза по эстакаде 21 устройств обезвешивания полезных грузов. Мост 9 устройства обезвешивания первого полезного груза может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Тележка 10 устройства обезвешивания первого полезного груза включает механизм вертикального перемещения полезного груза и механизм горизонтального перемещения по мосту и предназначена для обеспечения перемещения первого полезного груза в обезвешенном состоянии в поперечном направлении по площадке тренажера, а также по вертикали. Тележка 10 устройства обезвешивания первого полезного груза размещается на мосту 9 устройства обезвешивания первого полезного груза и имеет возможность перемещаться вдоль моста. К тележке с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, прикреплено устройство 3 размещения первого полезного груза. Тележка 10 устройства обезвешивания первого полезного груза может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Механизм 11 горизонтального перемещения первого полезного груза по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов предназначен для обеспечения горизонтального перемещения моста 9 устройства обезвешивания первого полезного груза. Механизм 11 горизонтального перемещения первого полезного груза располагается на эстакаде 21 устройств обезвешивания полезных грузов и имеет возможность перемещения по эстакаде. Механизм 11 горизонтального перемещения первого полезного груза по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Мост 12 устройства обезвешивания первого скафандра предназначен для обеспечения горизонтального перемещения космонавта (оператора) в обезвешенном состоянии вдоль площадки тренажера. Мост 12 устройства обезвешивания первого скафандра размещается на эстакаде 22 устройств обезвешивания скафандров и имеет возможность перемещаться вдоль площадки тренажера. Перемещение моста по эстакаде обеспечивается с помощью механизмов 14 горизонтального перемещения первого скафандра по эстакаде 22 устройств обезвешивания скафандров. Мост 12 устройства обезвешивания первого скафандра может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Тележка 13 устройства обезвешивания первого скафандра включает механизм вертикального перемещения скафандра и механизм горизонтального перемещения по мосту и предназначена для обеспечения перемещения космонавта (оператора) в обезвешенном состоянии в поперечном направлении по площадке тренажера, а также по вертикали. Тележка 13 устройства обезвешивания первого скафандра размещается на мосту 12 устройства обезвешивания первого скафандра и имеет возможность перемещаться вдоль моста. К тележке с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, прикреплен первый скафандр 1. Тележка 13 устройства обезвешивания первого скафандра может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Механизм 14 горизонтального перемещения первого скафандра по эстакаде устройств обезвешивания скафандров предназначен для обеспечения горизонтального перемещения моста 12 устройства обезвешивания первого скафандра. Механизм 14 горизонтального перемещения первого скафандра располагается на эстакаде 22 устройств обезвешивания скафандров и имеет возможность перемещения по эстакаде. Механизм 14 горизонтального перемещения первого скафандра по эстакаде устройств обезвешивания может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Мост 15 устройства обезвешивания второго полезного груза предназначен для обеспечения горизонтального перемещения полезного груза в обезвешенном состоянии вдоль площадки тренажера. Мост 15 устройства обезвешивания второго полезного груза размещается на эстакаде 21 устройств обезвешивания полезных грузов и имеет возможность перемещения вдоль площадки тренажера. Перемещение моста по эстакаде обеспечивается с помощью механизмов 17 горизонтального перемещения второго полезного груза по эстакаде 21 устройств обезвешивания полезных грузов. Мост 15 устройства обезвешивания второго полезного груза может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Тележка 16 устройства обезвешивания второго полезного груза включает механизм вертикального перемещения полезного груза и механизм горизонтального перемещения по мосту и предназначена для обеспечения перемещения второго полезного груза в обезвешенном состоянии в поперечном направлении по площадке тренажера, а также по вертикали. Тележка 16 устройства обезвешивания второго полезного груза размещается на мосту 15 устройства обезвешивания второго полезного груза и имеет возможность перемещаться вдоль моста. К тележке с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном положении, прикреплено устройство 4 размещения второго полезного груза. Тележка 16 устройства обезвешивания второго полезного груза может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Механизм 17 горизонтального перемещения второго