СПОСОБ КОНТРОЛЯ ГОТОВНОСТИ ЭКИПАЖА КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА К НЕШТАТНЫМ СИТУАЦИЯМ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF CONTROLLING SPACECRAFT CREW READINESS TO EMERGENCY SITUATIONS AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при контроле готовности экипажа космического аппарата (КА) к нештатным ситуациям.
Для обеспечения надежности профессиональной деятельности экипажа, предупреждения снижения его физической и психической работоспособности проводятся бортовые тренировки в ходе полета КА (см. ГОСТ Ρ 50804-95. Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате. Общие медико-технические требования, разд. 7.4). Бортовые тренировки позволяют, в том числе, поддерживать готовность экипажа к реагированию на нештатные (аварийные, катастрофические) ситуации.
Известен способ тренировки экипажа (Корчемный П.А. Психология летного обучения. М.: Воениздат, 1986) по действиям в аварийных ситуациях с использованием идеомоторного метода подготовки без применения тренажерных средств, который позволяет выработать фиксированную установку на воображаемую ситуацию. Этот метод имеет ряд недостатков, в частности отсутствует возможность отработки навыка распознавания ситуации экипажем, отсутствует ответная реакция органов управления и т.д.
Известен способ определения работоспособности оператора или группы операторов воздушного транспорта (заявка на изобретение РФ 94027101 от 05.07.1994, МПК: А61В 5/00), включающий воздействие на оператора циклом работ, в процессе выполнения которых производят регистрацию параметров полета, собирают показания регистрирующих приборов, обрабатывают измеренные данные, полученные результаты наносят на график, по характеру кривых которого судят о работоспособности оператора/ов, при этом для обработки отбирают результаты измерений нормальных полетов и определяют категории нормального полета по контрольным границам факторно-безопасных, относительно факторно-безопасных, предельных факторно-неопределенных полетов, по которым судят о работоспособности операторов. Недостатком способа является то, что в нем определяют работоспособность оператора на фоне выполнения цикла работ сопровождения фактических полетов, что в общем случае не обеспечивает наличия всего многообразия возможных нештатных ситуаций.
Известен способ автоматизированного обучения базовым навыкам управления технологическими процессами (патент РФ 2229166, заявка 2003124476 от 11.08.2003, МПК 7 G09B 19/18, G09B 7/00, G06F 17/60 - прототип способа), включающий использование компьютерной системы для формирования гибкого информационного пространства, снабженной базой знаний причин и симптомов нарушений хода технологических процессов (ТП), устройствами генерации причин, симптомов, оценивания знаний и навыков обучаемого, настройки параметров оценивания знаний и навыков обучаемого и протоколирования экзамена, интерфейсом обучаемого с устройствами генерации причин, симптомов и оценивания, интерфейсом инструктора с базой знаний и устройствами оценивания и протоколирования экзамена, причем гибкое информационное пространство формируют путем пополнения пользователем базы знаний, последовательно генерируют и предъявляют обучаемому отдельные причины с набором симптомов и отдельные наборы симптомов с несколькими причинами для выбора правильных ответов с последующим оцениванием. Способ обеспечивает обучение операторов и контроль их знаний и навыков безопасного и эффективного управления технологическими процессами.
К недостаткам способа-прототипа относится то, что он не предусматривает возможность натурного моделирования выполнения испытуемым действий (операций) по управлению ТП, в том числе пространственных перемещений испытуемого, необходимых для моделирования управления ТП.
Известен тренажер пилотируемого космического корабля (КК) (патент РФ 2367027, заявка 2008104438 от 05.02.2008, МПК (2006.01) G09B 9/52), состоящий из пульта контроля и управления тренировкой, пульта космонавтов, блоков формирования форматов, формирователей визуальной и акустической обстановки, устройства сопряжения с объектом, рабочего места экипажа (макет кабины спускаемого аппарата с оборудованием) и моделей: командной радиолинии, датчиков, измерителя линейного ускорения, движения КК и космической станции, исполнительных органов двигательной установки, бортового цифрового вычислительного комплекса, системы управления бортовым комплексом, системы взаимных измерений, построителя местной вертикали, блока управления перемещением объекта. Тренажер обеспечивает подготовку космонавтов к управлению КК при стыковке с космической станцией.
Известен многофункциональный учебно-тренировочный комплекс для подготовки космонавтов к внекорабельной деятельности (ВкД) (патент РФ 2524503, заявка 2013101081 от 09.01.2013, МПК (2006.01) G09B 9/52, B64G 7/00), включающий функционально-моделирующий стенд пред-тренажерной подготовки (содержит АРМы руководителя и обучаемых, устройства сопряжения с объектом, блок цифровой связи, макет скафандра, телекамеру и средства отображения информации) и комплексный тренажер ВкД (содержит скафандр, средства обеспечения жизнедеятельности, устройства имитации невесомости, средства имитации поверхности планеты). Тренажер обеспечивает подготовку космонавтов к ВкД.
Недостатком данных тренажеров является то, что каждый из них обеспечивает подготовку только к одному виду полетных операций, поэтому они не могут обеспечить тренировку и контроль готовности экипажа ко всему многообразию возможных нештатных ситуаций.
