ТРЕНАЖЁР ДЛЯ ПОДГОТОВКИ КОСМОНАВТОВ К ДЕЙСТВИЯМ ПОСЛЕ ПОСАДКИ СПУСКАЕМОГО АППАРАТА КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ НА ВОДНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ

Полезная модель относится к области тренажных средств для подготовки космонавтов, в частности к тренажерам для подготовки к действиям после посадки космического корабля на водную поверхность и может применяться при подготовке экипажей пилотируемых космических кораблей.
Известны различные тренажеры для подготовки летчиков (патент №2002119976 - тренажер для подготовки летчиков ударных вертолетов к стрельбе управляемым вооружением, патент №2247430 - авиационный тренажер модульной конструкции, патент №94024128 - унифицированный многофункциональный тренажер, патент №2065622 - тренажер оператора и ряд других).
Известны тренажеры для подготовки космонавтов (патент №2254617 - динамический тренажер, патент №1489114 - гидропневматический тренажер для подготовки космонавтов, патент №2010752 - тренажер для общефизической подготовки и тренировки космонавтов, патент №2003126510 - динамический тренажер).
Данные тренажеры конструктивно выполнены для подготовки операторов к конкретным задачам и решение других дополнительных задач на них невозможно.
В качестве прототипа выбран спускаемый аппарат (СА), применяемый в качестве тренажера для подготовки космонавтов к действиям после посадки спускаемого аппарата космического корабля на водные поверхности различных акваторий. Спускаемый аппарат (см. Космические аппараты. Под общ. ред. К.П. Феоктистова. М.: Воениздат, 1983. - 319 с. - (Ракетно-космический комплекс), стр. 129-133) состоит из корпуса, внутри аппарата расположены кресла космонавтов, пульт космонавтов с информационно сигнальными устройствами и органами управления, носимый аварийный запас. Спускаемый аппарат оснащен штатными бортовыми системами: системой электропитания, система радиосвязи, системой освещения, комплексом систем жизнеобеспечения, включающим систему обеспечения газового состава атмосферы и терморегулирования, систему вентиляции скафандров и ряд другого оборудования, которое не используется в процессе тренировок. На данном спускаемом аппарате проводятся комплексные тренировки по действиям космонавтов после посадки на водные поверхности различных акваторий. В процессе тренировок спускаемый аппарат опускается на водную поверхность, космонавты размещаются внутри спускаемого аппарата и отрабатывают операции по обеспечению жизнедеятельности при длительном нахождении в СА, переодеванию, покиданию СА в гидрокомбинезонах, экстренному покиданию СА в полетных скафандрах. Для целей тренировки может применяться реальный спускаемый аппарат космического корабля или его макет, изготовленный с соблюдением требований по соответствию интерьера и оборудования реальному СА.
Недостатками данного тренажера является то, что он не позволяет контролировать действия космонавтов внутри СА, не позволяет отслеживать функциональное состояние космонавтов, контролировать параметры бортовых систем и внутренней атмосферы СА, требует размещения в реальной акватории, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности.
Тренировки космонавтов к действиям после посадки проводятся следующим образом. Макет и средства обеспечения тренировок доставляются на берег заданной акватории (моря) и, как правило, перегружаются на корабль обеспечения. Макет опускается в воду, отводится на заданное расстояние от места спуска и размещается в месте проведения тренировки на поверхности акватории. Космонавты занимают исходное положение в макете и далее начинают отрабатывать заданные последовательности действий внутри макета и при выходе из него. Руководитель тренировки и специалисты, участвующие в тренировке, не имеют возможности контролировать правильность действий и состояние космонавтов и работу технических систем макета, выдавать им рекомендации и различные вводные. Необходимость проведения тренировки при заданном уровне волнения моря требует определенного времени ожидания необходимых условий, что приводит к увеличению сроков проведения всего объема тренировок. Подготовка разных экипажей проводится при разном уровне волнения моря, что не позволяет проводить достоверную оценку и сравнение действий экипажа в процессе тренировок. Процесс организации морских тренировок требует большого расхода временных и финансовых ресурсов на этапе планирования и организации тренировок. Данные факторы снижают качество и безопасность проведения тренировок, повышают временные и финансовые затраты.
