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.
Известно обучающее устройство, описанное как полезная модель - Патент №33451 на полезную модельот 2.07.2003г. по заявке 2003111647 от 29.04.2003года.
Авторы : А.Ф.Еремин и др. Данная полезная модель принимается за прототип . Приведенное обучающее устройство позволяет производить обучение космонавтов управлению космическим кораблем на участке спуска в атмосфере Земли в штатных и нештатных ситуациях.
Однако , это обучающее устройство не позволяет производить объективную оценку качества подготовки космонавтов управлению космическим кораблем на участке спуска в щтатных и нештатных ситуациях .
Целью предлагаемой полезной модели является обеспечение на динамическом тренажере управляемого спуска на базе центрифуги ЦФ-18 объективной оценки обученности космонавтов управлению спускаемым аппаратом. Поставленная цель достигается тем , что к обучающему устройству - прототипу дополнительно вводятся блок вычисления результата управления 15, блок медикофизиологического оборудования 16, блок вычисления психологического напряжения 17, блок коррекции обучения 18, блок интегральной оценки обученности 19.
На фиг. 1 представлена структурная схема обучающего устройства. На фиг. I обозначены :
1 - космический навигационный индикатор (пульт космонавта);
2- модель системы управления бортовым комплексом ;
3- модель движения космического корабля;
4- модель датчиков;
5- ручка управления ;
6- модель системы управления движением ;
7- модель исполнительных органов ;
8- пульт контроля и управления тренировкой . .
9-ручка управления ориентацией (РУО); 10-интерфейсный блок;
11-генератор изображения Земли и станции МКС;
12-маршрутизатор;
17-блок вычисления психологического напряжения ;
18-блок коррекции обучения;
19-блок интегральной оценки обученности.
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 соединен с 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 управл.ения тренировкой 8 соединен с четвертым входом модели движения 3, пятый выход которой соединен с интерфейсным блоком 10, выход которого соединен с первым входом генератора изображения Земли и станции МКС 11, третий выход которого соединен с третьим входом маршрутизатора 12, первый выход которого соединен со входом контактных колец 13,выход которых соединен со входом имитатора визира специального космонавта (В С К) 14, а второй выход маршрутизатора 12 соединен с четвертым входом  пульта контроля и управления тренировкой 8, пятый выход которого соединен со вторым входом генератора изображения Земли и станции МКС 11, а ручка управления ориентацией (РУО) 9 соединена с пятым входом системы управления движением 6. Шестой выход модели движения 3 соединен с третьим входом блока вычисления результата управления 15, второй выход которого соединен со вторым входом блока интегральной оценки обученности 19 , третий выход которого соединен с шестым входом пульта контроля и управления 8, седьмой выход которого соединен с входом блока корректора обучения 18, выход которого соединен с первым входом блока вычисления результатов управления 15, а выход блока медико-физиологического оборудования 16 соединен с входом блока вычисления психологического напряжения 17, выход которого соединен с первым входом блока интегральной оценки обученности 19. Математи,ческое описание блока вычисления результата управления 15, где производится вычислениеЪценки качества управления по частным техническим параметрам, которые поступают из модели движения 3, имеет вид:
Q  F( с I г, , с 2 г,, Сз Гз); Где:
Q - оценка качества управления по продуктивным параметрам, F- нелинейный оператор, графическое представление показано на рис. 1. Г|- величина характеризующая управление по конечному промаху LK, Г2- величина характеризующая управление по величине максимальной перегрузкиКх мах,
. Оценка деятельности космонавта в зависимости от полученных параметров управления NX , LK Производится по следующему алгоритму:
1.При lAtBH I  30 сек промах |Ьквку | 10 км-оценка «5, |Ьквку | 30кмоценка «2. Промежуточные значения LK вку оцениваются по линейной интерполяции. Где А1вн-внеатмосферный промах.
2.При I Д tBH I  30 сек промах | LK вку |  20 км - оценка «5, | LK вку |  30 км оценка «2. Промежуточные значения LK вку оцениваются по линейной интерполяции.
3.При Д tBH  О сек (недолет) перегрузка NX  4 ед - оценка «5, NX 5ед-оценка «2. Промежуточные значения перегрузки оцениваются по линейной интерполяции.
4.При О  Д tBH  60 сек (перелет) - оценка «5) определяется по линейной зависимости NX шах (Д tBH) в пределах изменения перегрузки 4ед  NX  6 ед оценка «2 определяется по линейной зависимости NX max (Д tBH) в пределах изменения перегрузки 5ед  NX  7 ед.