Известен комплексный тренажер для космонавтов (патент РФ 2534474, заявка 2013104093 от 31.01.2013, МПК (2006.01) G09B 9/52, B64G 7/00 - прототип системы), содержащий модели системы управления бортовым комплексом и датчиков, ручку управления спуском, модели систем управления движением и исполнительных органов, пульт контроля и управления тренировкой, генератор изображения Земли и космической станции, имитатор визира космонавта, ручку управления ориентацией, ручку управления движением, пульт управления центрифугой, систему управления центрифугой, кабину «А» центрифуги, модель движения КК, пульт космонавта, вычислитель компетентности космонавтов, адаптивно-оптимальный формирователь и банк НС. Тренажер обеспечивает формирование требуемых состояний подготовленности космонавтов в результате адаптированного выбора НС для тренировок экипажей, при этом ряд элементов тренажера может быть использован в полете.
К недостаткам данного тренажера относится то, что он не предусматривает возможность перемещения космонавта по КА в процессе тренировки выполнения космонавтом полетных операций.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является повышение качества и достоверности определения уровня готовности экипажа к нештатным ситуациям.
Технический результат, достигаемый при осуществлении настоящего изобретения, заключается в обеспечении оперативного учета точного текущего положения членов экипажа относительно систем и элементов КА при тренировке и контроле готовности экипажа к нештатным ситуациям.
Технический результат достигается тем, что в способе контроля готовности экипажа КА к нештатным ситуациям, включающем генерацию заданий оператору, регистрацию значений параметров, характеризующих выполнение оператором заданий, сравнение полученных данных с задаваемыми значениями и определение уровня подготовки оператора по результатам сравнения, дополнительно определяют параметры относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов при не менее чем одном заданном фиксированном положении подвижных частей космонавта/ов с размещенными на упомянутых подвижных частях по не менее чем одному излучателю инфракрасных импульсных сигналов, далее осуществляют формирование управляющих воздействий на упомянутые излучатели инфракрасных импульсных сигналов, осуществляют измерение параметров, генерируемых не менее чем четырьмя снабженными оптическими системами и размещенными в разнесенных точках, фиксированных в системе координат КА, позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения, по измеренным значениям параметров, генерируемых позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения, и заданным значениям параметров расположения детекторов и оптических систем определяют значения координат местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов в системе координат КА, по текущим значениям координат местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов и параметрам относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов, определенным при заданных фиксированных положениях космонавта/ов, определяют параметры текущего положения космонавта/ов относительно систем и элементов КА, формируют и воспроизводят космонавту/ам визуальную и звуковую информацию, соответствующую моделируемым нештатным ситуациям на КА, сравнивают полученные значения параметров текущего положения космонавта/ов относительно систем и элементов КА с задаваемыми значениями, соответствующими ответным действиям космонавта/ов, и по результатам данного сравнения регистрируют информацию о выполненных действиях космонавта/ов в моделируемых нештатных ситуациях, после чего в процессе контроля готовности космонавта/ов к нештатным ситуациям формируют и воспроизводят визуальную и звуковую информацию, соответствующую моделируемым нештатным ситуациям на КА с учетом зарегистрированной информации о выполненных действиях космонавта/ов, измеряют время выполнения космонавтом/ами действий в моделируемых нештатных ситуациях, сравнивают измеренные значения времени с задаваемыми значениями и по результатам данного сравнения судят о готовности космонавта/ов к нештатным ситуациям.
Технический результат достигается также тем, что в системе контроля готовности экипажа КА к нештатным ситуациям, включающей средства отображения визуальной информации, блок моделей систем КА, блок управления тренировкой, блок задания нештатных ситуаций, блок задания параметров эталонных действий космонавтов, блок определения уровня подготовки космонавтов, при этом выход блока задания нештатных ситуаций соединен с входом блока управления тренировкой, выход которого и выход блока задания параметров эталонных действий космонавтов соединены с входами блока определения уровня подготовки космонавтов, дополнительно средства отображения визуальной информации выполнены в виде не менее одного сенсорного экрана и введены не менее двух блоков излучателей инфракрасных импульсных сигналов, размещенных на разных подвижных частях космонавтов, не менее двух радиоприемных устройств, не менее двух средств сопряжения радиоустройств с блоками излучателей инфракрасных сигналов, не менее четырех блоков позиционно-чувствительных детекторов