Целью данной полезной модели является расширение функциональных возможностей тренажера и повышение качества и безопасности тренировок космонавтов, снижения временных и финансовых затрат на проведение тренировок по отработке действий после посадки спускаемого аппарата космического корабля на водную поверхность в различных акваториях.
Поставленная цель достигается тем, что в тренажер для подготовки космонавтов к действиям после посадки спускаемого аппарата космического корабля на водную поверхность, включающий макет спускаемого аппарата, в котором размещены на штатных местах пульт космонавтов, кресла космонавтов, система освещения, система вентиляции и кондиционирования, система вентиляции скафандров, бортовая система связи, система электропитания, введены система электроснабжения тренажера, система имитации колебаний макета на водной поверхности, видеокамера, пульт управления, состоящий из пульта и монитора инструктора, монитора врача, системы связи, системы регистрации параметров тренировки, в макет спускаемого аппарата введены система покидания корабля, комплект средств выживания, скафандры, система аудио и видео контроля, система физиологического контроля, система контроля параметров атмосферы, а на внешней поверхности макета спускаемого аппарата размещен выходной люк из спускаемого аппарата.
Структурная схема предлагаемого тренажера представлена на фигуре, где изображено: макет 1 спускаемого аппарата, выходной люк 2, пульт 3 космонавтов, кресла 4 космонавтов, система 5 покидания корабля, комплект 6 средств выживания, система электропитания 7, система 8 вентиляции и кондиционирования, система 9 вентиляции скафандров, скафандры 10, бортовая система 11 связи, система 12 физиологического контроля, система 13 аудио и видео контроля, система 14 контроля и регистрации параметров атмосферы, система освещения 15, система 16 имитации колебаний макета на водной поверхности, пульт 17 управления, монитор 18 инструктора, пульт 19 инструктора, монитор 20 врача, система 21 связи, система 22 регистрации параметров тренировки, система 23 электроснабжения тренажера, видеокамера 24.
Макет 1 спускаемого аппарата предназначен для создания и имитации условий, соответствующих условиям нахождения космонавтов в штатном спускаемом аппарате при решении задач, выполняемых после посадки на водную поверхность. Интерьер макета 1 должен соответствовать интерьеру штатного спускаемого аппарата. Внутри макета 1 размещены и используются в процессе тренировок штатные системы электропитания 7, вентиляции 8 и кондиционирования, вентиляции 9 скафандров, связи 11 и освещения 15. На штатных местах размещены пульт 3 космонавтов, кресла 4 космонавтов, система 5 покидания корабля.
Выходной люк 2 является штатной составной частью спускаемого аппарата. Он предназначен для покидания спускаемого аппарата при его посадке на водную поверхность.
Пульт 3 космонавтов является штатным пультом, используемом на данном типе космического корабля. Он предназначен для управления системами корабля, функционирующими после посадки по обеспечению своей жизнедеятельности согласно бортовой документации, индикации информации о режимах работы бортовых систем и выдачи управляющих команд в различные бортовые системы.
Кресла 4 космонавтов являются штатными креслами, используемыми на данном типе космического корабля. Количество кресел и их расположение должно соответствовать штатному образцу космического корабля. Кресла 4 предназначены для размещения в них космонавтов перед началом тренировки.
Система 5 покидания корабля является штатной системой спускаемого аппарата. Она предназначена для покидания космонавтами спускаемого аппарата при его штатной и нештатной посадке. Состав системы и характеристики всех блоков должны соответствовать штатной системе. Система 5 имеет механическую связь с макетом 1 спускаемого аппарата.
Комплект 6 средств выживания предназначен для обеспечения жизнедеятельности космонавтов после посадки спускаемого аппарата космического корабля на водную поверхность. Комплект 6 формируется из штатных укладок носимого аварийного запаса и плавательных средств, предназначенных для использования космонавтами при приводнении.
Система 7 электропитания является штатной системой космического корабля и предназначена для обеспечения электроэнергией всего комплекса оборудования макета 1 спускаемого аппарата. Система должна обеспечивать электроэнергией все системы макета в течение времени тренировки. Вход системы 7 связан с четвертым выходом системы 23 электроснабжения тренажера.
