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

Полезная модель относится к области тренажных средств для подготовки космонавтов, в частности к тренажерам для подготовки к действиям после посадки космического корабля на сушу в различных климатогеографических зонах 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. Данные тренажеры выполнены стационарными и располагаются в конкретном месте. Перемещение их в натурные условия, имитирующие различные климатогеографические зоны, и размещение в этих условиях невозможно.
В качестве прототипа выбран спускаемый аппарат (СА), применяемый в качестве тренажера для подготовки космонавтов к действиям после посадки спускаемого аппарата космического корабля на сушу в различных климатогеографических зонах. 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, на внешней поверхности которого расположены люк парашютного отсека и переходной люк, 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 в различных климатогеографических зонах. В процессе тренировок отрабатываются операции по обеспечению жизнедеятельности при длительном нахождении в СА, переодеванию космонавтов, покиданию СА в различном снаряжении. 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, т.е. имеет ограниченные функциональные возможности.
Тренировки космонавтов к действиям после посадки проводятся следующим образом. СА доставляется на место проведения тренировок. СА размещается на определенном участке местности. Космонавты размещаются внутри СА в креслах и начинают отрабатывать заданные последовательности действий внутри СА и при выходе из него. Руководитель тренировки и специалисты, участвующие в тренировке, не имеют возможности контролировать правильность действий и состояние космонавтов, выдавать им рекомендации. Данные факторы снижают качество и безопасность проведения тренировок.
Целью данной полезной модели является расширение функциональных возможностей тренажера и повышение качества и безопасности тренировок космонавтов при отработке действий после посадки спускаемого аппарата космического корабля на сушу в различных климатогеографических зонах.
Поставленная цель достигается тем, что в тренажер для подготовки космонавтов к действиям после посадки спускаемого аппарата космического корабля на сушу, включающий макет спускаемого аппарата космического корабля, оснащенный переходным люком, в котором размещены на штатных местах пульт космонавтов, кресла космонавтов, носимый аварийный запас (НАЗ), система освещения, система вентиляции и кондиционирования, система вентиляции скафандров, скафандры космонавтов, система связи, система электропитания, введены система электроснабжения тренажера, средства транспортировки и установки тренажера в заданное положение, видеокамера, пульт управления, состоящий из пульта и монитора инструктора, монитора врача, системы связи, системы регистрации параметров тренировки, в макет спускаемого аппарата введены система аудио и видео контроля, система физиологического контроля, система контроля параметров атмосферы, средства покидания корабля, а на внешней поверхности макета спускаемого аппарата размещена парашютная система и выходной люк из спускаемого аппарата.
Структурная схема предлагаемого тренажера представлена на фигуре, где изображено: макет 1 спускаемого аппарата, переходной люк 2, выходной люк 3, парашютная система 4, пульт 5 космонавтов, кресла 6 космонавтов, носимый аварийный запас (НАЗ) 7, система 8 покидания корабля, система электропитания 9, система 10 вентиляции и кондиционирования, система 11 вентиляции скафандров, скафандры 12, бортовая система 13 связи, система 14 физиологического контроля, система 15 аудио и видео контроля, система 16 контроля параметров атмосферы, система 17 освещения, пульт 18 управления, монитор 19 инструктора, пульт 20 инструктора, монитор 21 врача, система 22 связи, система 23 регистрации параметров тренировки, видеокамера 24, система 25 электроснабжения тренажера, средства 26 транспортировки и установки тренажера в заданное положение.
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 земную поверхность. Интерьер макета 1 должен соответствовать интерьеру штатного спускаемого аппарата. Внутри макета 1 размещены и используются в процессе тренировок штатные скафандры 12, системы электропитания 9, вентиляции 11 скафандров, вентиляции 10 и кондиционирования, связи 13 и освещения 17. На штатных местах размещены пульт 5 космонавтов, кресла 6 космонавтов, средства НАЗ 7, система 8 покидания корабля.