инфракрасного излучения, размещенных в разнесенных точках, фиксированных в системе координат КА, не менее четырех оптических систем, не менее четырех блоков формирования данных приема инфракрасных сигналов, не менее четырех средств сопряжения радиоустройств с блоками формирования данных приема инфракрасных сигналов, не менее семи радиоприемо-передающих устройств, блок формирования команд управления излучением и приемом инфракрасных сигналов, средство сопряжения аппаратуры с пятым радиоприемо-передающим устройством, синхронизатор, блок задания параметров расположения детекторов инфракрасного излучения, блок задания параметров оптических систем, блок определения параметров направлений от детекторов инфракрасного излучения на излучатели инфракрасных сигналов, блок определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов, блок индикации фиксированных положений космонавтов, блок определения параметров относительного положения излучателей инфракрасных сигналов при фиксированных положениях космонавтов, блок определения параметров положения космонавтов, блок анализа и регистрации информации о выполненных действиях космонавтов, блок задания параметров эталонных положений космонавтов при выполнении операций, блок моделирования параметров событий нештатных ситуаций, средство сопряжения аппаратуры с шестым радиоприемо-передающим устройством, не менее одного блока аудиовоспроизведения, не менее одного блока аудиозаписи, не менее одного средства сопряжения радиоустройства с экраном и блоками аудиозаписи и воспроизведения, система обмена данными, при этом вход каждого i-го блока излучателя инфракрасных импульсных сигналов и выход каждого i-го радиоприемного устройства, где i=1, 2, 3, соединены соответственно с выходом и входом i-го средства сопряжения радиоустройства с блоком излучателя инфракрасных сигналов, причем первые вход и выход и вторые вход и выход каждого i-го, i=1÷4, средства сопряжения радиоустройства с блоком формирования данных приема инфракрасных сигналов соединены с соответственно выходом и входом i-го радиоприемо-передающего устройства и выходом и входом i-го блока формирования данных приема инфракрасных сигналов, второй вход которого соединен с выходом i-го блока позиционно-чувствительного детектора инфракрасного излучения, на котором установлена i-я оптическая система, при этом первые выход и вход и вторые выход и вход средства сопряжения аппаратуры с пятым радиоприемо-передающим устройством соединены соответственно с входом и выходом пятого радиоприемо-передающего устройства, входом блока определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов и выходом блока формирования команд управления излучением и приемом инфракрасных сигналов, вход которого соединен с выходом синхронизатора, выход которого также соединен со вторым входом блока определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов, третий вход которого соединен с выходом блока определения параметров направлений от детекторов инфракрасного излучения на излучатели инфракрасных сигналов, первый, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом блока задания параметров оптических систем, выходом блока задания параметров расположения детекторов инфракрасного излучения и третьим выходом средства сопряжения аппаратуры с пятым радиоприемо-передающим устройством, причем выход блока определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов соединен с входами блока определения параметров положения космонавтов и блока определения параметров относительного положения излучателей инфракрасных сигналов при фиксированных положениях космонавтов, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом блока индикации фиксированных положений космонавтов и вторым входом блока определения параметров положения космонавтов, выход которого соединен с входом блока анализа и регистрации информации о выполненных действиях космонавтов, выход и второй и третий входы которого соединены соответственно с входом блока моделирования параметров событий нештатных ситуаций, выходом блока задания параметров эталонных положений космонавтов при выполнении операций и выходом средства сопряжения аппаратуры с шестым радиоприемо-передающим устройством, другой выход и первый и второй входы которого соединены соответственно с входом и выходом шестого радиоприемо-передающего устройства и выходом блока моделирования параметров событий нештатных ситуаций, второй и третий входы которого соединены соответственно с выходом блока моделей систем КА и выходом системы обмена данными, второй выход и первый, второй и третий входы которой соединены соответственно с вторыми входом и выходом блока управления тренировкой, выходом блока моделирования параметров событий нештатных ситуаций и выходом блока анализа и регистрации информации о выполненных действиях космонавтов, причем первые вход и выход, вторые вход и выход и третьи вход и выход средства сопряжения радиоустройства с экраном и блоками аудиозаписи и аудиовоспроизведения соединены соответственно с выходом и входом седьмого радиоприемо-передающего устройства, выходом и входом сенсорного экрана, выходом блока аудиозаписи и входом блока аудиовоспроизведения.