Система 8 вентиляции и кондиционирования является штатной системой корабля. Предназначена для вентиляции отсеков корабля и создания комфортных условий жизнедеятельности экипажа. Первый вход системы 8, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 7 электропитания. Второй вход системы, являющийся информационным входом, подключен к первому выходу пульта 3.
Система 9 вентиляции скафандров является штатной системой корабля. Предназначена для вентиляции скафандров при их использовании космонавтами. Первый вход системы 9, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 7 электропитания. Второй вход системы 9, являющийся информационным входом, подключен ко второму выходу пульта 3. Выход системы 9 подключен к входу скафандров 10, по которому осуществляется подача воздуха для вентиляции скафандров.
Скафандры 10 являются штатными скафандрами, используемыми на данном типе космического корабля. Количество скафандров должно соответствовать штатному образцу космического корабля. Скафандры 10 предназначены для снаряжения в них космонавтов перед началом тренировки и выполнения с их использованием операций, предусмотренных бортовой документацией. Вход скафандров 10 подключен выходу системы 9 вентиляции скафандров и предназначен для подачи воздуха для вентиляции скафандров. Первый выход скафандров 10, являющийся информационным выходом подключен ко второму входу системы 12 физиологического контроля и предназначен для передачи параметров физиологического состояния космонавтов. Второй выход скафандров 10, являющийся информационным выходом, подключен к первому входу бортовой системы 11 связи и предназначен для передачи переговоров космонавтов и инструктора.
Бортовая система 11 связи предназначена для приема команд, аудиоинформации, управляющих воздействий от инструктора и передачи информационных сигналов, видеоизображения, аудиоинформации, медицинской информации из макета 1 на пульт 17 управления. Система 11 может быть выполнена в виде стандартного приемо-передатчика, серийно выпускаемого промышленностью. Система 11 также может быть выполнена в виде проводной системы связи. Питающий вход системы 11, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 7 электропитания. Первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой входы системы 11 связи подключены ко второму выходу скафандров 10, третьему выходу пульта 3, к выходам систем 14, 13, 12 и 21 соответственно, по этим входам поступает информация о параметрах атмосферы внутри макета 1, передаются видеоизображение внутреннего пространства макета и переговоры космонавтов, поступает информация о параметрах физиологического состояния космонавтов, а также передаются управляющие воздействия и голосовые команды инструктора.
Система 12 физиологического контроля предназначена для регистрации объективных параметров физиологического состояния космонавтов, к ним относятся давление, частота сердечных сокращений, температура. В качестве системы 12 может быть применена система, стандартно выпускаемая промышленностью. Питающий вход системы 12, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 7 электропитания. Второй вход системы 12 подключен к первому выходу скафандров 10. Выход системы 12 физиологического контроля через бортовую систему 11 связи связан с монитором 20 врача на пульте 17 управления.
Система 13 аудио и видео контроля предназначена для получения видеоизображения внутреннего объема макета 1 и контроля за действиями космонавтов при решении задач, требуемых по бортовой документации в данных условиях, а также регистрации переговоров космонавтов между собой. В качестве системы видеоконтроля могут быть использованы миниатюрные видеокамеры, WEB-камеры, уровень чувствительности которых достаточен для работы в условиях штатного освещения внутри макета 1. Для регистрации переговоров могут быть использованы стандартные микрофоны. Выход системы 13 аудио и видео контроля связан с бортовой системой 11 связи, через которую информация передается в пульт 17 управления на мониторы 18 инструктора и 20 врача.
Система 14 контроля параметров атмосферы предназначена для измерения параметров атмосферы внутри макета 1, в том числе и газового состава. Вход системы 14 подключен к выходу системы 7 электропитания. Сигналы о значениях параметров атмосферы и ее газового состава через системы связи 11 и 21 поступают на входы мониторов 18 инструктора и 20 врача. В качестве системы 14 контроля параметров атмосферы могут быть использованы промышленно выпускаемые газоанализаторы, датчики температуры и влажности.
Система 15 освещения является штатной системой корабля и предназначена для создания оптимальных режимов освещения во всех зонах и отсеках корабля. Первый и второй входы системы 15 подключены к выходу системы 7 электропитания и четвертому выходу пульта 3 космонавтов.