Переходной люк 2 является штатной составной частью спускаемого аппарата. Он предназначен для перехода космонавтов в другие отсеки космического корабля и покидания спускаемого аппарата при его нештатном положении.
Выходной люк 3 является штатной составной частью спускаемого аппарата. Он предназначен для покидания спускаемого аппарата при его штатном положении.
Парашютная система 4 является штатной системой спускаемого аппарата. Она включает в себя комплект основного и запасного парашютов. Парашютная система 4 размещается в штатных парашютных отсеках макета 1 спускаемого аппарата.
Пульт 5 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. Первый, второй, третий и четвертый выходы пульта 5 подключены к управляющим входам систем 10, 11, 13 и 17.
Кресла 6 космонавтов являются штатными креслами, используемыми на данном типе космического корабля. Количество кресел и их расположение должно соответствовать штатному образцу космического корабля. Кресла 6 предназначены для размещения в них космонавтов перед началом тренировки.
НАЗ 7 является штатным комплектом НАЗа космического корабля. Расположение на макете должно соответствовать расположению на штатном корабле. НАЗ предназначен для хранения рационов питания, снаряжения и оборудования, необходимых космонавтам для обеспечения жизнедеятельности при нештатных посадках в различных климатогеографических зонах.
Система 8 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 8 имеет кинематическую связь с макетом 1 спускаемого аппарата.
Система 9 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 9 связан с третьим выходом системы 25 электроснабжения тренажера.
Система 10 вентиляции и кондиционирования является штатной системой корабля. Предназначена для вентиляции отсеков корабля и создания комфортных условий жизнедеятельности экипажа. Первый вход системы 10, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 9 электропитания. Второй вход системы, являющийся информационным входом, подключен к первому выходу пульта 5.
Система 11 вентиляции скафандров является штатной системой корабля. Предназначена для вентиляции скафандров при их использовании космонавтами. Первый вход системы 11, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 9 электропитания. Второй вход системы, являющийся информационным входом, подключен ко второму выходу пульта 5. Выход системы 11 подключен ко входу скафандров, по этому входу осуществляется подача воздуха для вентиляции скафандров.
Скафандры 12 космонавтов являются штатными скафандрами, используемыми космонавтами на борту космического корабля. Количество скафандров 12 определяется численностью экипажа корабля. Выход скафандров 12 подключен ко второму входу бортовой системы связи 13, по этому выходу осуществляются переговоры космонавтов между собой и абонентами вне макета 1 спускаемого аппарата.
Бортовая система 13 связи предназначена для приема команд, аудиоинформации, управляющих воздействий от руководителя тренировки и передачи информационных сигналов, видеоизображения, аудиоинформации, медицинской информации из макета 1 на пульт 18 управления. Система 13 может быть выполнена в виде стандартного приемопередатчика, серийно выпускаемого промышленностью. Система 13 также может быть выполнена в виде проводной системы связи. Питающий вход системы 13, по которому подается электропитание, подключен к выходу системы 9 электропитания. Первый вход системы подключен к третьему выходу пульта 5 космонавтов. Третий, четвертый, пятый и шестой входы системы 13 связи подключены к выходам систем 14, 15, 16 и 22 соответственно, по этим входам поступает информация о параметрах физиологического состояния космонавтов, видеоизображение внутреннего пространства макета, переговоры экипажа, параметры атмосферы внутри макета 1. Выход системы 13 по радиоканалу или проводной линии связи подключен к первому входу системы 22 связи.
Система 14 физиологического контроля предназначена для регистрации объективных параметров физиологического состояния космонавтов, находящихся внутри макета 1, к ним относятся давление, частота сердечных сокращений, температура. В качестве системы 14 может быть применена система, стандартно выпускаемая промышленностью. Выход системы 14 физиологического контроля связан с третьим входом системы 13 связи, информационный сигнал передается в пульт 18 управления на монитор 21 врача.
Система 15 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 15 аудио и видео контроля связан с бортовой системой 13 связи и передается в пульт 18 управления на мониторы 19 инструктора и 21 врача.