Изобретение поясняется фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлена блок-схема системы, реализующей предлагаемый способ, и введены следующие обозначения:
1 - член экипажа КА;
i
2, i=1, 2, 3 - первый, второй и третий блоки излучателей инфракрасных импульсных сигналов (БИИИС);
i
3, i=1, 2, 3 - первое, второе и третье радиоприемные устройства (РПУ);
i
4, i=1, 2, 3 - первое, второе и третье средства сопряжения радиоустройств с блоками излучателей инфракрасных сигналов (ССРБИИС);
i
5, i=1÷4 - с первого по четвертый блоки позиционно-чувствительных детекторов инфракрасного излучения (БПЧДИИ);
i
6, i=1÷4 - с первой по четвертую оптические системы (ОС);
i
7, i=1÷4 - с первого по четвертый блоки формирования данных приема инфракрасных сигналов (БФДПИС);
i
8, i=1÷4 - с первого по четвертое средства сопряжения радиоустройств с блоками формирования данных приема инфракрасных сигналов (ССРБФДПИС);
i
9, i=1÷4, 10 - с первого по пятое радиоприемо-передающие устройства (РППУ);
11 - блок формирования команд управления излучением и приемом инфракрасных сигналов (БФКУИПИС);
12 - средство сопряжения аппаратуры с пятым радиоприемо-передающим устройством (ССАПРППУ);
13 - синхронизатор;
14 - блок задания параметров оптических систем (БЗПОС);
15 - блок задания параметров расположения детекторов инфракрасного излучения (БЗПРДИИ);
16 - блок определения параметров направлений от детекторов инфракрасного излучения на излучатели инфракрасных сигналов (БОПНДИИИИС);
17 - блок определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов (БОКМИИС);
18 - блок индикации фиксированных положений космонавтов (БИФПК);
19 - блок определения параметров относительного положения излучателей инфракрасных сигналов при фиксированных положениях космонавтов (БОПОПИИСФПК);
20 - блок определения параметров положения космонавтов (БОППК);
21 - блок анализа и регистрации информации о выполненных действиях космонавтов (БАРИВДК);
22 - блок задания параметров эталонных положений космонавтов при выполнении операций (БЗПЭПКВО);
23 - блок моделей систем КА (БМСКА);
24 - блок моделирования параметров событий нештатных ситуаций (БМПСНС);
25 - шестое РППУ;
26 - средство сопряжения аппаратуры с шестым радиоприемопередающим устройством (ССАШРППУ);
27 - седьмое РППУ;
28 - сенсорный экран (СЭ),
29 - блок аудиовоспроизведения (БАВ);
30 - блок аудиозаписи (БАЗ);
31 - средство сопряжения радиоустройства с экраном и блоками аудиозаписи и воспроизведения (ССРЭБАЗВ);
32 - система обмена данными (СОД);
33 - блок управления тренировкой (БУТ);
34 - блок задания нештатных ситуаций (БЗНС);
35 - блок задания параметров эталонных действий космонавтов (БЗПЭДК);
36 - блок определения уровня подготовки космонавтов (БОУПК);
37, 38 - бортовой и наземный сегменты системы космической связи;
37 - мультимедийное интерактивное средство космонавта;
38 - бортовой сегмент системы космической связи «КА-Земля»;
39 - наземный сегмент системы космической связи «КА-Земля».
На фиг. 2 представлен пример циклограммы работы излучателей, детекторов, формирования и передачи данных и введены следующие обозначения:
tи - длительность инфракрасного импульсного сигнала;
tпп - длительность приема-передачи пакета данных по радиоканалу;
tпр - длительность времени прогрева детектора;
tизм - длительность времени измерения инфракрасного импульсного сигнала детектором;
tпз - длительность паузы между окончанием измерения инфракрасного импульсного сигнала детектором и началом передачи данных;
Тц - длительность цикла.
На фиг. 3 представлен пример схемы двухмерного позиционно-чувствительного детектора с четырехсторонним расположением электродов и обозначено:
X, X′, Y, Y′ - выводы детектора.
В предлагаемом способе на первом этапе осуществляется определение параметров относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов при не менее чем одном заданном фиксированном положении подвижных частей космонавтов с размещенными на упомянутых подвижных частях по не менее чем одному излучателю инфракрасных импульсных сигналов. Данное определение может быть выполнено как непосредственным измерением - например, измерением расстояний между излучателями инфракрасных сигналов с помощью измерителей расстояний (например, рулетки и т.д.), так и другим возможным способом - например, как представлено в предлагаемой системе, посредством излучения и приема инфракрасных импульсных сигналов и последующей обработки полученных данных.
Предлагаемая система реализует следующие действия способа: осуществляет формирование управляющих воздействий на излучатели инфракрасных импульсных сигналов при не менее чем одном заданном фиксированном положении подвижных частей космонавта/ов с размещенными на упомянутых подвижных частях по не менее чем одному излучателю инфракрасных импульсных сигналов, осуществляет измерение параметров, генерируемых не менее чем четырьмя снабженными оптическими системами и размещенными в разнесенных точках, фиксированных в системе координат КА, позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения, по измеренным значениям параметров, генерируемых позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения, и заданным значениям параметров расположения детекторов и оптических систем определяет значения координат местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов в системе координат КА, по которым определяет параметры относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов, далее в процессе контроля готовности космонавта/ов к нештатным ситуациям повторяет указанные действия при текущем положении космонавта/ов, начиная с формирования управляющих воздействий на излучатели инфракрасных импульсных сигналов, по текущим значениям координат местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов и параметрам относительного положения местоположений излучателей инфракрасных импульсных сигналов, определенным при заданных фиксированных положениях космонавта/ов, определяет параметры текущего положения космонавта/ов относительно систем и элементов КА, формирует и воспроизводят космонавту/ам визуальную и звуковую информацию, соответствующую моделируемым нештатным ситуациям на КА, сравнивает полученные значения параметров текущего положения космонавта/ов относительно систем и элементов КА с задаваемыми значениями, соответствующими ответным действиям космонавта/ов, и по результатам данного сравнения регистрирует информацию о выполненных действиях космонавта/ов в моделируемых нештатных ситуациях, после чего в процессе контроля готовности космонавта/ов к нештатным ситуациям формирует и воспроизводит визуальную и звуковую информацию, соответствующую моделируемым нештатным ситуациям на КА с учетом зарегистрированной информации о выполненных действиях космонавта/ов в моделируемых нештатных ситуациях, измеряет время выполнения космонавтом/ами действий в моделируемых нештатных ситуациях, сравнивает измеренные значения времени с задаваемыми значениями и по результатам данного сравнения судит о готовности космонавта/ов к нештатным ситуациям, при этом управление и синхронизацию моментов излучения, приема и передачи данных по результатам приема инфракрасных импульсных сигналов осуществляет по радиоканалу.