полезного груза по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов предназначен для обеспечения горизонтального перемещения моста 15 устройства обезвешивания второго полезного груза. Механизм 17 горизонтального перемещения второго полезного груза располагается на эстакаде 21 устройств обезвешивания полезных грузов и имеет возможность перемещения по эстакаде. Механизм 17 горизонтального перемещения второго полезного груза по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Мост 18 устройства обезвешивания второго скафандра предназначен для обеспечения горизонтального перемещения космонавта (оператора) в обезвешенном состоянии вдоль площадки тренажера. Мост 18 устройства обезвешивания второго скафандра размещается на эстакаде 22 устройств обезвешивания скафандров и имеет возможность перемещаться вдоль площадки тренажера. Перемещение моста по эстакаде обеспечивается с помощью механизмов 20 горизонтального перемещения второго скафандра по эстакаде 22 устройств обезвешивания скафандров. Мост 18 устройства обезвешивания второго скафандра может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Тележка 19 устройства обезвешивания второго скафандра включает механизм вертикального перемещения скафандра и механизм горизонтального перемещения по мосту и предназначена для обеспечения перемещения космонавта (оператора) в обезвешенном состоянии в поперечном направлении по площадке тренажера, а также по вертикали. Тележка 19 устройства обезвешивания второго скафандра размещается на мосту 18 устройства обезвешивания второго скафандра и имеет возможность перемещаться вдоль моста. К тележке с помощью системы подвеса, которая может перемещаться в вертикальном направлении, прикреплен второй скафандр 2. Тележка 19 устройства обезвешивания второго скафандра может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Механизм 20 горизонтального перемещения второго скафандра по эстакаде устройств обезвешивания скафандров предназначен для обеспечения горизонтального перемещения моста 18 устройства обезвешивания второго скафандра. Механизм 20 горизонтального перемещения второго скафандра располагается на эстакаде 22 устройств обезвешивания скафандров и имеет возможность перемещения по эстакаде. Механизм 20 горизонтального перемещения второго скафандра по эстакаде устройств обезвешивания скафандров может быть выполнен из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Эстакада 21 устройств обезвешивания полезных грузов предназначена для обеспечения перемещения мостов 9 и 15 устройств обезвешивания первого и второго полезных грузов с размещенными на них тележками 10 и 16 устройств обезвешивания первого и второго полезных грузов. Перемещение осуществляется за счет использования механизмов 11 и 17 горизонтального перемещения первого и второго полезных грузов по эстакаде устройств обезвешивания полезных грузов. Эстакада 21 устройств обезвешивания полезных грузов размещается на опорной конструкции тренажера 23. Эстакада 21 устройств обезвешивания полезных грузов может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Эстакада 22 устройств обезвешивания скафандров предназначена для обеспечения перемещения мостов 12 и 18 устройств обезвешивания первого и второго скафандров с размещенными на них тележками 13 и 19 устройств обезвешивания первого и второго скафандров. Перемещение осуществляется за счет использования механизмов 14 и 20 горизонтального перемещения первого и второго скафандров по эстакаде устройств обезвешивания скафандров. Эстакада 22 устройств обезвешивания скафандров размещается на опорной конструкции тренажера 23. Эстакада 22 устройств обезвешивания скафандров может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Опорная конструкция тренажера 23 предназначена для размещения на ней основных составляющих тренажера: эстакады 22 устройств обезвешивания скафандров, эстакады 21 устройств обезвешивания полезных грузов, мостов 12 и 18 устройств обезвешивания первого и второго скафандров, мостов 9 и 15 устройств обезвешивания первого и второго полезных грузов, первого 5, второго 6 и третьего 7 рабочих мест. Опорная конструкция тренажера состоит из продольных и поперечных элементов, соединенных прямоугольником, которые располагаются на колоннах, закрепленных в специальных основаниях. Опорная конструкция тренажера 23 может быть выполнена из металлоконструкций различного профиля и толщины.
Передвижная универсальная платформа 24 предназначена для обезвешивания полезных грузов массой до 500 кг. Передвижная универсальная платформа 24 соединена со стойками 25 с оборудованием систем тренажера, управляется с помощью пульта 26 контроля и управления и может быть размещена в любой части площадки тренажера. В качестве передвижной универсальной платформы 24 может использоваться платформа, серийно выпускаемая промышленностью.