Система 16 контроля параметров атмосферы предназначена для измерения параметров атмосферы внутри макета 1, в том числе и газового состава. Сигналы о значениях параметров атмосферы и ее газового состава через системы связи 13 и 22 поступают на входы мониторов 19 инструктора и 21 врача. В качестве системы 16 контроля и регистрации параметров атмосферы могут быть использованы промышленно выпускаемые газоанализаторы, датчики давления.
Система 17 освещения является штатной системой корабля и предназначена для создания оптимальных режимов освещения во всех зонах и отсеках корабля. Первый и второй входы системы 16 подключены к системе 9 электропитания и четвертому выходу пульта 5 космонавтов.
Пульт 18 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 18 содержит монитор 19 инструктора, пульт 20 инструктора, монитор 21 врача, систему 22 связи, систему 23 регистрации параметров тренировки. Пульт 18 связан с системой 25 электроснабжения тренажера, от которого запитаны все блоки пульта.
Монитор 19 инструктора предназначен для отображения в реальном масштабе времени видеоизображения от системы 15 и видеокамеры 24 через систему 22 связи. В качестве монитора может быть использована телевизионная система с многооконным режимом работы. Телевизионные системы данного типа являются стандартными и серийно выпускаются промышленностью. Вход монитора 19 связан со вторым выходом системы 22.
Пульт 20 инструктора предназначен для выдачи управляющих сигналов на системы тренажера. С пульта 20 инструктор может вводить нештатные ситуации в работу систем освещения и вентиляции. Пульт может быть выполнен в виде набора тумблеров, кнопок, клавиш. Выход пульта 20 подключен ко второму входу системы 22.
Монитор 21 врача предназначен для отображения в реальном масштабе времени видеоизображения от системы 15, а также информации от систем 14 физиологического контроля и 16 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. Вход монитора 21 связан с третьим выходом системы 22.
Система 22 связи предназначена для обеспечения постоянной связи инструктора с макетом 1. Система 22 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 входы системы 22 связи подключены к первому выходу бортовой системы 13 связи, выходу пульта 20 инструктора, выходу видеокамеры 24 соответственно. Первый, второй, третий и четвертый выходы системы 22 связи подключены к шестому входу бортовой системы 13 связи, входу мониторов 19 инструктора и 21 врача, входу системы 23 регистрации параметров тренировки соответственно.
Система 23 регистрации параметров тренировки предназначена для регистрации на материальных носителях всего объема информации поступающего через систему 22 связи на пульт 18 управления и отправляемого через систему 22 в бортовую систему 13 связи. Система 23 может быть выполнена в виде цифрового блока памяти, регистратора на магнитных носителях, стандартно выпускаемых промышленностью.
Видеокамера 24 предназначена для получения видеоизображения макета 1 и окружающей обстановки, контроля за действиями космонавтов. В качестве видеокамеры могут быть использованы стандартные видеокамеры, выпускаемые промышленностью. Вход видеокамеры связан со вторым выходом системы 25, а выход с третьим входом системы 22.
Система 25 электроснабжения тренажера предназначена для обеспечения электроэнергией всех систем тренажера, требующих электропитания. Система 25 может быть выполнена в виде генератора тока с преобразователями на различные уровни напряжения, которые требуются разным приборам. Первый, второй и третий выходы системы 25 подключены к питающим входам пульта 18 управления, видеокамеры 24 и системы 9 электропитания соответственно.
Средства 26 транспортировки и установки тренажера в заданное положение предназначены для обеспечения возможности перемещения макета 1 в заданное место для проведения тренировки, фиксации макета 1 на транспортном средстве при перемещении, обеспечения установки макета 1 на местности в требуемом положении. Средства 26 должны включать подставки под макет, платформы для размещения макета, средства фиксации макетов на платформе, автотехнические средства для перемещения макета, грузоподъемные механизмы, автокраны.