i
i
i
i
i
i
i
i
Представленная на фиг. 1 система контроля готовности экипажа КА к нештатным ситуациям содержит три блока излучателей инфракрасных импульсных сигналов (БИИИС) 2, i=1, 2, 3, три радиоприемных устройства (РПУ) 3, i=1, 2, 3, три средства сопряжения радиоустройств с блоками излучателей инфракрасных сигналов (ССРБИИС) 4, i=1, 2, 3, четыре блока позиционно-чувствительных детекторов инфракрасного излучения (БПЧДИИ) 5, i=1÷4, четыре оптических системы (ОС) 6, i=1÷4, четыре блока формирования данных приема инфракрасных сигналов (БФДПИС) 7, i=1÷4, четыре средства сопряжения радиоустройств с блоками формирования данных приема инфракрасных сигналов (ССРБФДПИС) 8, i=1÷4, семь радиоприемо-передающих устройств (РППУ) 9, i=1÷4, 10, 25, 27, блок формирования команд управления излучением и приемом инфракрасных сигналов (БФКУИПИС) 11, средство сопряжения аппаратуры с пятым радиоприемо-передающим устройством (ССАПРППУ) 12, синхронизатор 13, блок задания параметров оптических систем (БЗПОС) 14, блок задания параметров расположения детекторов инфракрасного излучения (БЗПРДИИ) 15, блок определения параметров направлений от детекторов инфракрасного излучения на излучатели инфракрасных сигналов (БОПНДИИИИС) 16, блок определения координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов (БОКМИИС) 17, блок индикации фиксированных положений космонавтов (БИФПК) 18, блок определения параметров относительного положения излучателей инфракрасных сигналов при фиксированных положениях космонавтов (БОПОПИИСФПК) 19, блок определения параметров положения космонавтов (БОППК) 20, блок анализа и регистрации информации о выполненных действиях космонавтов (БАРИВДК) 21, блок задания параметров эталонных положений космонавтов при выполнении операций (БЗПЭПКВО) 22, блок моделей систем КА (БМСКА) 23, блок моделирования параметров событий нештатных ситуаций (БМПСНС) 24, средство сопряжения аппаратуры с шестым радиоприемо-передающим устройством (ССАШРППУ) 26, сенсорный экран (СЭ) 28, блок аудиовоспроизведения (БАВ) 29, блок аудиозаписи (БАЗ) 30, средство сопряжения радиоустройства с экраном и блоками аудиозаписи и воспроизведения (ССРЭБАЗВ) 31, систему обмена данными (СОД) 32; блок управления тренировкой (БУТ) 33, блок задания нештатных ситуаций (БЗНС) 34, блок задания параметров эталонных действий космонавтов (БЗПЭДК) 35, блок определения уровня подготовки космонавтов (БОУПК) 36.
i
i
i
Каждый i-й, i=1, 2, 3 комплект блоков БИИИС 2, РПУ 3 и ССРБИИС 4 размещен на одной из подвижных частях члена экипажа КА, например, один комплект блоков может быть размещен на туловище, а другой (другие) - на руке и/или ноге.
i
i
i
i
i
Каждый i-й, i=1÷4 комплект БПЧДИИ 5, ОС 6, БФДПИС 7, ССРБФДПИС 8 и РППУ 9 размещен в одной из разнесенных точках, фиксированных в системе координат КА.
Выход БЗНС 34 соединен со входом БУТ 33. Выход БУТ 33 и выход БЗПЭДК 35 соединены с входами БОУПК 36.
i
i
i
Вход каждого i-го БИИИС 2 и выход каждого i-го РПУ 3, где i=1, 2, 3, соединены, соответственно, с выходом и входом i-го ССРБИИС 4.
i
i
i
i
i
Первые вход и выход и вторые вход и выход каждого i-го, i=1÷4 ССРБФДПИС 8 соединены, соответственно, с выходом и входом i-го РППУ 9 и выходом и входом i-го БФДПИС 7, второй вход которого соединен с выходом i-го БПЧДИИ 5, на котором установлена i-я ОС 6.
Первые выход и вход и вторые выход и вход ССАПРППУ 12 соединены с, соответственно, входом и выходом пятого РППУ 10, входом БОКМИИС 17 и выходом БФКУИПИС 11. Выход синхронизатора 13 соединен с входом БФКУИПИС 11 и вторым входом БОКМИИС 17.
Третий вход БОКМИИС 17 соединен с выходом БОПНДИИИИС 16.
Первый, второй и третий входы БОПНДИИИИС 16 соединены с, соответственно, выходом БЗПОС 14, выходом БЗПРДИИ 15, третьим выходом ССАПРППУ 12.
Выход БОКМИИС 17 соединен с входами БОППК 20 и БОПОПИИСФПК 19. Второй вход и выход БОПОПИИСФПК 19 соединены с, соответственно, выходом БИФПК 18 и вторым входом БОППК 20.