Система 16 имитации колебаний макета на водной поверхности предназначена для моделирования воздействия волнения водной поверхности на космонавтов, находящихся внутри макета спускаемого аппарата, путем вынужденных колебаний макета 1 с заданными амплитудой и частотой. Первый и второй входы системы подключены к пятому выходу системы 21 связи и третьему выходу системы 23 электроснабжения тренажера. Выход системы, являющийся информационным, подключен к четвертому входу системы 21 связи. Система 16 кинематически связана с корпусом макета 1 спускаемого аппарата. Система 16 имитации может быть выполнена на основе промышленно выпускаемых динамических платформ для тренажных комплексов и испытательных стендов, использующих гидро, пневмо или электроприводы, вибрационных стендов с управляемыми параметрами колебаний.
Пульт 17 управления представляет собой рабочие места инструктора и врача, проводящих тренировку. Пульт предназначен для представления инструктору и врачу всей требуемой информации и выдачи управляющих команд для функционирования тренажера и проведения тренировки. Пульт 17 содержит монитор 18 инструктора, пульт 19 инструктора, монитор 20 врача, систему 21 связи, систему 22 регистрации параметров тренировки. Пульт 17 связан с системой 23 электроснабжения тренажера, от которого запитаны все блоки пульта.
Монитор 18 инструктора предназначен для отображения в реальном масштабе времени видеоизображения от системы 13 аудио и видеоконтроля и видеокамеры 24, системы 14 контроля и регистрации параметров атмосферы, параметров движения системы 16 имитации колебаний макета на водной поверхности через систему 21 связи. В качестве монитора может быть использована телевизионная система с многооконным режимом работы. Телевизионные системы данного типа являются стандартными и серийно выпускаются промышленностью.
Пульт 19 инструктора предназначен для выдачи управляющих сигналов на системы тренажера. С пульта 19 инструктор может задавать частоту и амплитуду колебаний системы 16 имитации колебаний макета на водной поверхности, вводить нештатные ситуации в работу систем 15 освещения, 8 вентиляции и кондиционирования и 9 вентиляции скафандров. Пульт может быть выполнен в виде набора тумблеров, кнопок, клавиш, клавиатуры.
Монитор 20 врача предназначен для отображения в реальном масштабе времени видеоизображения от системы 13, а также информации от систем 12 физиологического контроля и 14 контроля параметров атмосферы. В качестве монитора может быть использована телевизионная система с многооконным режимом работы. Телевизионные системы данного типа являются стандартными и серийно выпускаются промышленностью.
Система 21 связи предназначена для обеспечения постоянной связи инструктора с макетом 1. Система 21 должна обеспечивать прием и передачу команд, аудиоинформации, управляющих воздействий, информационных сигналов, видеоизображения, физиологической информации. Система может быть выполнена в виде стандартного радио приемо-передатчика, серийно выпускаемого промышленностью. Система также может быть выполнена в виде проводной системы связи. Первый, второй, третий и четвертый входы системы 21 связи подключены к первому выходу бортовой системы 11 связи, выходу пульта 19 инструктора, выходу видеокамеры 24 и выходу системы 16 имитации колебаний макета на водной поверхности соответственно. Первый, второй, третий, четвертый и пятый выходы системы 21 связи подключены к шестому входу бортовой системы 11 связи, входам мониторов 18 инструктора и 20 врача, входу системы 22 регистрации параметров тренировки и управляющему входу системы 15 имитации колебаний макета на водной поверхности соответственно.
Система 22 регистрации параметров тренировки предназначена для регистрации на материальных носителях всего объема информации поступающего через систему 21 связи на пульт 17 управления и отправляемого через систему 21 связи в бортовую систему 11 связи и систему 16 имитации колебаний макета на водной поверхности. Система 22 может быть выполнена в виде цифрового блока памяти, регистратора на магнитных носителях, стандартно выпускаемых промышленностью.
Система 23 электроснабжения тренажера предназначена для обеспечения электроэнергией всех систем тренажера, требующих электропитания. Система 23 может быть выполнена в виде генератора тока с преобразователями на различные уровни напряжения, которые требуются разным приборам. Первый, второй, третий и четвертый выходы системы 23 подключены к питающим входам пульта 17 управления, видеокамеры 24, второму входу системы 16 имитации колебаний макета спускаемого аппарата на водной поверхности и входу системы 7 электропитания соответственно.