5.Промежуточные значения перегрузки при перелете оцениваются по линейной интерполяции.
6.Конечный промах LK рассчитывается по формуле: ,1(8к+2,2 NK), где 8к и NKсоответственно интеграл на ВКУ и количество дискрет в конце управления со своими знаками.
7.Общая оценка за режим вычисляется как среднее арифметическое оценок за максимальную перегрузку и конечный промах.
8.При получении оператором оценки «2 по промаху общая оценка за режим-«2.
9.В случае, когда общая оценка за тренировку менее «3, оператору выставляется оценка «незачет и тренировка повторяется.
10.В случае, когда общая оценка за экзаменационную тренировку менее «4,оператору выставляется оценка «незачет и тренировка повторяется..
Работа космонавта в режимах щтатного спуска и особенно в условиях нещтатной ситуации при спуске, когда на космонавта воздействует фактор острого дефицита времени, огромная ответственность за принятие рещения , предполагает наличие определенных личностных качеств оператора, пластичности нервной системы, адаптационных возможностей, обеспечивающих высокий уровень поддержания гомеостатических функций нейрогуморальных систем организма, быстрой реакции и умения принимать рещения в условиях дефицита времени.
В этой связи в оценку обученности космонавта на динамическом тренажере спуска на базе центрифуги ЦФ-18 вводятся параметры, характеризующие психофизиологическое состояние космонавта: частота пульса, ритм сердца, артериальное давление.
Медико-физиологическое оборудование 16 состоит из медико-физиологических датчиков, аппаратуры передачи медико-физиологических параметров из подвижной кабины центрифуги в вычислительную систему тренажера. С помощью медико-физиологических датчиков , установленных на теле оператора, находящегося в кабине центрифуги, и аппаратуры передачи частота пульса, ритм сердца, артериальное давление поступают в блок вычисления психологического напряжения 17. Вычисление энергетических затрат по психофизиологическим параметрам алгоритма: G-k, 1,+ kob + ksb; осуществляется согласно следующего
G-оценка психофизиологического напряжения оператора,
k| ,k2, kj -весовые коэффициенты,
1| - частота пульса,
г ритм сердца,
1з- артериальное давление.
Процесс подготовки операторов представляет собой последовательность закономерно сменяющих друг друга состояний овладения знаниями о функционировании системы и практическими навыками работы с ней. Педагогические воздействия должны быть сообразно достигнутому уровню обученности и направлены на перевод операторов в следующий более высокий уровень обученности. Реализация целенаправленного, научно обоснованного процесса подготовки с достаточной степенью дифференцированности его представления осуц:1ествляется в блоке коррекции обучения 19.
Весь процесс обучения и тренировок управления космическим аппаратом на этапе спуска с орбиты на динамическом тренажере разбивается на три этапа: начальный (ознакомительный), основной этап, заключительный этап. На начальном этапе оператор проходит обучение на статическом рабочем месте, без воздействия перегрузки на оператора; на втором этапе подготовки и обучения оператор проходит обучение на динамическом рабочем месте с воздействием реальной перегрузки на оператора, но с ограничением по максимально допустимой (щадящей) перегрузке, с включением различных возмущений и нещтатных ситуаций; третий заключительный этап обучения операторов проводится на динамическом рабочем месте , когда воздействие реальной перегрузки на космонавта имеет ограничение на более высоком уровне (в целях сохранения здоровья обучаемого ограничивают верхний уровень перегрузки). На данном этапе в отработку режима включаются весь перечень возмущений и нещтатных ситуаций с добавлением элемента неожиданности. Блок коррекции обучения космонавта учитывает указанные факторы. В блоке вычисления интегральной оценки обученности 19 производится свертка технических и психофизиологических параметров и вычисление объективной оценки обученности операторов:
0-f(Q,G).
О-обобщенная оценка обученности оператора, f-нелинейная функция.
Значения психофизиологического напряжения оператора в вычислении обобщенной оценки учитываются в виде ограничений.
Из блока вычисления интегральной оценки 19 обобщенная оценка выполнения космонавтом режима ручного управления спуском транспортного корабля «Союз-ТМА на динамическом тренажере спуска на базе центрифуги ЦФ-18 поступает на пульт контроля и управления тренировкой 8.
Блоки 15,17,18,19 выполнены на универсальных вычислителях типа Pentium-3(4). Обучающее устройство разработано и реализовано 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.
Авторы:
Суворов А.П. v Евдокимов С.Н г Осипов С.П. ((.Формула