Выход БОППК 20 соединен со входом БАРИВДК 21. Выход и второй и третий входы БАРИВДК 21 соединены с, соответственно, входом БМПСНС 24, выходом БЗПЭПКВО 22 и выходом ССАШРППУ 26. Другой выход и первый и второй входы ССАШРППУ 26 соединены с, соответственно, входом и выходом шестого РППУ 25 и выходом БМПСНС 24. Второй и третий входы БМПСНС 24 соединены с, соответственно, выходом БМСКА 23 и выходом СОД 32. Второй выход и первый, второй и третий входы СОД 32 соединены с, соответственно, вторыми входом и выходом БУТ (33), выходом БМПСНС 24 и выходом БАРИВДК 21.
Первые вход и выход, вторые вход и выход и третьи вход и выход ССРЭБАЗВ 31 соединены с, соответственно, выходом и входом седьмого РППУ 27, выходом и входом СЭ 28, выходом БАЗ 30 и входом БАВ 29.
Средства сопряжения ССРБИИС 4, ССРБФДПИС 8, ССАПРППУ 12, ССАШРППУ 26, ССРЭБАЗВ 31 могут быть выполнены в виде контроллеров (процессоров).
Работа системы осуществляется следующим образом.
В БЗНС 34 осуществляется задание возможных нештатных ситуаций на КА. В БУТ 33 осуществляется выбор нештатной ситуации для тренировки и оценки готовности экипажа КА к данной нештатной ситуации. Параметры выбранной нештатной ситуации через СОД 32 передаются в БМПСНС 24.
Синхронизатор 13 выдает синхронизирующие сигналы на БФКУИПИС 11 и БОКМИИС 17.
БФКУИПИС 11 в соответствии с поступающими на него синхронизирующими сигналами формирует команды управления блоками БИИИС 2 и БФДПИС 7.
Команды управления от БФКУИПИС 11 на БИИИС 2 поступают через ССАПРППУ 12, РППУ 10, РПУ 3, ССРБИИС 4.
Команды управления от БФКУИПИС 11 на БФДПИС 7 поступают через ССАПРППУ 12, РППУ 10, РППУ 9, ССРБФДПИС 8.
В соответствии с поступившими командами управления БИИИС 2 излучают инфракрасные импульсные сигналы. Инфракрасное излучение данных сигналов через ОС 6 поступает на БПЧДИИ 5. БПЧДИИ 5 генерируют значения выходных параметров, соответствующие поступающему на детекторы инфракрасному излучению, и передают свои выходные данные в БФДПИС 7.
В соответствии с поступившими командами управления БФДПИС 7 принимают в задаваемые командами управления моменты времени данные от БПЧДИИ 5, формируют по ним данные со значениями координат центров световых пятен и амплитуд сигналов детекторов с указанием соответствующих номеров детекторов и в задаваемые командами управления моменты времени выдают сформированные данные на передачу через ССРБФДПИС 8, РППУ 9, РППУ 10, ССАПРППУ 12 в блоки БОПНДИИИИС 16 и БОКМИИС 17 (координаты центров световых пятен передаются в БОПНДИИИИС 16, амплитуда сигнала передается в БОКМИИС 17).
Для экономии ресурса электропитания детекторов БФДПИС 7 может выдавать управляющие команды на БПЧДИИ 5, обеспечивающие работу детекторов только в необходимые интервалы, синхронизированные с моментами излучения инфракрасных импульсных сигналов. Передача таких команд на фиг. 1 обозначена пунктирными стрелками.
На фиг. 2 представлен пример циклограммы работы излучателей, детекторов, формирования и передачи данных, в которой использованы следующие значения величин: tи=0,6 мс; tпп=10 мс; tпp=100 мс; tизм=10 мс; tпз=0…80 мс; Тц=6…60 с.
Значение пгз зависит от номера БПЧДИИ и вычисляется по формуле tпзi=(i-1)*tпп.
Представленная циклограмма обеспечивает возможность по времени приема-передачи по радиоканалу каждого пакета данных определить как номер детектора, данные с которого содержатся в принятом по радиоканалу пакете, так и номер излучателя, инфракрасный импульсный сигнал от которого был принят данным детектором.
БИИИС 2 могут быть выполнены, например, следующим образом. В каждом БИИИС 2 может быть установлено не менее четырех ИК-светодиодов с диаграммой направленности светодиода 90 градусов по половинному уровню излучаемой мощности (уровень 0,5). Светодиоды могут быть установлены на гранях усеченной пирамиды, что обеспечивает суммарную диаграмму направленности не менее 180 градусов по уровню 0,5.
Каждая ОС 6 может быть выполнена в виде малогабаритного объектива с фиксированным фокусным расстоянием, работающего в инфракрасном диапазоне.
БПЧДИИ 5 могут быть выполнены, например, следующим образом. Каждый БПЧДИИ 5 может содержать двухмерный позиционно-чувствительный детектор (датчик) с четырехсторонним расположением электродов и компенсацией нелинейности. На фиг. 3 представлен пример схемы такого детектора. Выводы X, X′, Y, Y′ детектора подаются на четыре схемы измерения тока, которые соответственно измеряют токи Ix, Ix′, Iy, Iy′. Координаты х и у центра светового пятна относительно осей координат, привязанных к детектору, вычисляются по формулам (1) и (2), при этом точка с координатами x=0 и у=0 соответствует центру детектора (L - размер стороны детектора):
Амплитуда сигнала детектора вычисляется по формуле
и характеризует интенсивность регистрируемого детектором инфракрасного излучения.