Видеокамера 24 предназначена для получения видеоизображения макета 1 и окружающей обстановки, контроля действий космонавтов. В качестве видеокамеры могут быть использованы стандартные видеокамеры, выпускаемые промышленностью. Вход видеокамеры 24 связан со вторым выходом системы 23 электроснабжения тренажера. Выход видеокамеры 16 подключен к третьему входу системы 21 связи, по которому видеоизображение передается на мониторы 18 и 20, а также в систему 22 регистрации параметров тренировки.
Функционирование тренажера осуществляется следующим образом.
Перед началом тренировки запитываются все системы макета 1, которые должны функционировать в процессе тренировки - системы 3, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14, 15. Также подключаются к системе 23 все системы пульта 17 и система 16. Космонавты снаряжаются в скафандры 10 и располагаются в макете 1 в креслах 4 космонавтов. Закрывается люк 2. Инструктор располагается на пульте 17 управления перед монитором 18 и пультом 20. Врач располагается на пульте 17 перед монитором 20. Инструктор с пульта 19 задает параметры функционирования системы 16 - амплитуду и частоту колебаний макета 1. Система 16, через кинематические связи с корпусом макета 1, изменяет пространственное расположение макета 1. Параметры колебания макета 1 должны соответствовать колебаниям спускаемого аппарата в реальных условиях волнения водной поверхности. По команде инструктора с пульта 19 космонавты начинают отрабатывать заданные последовательности действий, определенные методикой тренировки или практического занятия. Космонавты, находясь в креслах 4, с помощью пульта 3 космонавтов включают системы 9 вентиляции скафандров и 8 вентиляции и кондиционирования, и выполняют операции согласно циклограмме тренировки с использованием комплекта 6 средств выживания и требуемого снаряжения и оборудования макета 1. Инструктор и врач с пульта 17 на мониторах 18 и 20 отслеживают действия космонавтов. Все действия и переговоры космонавтов между собой с помощью системы 13 аудио и видео контроля через системы 11 и 21 представляются на мониторы 18 инструктора и 20 врача, которые оценивают их правильность и взаимодействие космонавтов в процессе тренировки. Значения показателей состояния космонавтов и параметров атмосферы внутри макета 1, непрерывно получаемые системами 12 физиологического контроля и 14 контроля параметров атмосферы, через системы 11 и 21 представляются на монитор 20 врача, который осуществляет мониторинг психофизиологического состояния космонавтов и параметров атмосферы в процессе тренировки. Информация, получаемая от систем 12, 13, 14, 16 и видеокамеры 24, непрерывно записывается системой 22 регистрации параметров тренировки для последующего анализа.
Выполнив все операции по циклограмме тренировки внутри макета 1, космонавты выполняют операции по открытию выходного люка 2 и выходу из макета. Космонавты приводят систему 5 в рабочее положение и выполняют с ней операции по циклограмме тренировки с использованием комплекта 6 средств выживания и штатного оборудования макета 1. При выполнении данных операций контроль за правильностью действий космонавтов осуществляется с помощью системы 13 аудио и видео контроля и видеокамеры 24.
Состав и оборудование разработанного тренажера позволяет космонавтам полностью отрабатывать все требуемые действия, которые они должны выполнять внутри спускаемого аппарата в случае вынужденной посадки на водную поверхность, обеспечивает имитацию волнения водной поверхности, т.е. колебания макета спускаемого аппарата космического корабля с определенной амплитудой и частотой, соответствующих особенностям волн для различных акваторий, что расширяет функциональные возможности тренажера и позволяет использовать его для проведения тренировок и практических занятий на всех этапах подготовки. Тренажер позволяет осуществлять непрерывный контроль качества деятельности космонавтов и контролировать их функциональное и психофизиологическое состояние в процессе тренировки по объективным показателям, что позволяет повысить качество и безопасность проведения тренировок. Кроме того, при проведении таких тренировок космонавтов, обеспечиваются одинаковые условия подготовки в разные моменты времени, т.е. обеспечиваются типовые условия тренировок.