Функционирование тренажера осуществляется следующим образом.
Перед началом тренировки с помощью средств 26 транспортировки и установки тренажера в заданное положение производится перемещение макета 1, пульта 18 управления, видеокамеры 24 и системы 25 электроснабжения в заданное место. Макет 1 спускаемого аппарата с помощью средств 26 размещается в требуемом положении. Инструкторы, проводящие тренировку, раскладывают парашюты из парашютной системы 4 на землю в положение, соответствующее их положению после реальной посадки. На удалении от макета 1 размещается пульт 18 управления и система 25 электроснабжения. Рядом с макетом 1 устанавливается видеокамера 24, таким образом, чтобы макет 1 находился в поле зрения видеокамеры. Осуществляется связь системы 25 с основными блоками тренажера - макетом 1, пультом 18 управления, видеокамерой 24.
Запитываются все системы макета 1, которые должны функционировать в процессе тренировки - системы 5, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16. Также подключаются к системе 25 все системы пульта 18. Космонавты надевают скафандры 12 и подключают их к бортовым системам 11 и 13. Космонавты располагаются в макете 1 в креслах 6 космонавтов. Закрываются люки 2 и 3. Инструктор располагается на пульте 18 перед монитором 19 и пультом 20. Врач располагается на пульте 18 перед монитором 21. Инструктор и врач с пульта 18 на мониторах 19 и 21 отслеживают действия космонавтов. Космонавты, находясь в креслах 6, с помощью пульта 5 космонавтов включают системы 11 вентиляции скафандров и 10 вентиляции и кондиционирования и выполняют операции согласно циклограмме тренировки с использованием комплектов НАЗ 7 и требуемого снаряжения и оборудования макета 1. Все действия и переговоры космонавтов между собой с помощью системы 15 аудио и видео контроля через системы 13 и 22 представляются на мониторы 19 инструктора и 21 врача, которые оценивают их правильность и взаимодействие космонавтов в процессе тренировки. Значения показателей состояния космонавтов и параметров атмосферы внутри макета 1, непрерывно получаемые системами 14 физиологического контроля и 16 контроля параметров атмосферы, через системы 13 и 22 представляются на монитор 21 врача, который осуществляет мониторинг психофизиологического состояния космонавтов и параметров атмосферы в процессе тренировки. Информация, получаемая от систем 14, 15 и 16, непрерывно записывается системой 23 регистрации параметров тренировки для последующего анализа.
Выполнив все операции по циклограмме тренировки внутри макета 1, космонавты выполняют операции по открытию люков 2 или 3 и выходу из макета. Для этого используется система 8 покидания корабля и средства НАЗ 7. При выполнении данных операций контроль за правильностью действий космонавтов осуществляется с помощью системы 15 аудио и видео контроля и видеокамеры 24.
После выхода из макета 1 спускаемого аппарата на поверхность земли космонавты размещают средства НАЗ 7, достают требуемые инструменты и снаряжение. С помощью подручных средств, парашютов из парашютной системы 4, инструментов, окружающих предметов и растений осуществляют постройку требуемого вида убежища и разведение костра. Выполнение этих действий контролируется инструктором с помощью информации, получаемой от видеокамеры 24. В процессе тренировки космонавты регулярно осуществляют действия по выходу на связь через бортовую систему 13 связи со службами поиска и спасания. Все действия космонавтов контролируются инструктором и врачом по видеоинформации.
Состав и оборудование разработанного тренажера позволяет космонавтам полностью отрабатывать все требуемые действия, которые они должны выполнять в случае вынужденной посадки на сушу в условиях различных климатогеографических зон, что расширяет функциональные возможности тренажера и позволяет использовать его для проведения тренировок и практических занятий на всех этапах подготовки. Тренажер позволяет осуществлять непрерывный контроль за качеством деятельности космонавтов и контролировать их функциональное и психофизиологическое состояние в процессе тренировки по объективным показателям, что позволяет повысить качество и безопасность проведения тренировок.