В БОПНДИИИИС 16 по координатам центров световых пятен, параметрам оптических систем от БЗПОС 14 и параметрам расположения детекторов от БЗПРДИИ 15 определяются параметры направлений от детекторов инфракрасного излучения на излучатели инфракрасных сигналов и выходные данные выдаются в БОКМИИС 17. Например, по координатам светового пятна с учетом параметров установленной на детекторе оптической системы рассчитывается вектор направления луча, направленного от детектора на излучатель, в системе координат детектора, после чего данный вектор переводится в базовую систему координат (систему координат KA) с учетом параметров расположения детектора относительно базовой системы координат.
В БОКМИИС 17 в соответствии с синхронизирующими сигналами от синхронизатора 13 по амплитудам сигналов детекторов и параметрам направлений от детекторов на излучатели определяются координаты местоположений излучателей и передаются в блоки БОППК 20 и БОПОПИИСФПК 19. Например, координаты местоположений i-го излучателя инфракрасных импульсных сигналов рассчитываются как координаты точки, минимально удаленной от вышеопределенных направлений (лучей) от детекторов инфракрасного излучения на данный излучатель, выбранных с учетом амплитуд сигналов детекторов и/или взаимного углового расположения указанных направлений от детекторов на излучатели.
БИФПК 18 осуществляет индикацию фиксированных положений космонавтов, например, путем генерации соответствующих сигналов в моменты, когда члены экипажа КА принимают выпрямленное и/или согнутое/сложенное положения.
В БОПОПИИСФПК 19 по координатам местоположений излучателей инфракрасных сигналов и сигналам индикации о нахождении членов экипажа КА в заданных фиксированных положениях рассчитываются параметры относительного положения местоположений излучателей инфракрасных сигналов при фиксированных положениях космонавтов, которые передаются в БОППК 20.
В БОППК 20 на основе сопоставления текущих значений координат местоположений излучателей инфракрасных сигналов и значений параметров относительного положения излучателей инфракрасных сигналов, полученных при фиксированных положениях космонавтов, осуществляется определение текущих параметров положения космонавтов, которые передаются в БАРИВДК 21.
Определенные параметры положения каждого члена экипажа КА получены на основе определения положения как минимум двух точек, принадлежащих разным подвижным частям космонавта, и таким образом наряду с местоположением космонавта несут информацию как об ориентации космонавта относительно элементов КА, так и о взаимном относительном положении данных частей космонавта, т.е. информацию о текущей форме и ориентации космонавта - например, выпрямлен или согнут/сложен космонавт с указанием возможного диапазона углов между подвижными частями космонавта и в какую сторону он сориентирован. При этом объем и точность информации о текущей форме и ориентации космонавта определяются количеством излучателей инфракрасных сигналов, установленных на разных подвижных частях космонавта, и количеством фиксированных положений подвижных частей космонавта, при которых определяются запоминаемые параметры относительного положения излучателей инфракрасных импульсных сигналов, используемые в дальнейшем для определения текущих параметров положения космонавта.
В БМПСНС 24 с использованием данных моделей работы систем КА, поступающих от БМСКА 23, осуществляется моделирование параметров «виртуальных» событий выбранного сценария нештатной ситуации. Параметры моделируемых событий нештатных ситуаций от БМПСНС 24 передаются через ССАШРППУ 26, шестое РППУ 25, седьмое РППУ 27, ССРЭБАЗВ 31 на СЭ 28 и БАВ 29.
СЭ 28 и БАВ 29 воспроизводят космонавту визуальную и звуковую информацию, соответствующую моделируемым нештатным ситуациям на КА. Действия космонавта, выполненные в ответ на воспроизведенную визуальную и звуковую информацию, фиксируются посредством СЭ 28 и БАЗ 30. Параметры действий космонавта через ССРЭБАЗВ 31, седьмое РППУ 27, шестое РППУ 25, ССАШРППУ 26 передаются в БАРИВДК 21.
В БЗПЭПКВО 22 задаются параметры эталонных (модельных) положений космонавтов при выполнении полетных операций.
В БАРИВДК 21 параметры текущего положения космонавта/ов относительно систем и элементов КА сравниваются с параметрами эталонного модельного положения космонавта/ов при выполнении полетной операции, которую «виртуально» выполняет экипаж КА и информация о которой фиксируется посредством СЭ 28 и БАЗ 30. Если фактическое положение космонавта с необходимой точностью совпадает (соответствует) эталонному модельному положению, то такие действия космонавта в моделируемой нештатной ситуации регистрируются как «правильные».
Параметры зарегистрированных «правильных» действий космонавта/ов от БАРИВДК 21 передаются в БМПСНС 24, после чего в БМПСНС 24 осуществляется моделирование параметров последующих «виртуальных» событий нештатной ситуации с учетом выполненных зарегистрированных действий космонавта/ов.