Стойки 25 с оборудованием систем тренажера предназначены для размещения технических систем тренажера и обеспечения их бесперебойного функционирования. К основным техническим системам относятся: система обеспечения жизнедеятельности, система моделирования объекта, система технологической связи, система телевизионного наблюдения, система имитации визуальной обстановки, система моделирования светотеневой обстановки, система электропитания, вычислительная система и др. Стойки 25 с оборудованием систем тренажера должны располагаться в отдельном помещении.
Пульт 26 контроля и управления предназначен для управления процессом тренировки космонавтов (операторов) в соответствии с заданной программой, а также для осуществления контроля параметров тренажера, его отдельных систем и психофизиологических параметров состояния космонавтов (операторов). На пульте могут быть размещены: мониторы или периферийные устройства из состава различных систем тренажера, системные блоки, источники бесперебойного питания и т.д. Пульт 26 контроля и управления должен располагаться в отдельном помещении. Пульт 26 контроля и управления должен обеспечивать работу не менее четырех операторов - руководителей занятий.
Функционирование разработанного тренажера осуществляется следующим образом.
Перед началом тренировки оператор - руководитель занятия с пульта 26 контроля и управления осуществляет включение систем тренажера, расположенных в стойках 25 с оборудованием систем тренажера и вводит исходные данные на проведение конкретной тренировки. Космонавты (операторы) помещаются в первый 1 и второй 2 скафандры. В устройствах размещения первого 3 и второго 4 полезных грузов размещаются и закрепляются полезные нагрузки, необходимые для проведения конкретной тренировки с космонавтами. С пульта 26 контроля и управления осуществляется обезвешивание космонавтов (операторов) в скафандрах 1 и 2, а также полезных грузов 3 и 4 до необходимых величин (нулевой, Лунной или Марсианской гравитации). Космонавты (операторы) за счет прикладывания мышечных усилий перемещаются по площадке тренажера. Продольные перемещения космонавтов (операторов) осуществляются за счет использования мостов 12 и 18 устройств обезвешивания первого и второго скафандров, которые передвигаются по эстакадам 22 устройств обезвешивания скафандров с помощью тележек 14 и 20 устройств обезвешивания первого и второго скафандров. Поперечные и вертикальные перемещения космонавтов (операторов) осуществляются за счет использования тележек 13 и 19 устройств обезвешивания первого и второго скафандров. Продольные перемещения полезных грузов осуществляются за счет использования мостов 9 и 15 устройств обезвешивания первого и второго полезных грузов, которые передвигаются по эстакадам 21 устройств обезвешивания полезных грузов с помощью тележек 11 и 17 устройств обезвешивания первого и второго полезных грузов. Поперечные и вертикальные перемещения полезных грузов осуществляются за счет использования тележек 10 и 16 устройств обезвешивания первого и второго полезных грузов. В процессе проведения конкретной тренировки космонавт (оператор) перемещается к месту проведения тренировки: первому 5, второму 6, третьему 7 или четвертому 8 рабочему месту. В соответствии с циклограммой тренировки или по командам оператора - руководителя занятия проводится тренировка по выполнению типовых (целевых) операций ВКД.
Таким образом, в процессе тренировки на предлагаемом тренажере космонавты могут отрабатывать операции технического обслуживания и использования скафандров для ВКД, операции с комплексом средств шлюзования, типовые и целевые операции внекорабельной деятельности в условиях различной степени обезвешивания (нулевой, Лунной или Марсианской) скафандров и полезных грузов на различных макетах элементов внешней поверхности орбитальной станции: функционально-грузовом блоке, малых исследовательских модулях, переходном отсеке и др., что повышает качество и эффективность подготовки космонавтов.
Тренажер позволяет проводить комплексную тренировку одновременно двух космонавтов, их работу с двумя различными полезными грузами, элементом макета внешней поверхности орбитальной станции, находящемся в обезвешенном состоянии, в точном соответствии с процедурами реальной деятельности, которые космонавты будут выполнять в процессе ВКД, что расширяет арсенал тренажеров, применяемых для подготовки космонавтов.