Также информация о выполненных действиях космонавта/ов от БАРИВДК 21 и параметры моделируемых «виртуальных» событий нештатной ситуации от БМПСНС 24 через СОД 32 передаются в БУТ 33 и далее в БОУПК 36.
В БОУПК 36 выполняется определение уровня подготовки космонавтов: например, по полученной информации анализируют последовательность действий космонавтов и измеряют время выполнения космонавтом/ами действий в моделируемой нештатной ситуации, сравнивают последовательность действий космонавтов и измеренные значения времени с задаваемыми эталонными значениями, получаемыми из БЗПЭДК 35, и по результатам данного сравнения выполняют расчет уровня подготовки (компетентности) космонавтов и оценку готовности экипажа КА к нештатной ситуации.
Набор блоков, включающий седьмое РППУ 27, СЭ 28, БАВ 29, БАЗ (30) и ССРЭБАЗВ (31), составляет индивидуальное мультимедийное интерактивное средство космонавта 37 (например, планшетный компьютер). В общем случае количество таких средств соответствует количеству членов экипажа КА.
В применении к международной космической станции БУТ 33 и БЗНС 34 могут располагаться в центре управления полетом, ответственном за проведение тренировки, БЗПЭДК 35 и БОУПК 36 - в национальных центрах управления полетом, каждый из которых руководит деятельностью конкретного космонавта, а СОД 32 может состоять из бортового и наземного сегментов системы космической связи «КА-Земля» 38, 39.
Современный уровень развития техники обеспечивает малые габаритные и весовые характеристики как каждого комплекта аппаратуры, размещаемого на членах экипажа, так и оборудования, размещаемого в разнесенных точках на КА.
Например, каждый комплект аппаратуры, размещаемый в одной из точек на космонавте и выполненный на основе ИК-светодиодов L9337 производства фирмы Hamamatsu, имеет вес не более 0,025 кг и размер не более 40×40×40 мм. Каждый комплект аппаратуры, размещаемый в одной из разнесенных точек на КА и выполненный на основе двухмерного позиционно-чувствительного детектора S5991-01 производства фирмы Hamamatsu и объектива BL02820M13 производства фирмы Beward, имеет массу не более 0,5 кг и размер не более 70×100×200 мм.
Опишем технический эффект предлагаемого изобретения.
Предложенные способ и система повышают качество и достоверность определения уровня готовности экипажа КА к нештатным ситуациям путем обеспечения оперативного учета точного положения членов экипажа относительно систем и элементов КА при контроле готовности экипажа КА к нештатным ситуациям, при этом обеспечивается учет параметров текущего положения каждого космонавта как объекта с подвижными частями, включая информацию о форме и ориентации космонавта, а предложенные для этого технические средства не ограничивают перемещения космонавта и не создают помех его деятельности.
Предлагаемые способ и система обеспечивают возможность удобного и быстрого наращивания количества используемых излучателей и детекторов излучения, что позволяет быстро и экономично адаптировать систему как к изменению конфигурации КА, так и к увеличению числа космонавтов и увеличению количества размещаемых на космонавтах излучателей.
Достижение технического результата в предложенном изобретении обеспечивается за счет, в том числе:
- использования при контроле готовности экипажа КА к нештатным ситуациям определяемых параметров положения членов экипажа КА относительно систем и элементов КА, включая информацию о форме и ориентации членов экипажа КА;
- регистрацию информацию о выполненных действиях космонавта/ов в моделируемых нештатных ситуациях по результатам сравнения значений параметров текущего положения космонавта/ов относительно систем и элементов КА с задаваемыми значениями;
- формирования воспроизводимой визуальной и звуковой информации о моделируемых нештатных ситуациях с учетом зарегистрированной информации о выполненных действиях космонавта/ов;
- измерения время выполнения космонавтом/ами действий в моделируемых нештатных ситуациях и оценивания по нему навыков и готовности экипажа к нештатным ситуациям;
- использования инфракрасных импульсных сигналов, излучаемых излучателями, размещенными предложенным способом на членах экипажа КА, приема излученного инфракрасного излучения позиционно-чувствительными детекторами инфракрасного излучения, размещенными предложенным способом на КА, измерения генерируемых ими параметров и использования предложенной методики применения измеренных параметров, включая сопоставление определенного текущего положения излучателей с параметрами относительного положения излучателей, определенными при заданных фиксированных положениях членов экипажа КА;
- использования радиоканала для управления и синхронизации моментов излучения, приема и передачи данных по результатам приема инфракрасных импульсных сигналов;
- использования радиоканала для связи с мультимедийными интерактивными средствами экипажа;
- малых габаритных и весовых характеристик комплектов аппаратуры, размещаемых на членах экипажа и в разнесенных точках на КА.
В том числе достижение технического результата в предложенной системе обеспечивается введением предложенных блоков, а также предложенных функциональных связей между блоками и предложенным исполнением уже известных блоков.
В настоящее время технически все готово для реализации предложенного способа. Промышленное исполнение существенных признаков, характеризующих изобретение, не является сложным и может быть выполнено с использованием существующих технических средств.