Основные тенденции развития космических комплексных тренажеров

Еремин А.Ф., Касатиков Ю.В., Терехов В.В., Валов Ю.Е.

В рамках государственной программы освоения космического пространства создан и успешно функционирует отечественный уникальный эрготехнический комплекс подготовки Российских и международных экипажей к космическим полетам на транспортных кораблях и долговременных орбитальных станциях. Особое место в этом комплексе занимают комплексные тренажеры транспортных кораблей, предназначенные для привития будущим космонавтам устойчивых профессиональных навыков по управлению кораблем на всех этапах полета в полном объеме программы и для выдачи обоснованного заключения о готовности экипажа к полету на транспортном корабле.

Как и во всякой обучающей системе, в рассматриваемых тренажерах выделяются три основных структурных части:

- рабочее место тренируемого экипажа - полноразмерная кабина космического корабля с действующим внут-рикабинным оборудованием и обеспечивающими системами;

- система имитации объекта и среды, в том числе модели устройств

летательного аппарата,модели полета, имитаторы внешней визуальной обстановки и других физических факторов;

- канал управления обучением, включающий пульт инструктора и вспо мо~ гательное сервисное оборудование.

По сложности комплексные тренажеры почти не уступают реальным космическим кораблям, а по эффективности превосходят систему специализированных тренажеров того же назначения. По сути они являются единственным наземным средством проведения генеральной репетиции космического полета с организацией своего рода выпускного экзамена для космонавтов, что является существенной особенностью космических пилотируемых аппаратов, на которых из-за больших расходов не проводятся учебные полеты. Можно утверждать, что технико-экономический эффект от использования космических комплексных тренажеров практически сопоставим со стоимостью успешного космического полета.

В обеспечение программ космических полетов Научно-исследовательским институтом авиационного оборудования совместно с Центром подготовки космонавтов, НПО "Энергия" и другими предприятиями в период с 1960 по 1992 гг. было создано 15 комплексных тренажеров и их модификаций, составляющих четыре поколения тренажеров.

Пройденный за эти годы путь развития и совершенствования основных тренажерных средств имитации полета был сложным и нередко приобретал драматический оттенок.С одной стороны -высокие требования заказчика к функциональному соответствию тренажера реальному кораблю, с другой - отсутствие необходимой техники моделирования движения корабля, имитации визуальной обстановки. Естественно, что тенденция развития имитационных средств хронологически связана с совершенствованием изделий электронной техники и, в первую очередь, вычислительных машин. Ограниченные возможности электронной техники 60-90 гг. ставили перед создателями тренажеров трудно решаемые проблемы: недостаточная точность и даже неустойчивость моделей движения объекта, малое быстродействие первых цифровых ЭВМ, низкая надежность работы оборудования. Единственно правильные пути преодоления трудностей специалисты находили в создании уникальных прецизионных электромеханических блоков, в неблагодарном рутинном труде программирования в машинных кодах, в необходимости технического обслуживания тренажеров специалистам и-разработчикам и этих тренажеров. Действенность этих мероприятий обеспечила своевременную и качественную подготовку всех отечественных и международных экипажей. Так, только на тренажере второго поколения ТДК-7К в 1966-1980 гт. прошли обучение по программе "Союз" более 70 экипажей; проведено 2750 тренировок; тренажер проработал более 19000 часов при гарантийном ресурсе 5000 часов; за эти годы на тренажере было осуществлено 46 доработок по результатам изменений на объекте. То же самое можно сказать и о цифровом тренажере четвертого поколения ТДК-7СТ2, который к настоящему времени имеет общую наработку более 18000 часов и является единственным действующим комплексным тренажером корабля "Союз-ТМ'.

Специалисты-разработчики приобрели за эти годы богатейший неоценимый опыт проектирования и сопровождения тренажеров.

Общий вид комплексного тренажера корабля "Союз-ТМ"

Однако нельзя забывать и о других недостатках тренажеров этих четырех поколений. Это: упрощенные уравнения движения, заметные дрейфы интеграторов аналоговых ЭВМ, большое энергопотребление, большие занимаемые площади, недостаточная надежность, быстродействие и ресурсы используемых ЦВМ, ограниченные возможности имитаторов визуальной обстановки, невозможность внедрения автоматизированной полной объективной оценки результатов тренировки в оперативном режиме. Перечисленные недостатки в основном обусловлены низкими характеристиками имевшихся в то время в распоряжении разработчиков технических средств. В те годы действовал жесткий запрет на использование в тренажерах зарубежного оборудования. И только в последние несколько лет инженеры-разработчики тренажеров получили возможность использовать современные быстродействующие, надежные средства микроэлектроники, что позволит избавиться от недостатков, присущих предыдущим поколениям тренажеров. Отмена "военных" ограничений и появление на рынке огромного разнообразия изделий электронной техники самого различного назначения и стандартного программного обеспечения открыли путь к проектированию тренажеров пятого поколения. Примером такой разработки служит комплексный тренажер ТДК-7СТЗ корабля "Союз-ТМА", который создается на базе глубокой модернизации тренажера ТДК-7СТ1. Тренажер ТДК-7СТЗ является одной из важных работ международной программы "Альфа".

Надо отдать должное специалистам Центра подготовки космонавтов, они вложили максимум знаний и усилий в анализ, выбор и приобретение электронного оборудования и программного обеспечения, однотипных с современными зарубежными средствами, используемых в тренажерах. На основе современной элементной базы создан и проходит испытания синтезирующий многоканальный генератор изображения для системы визуализации.

В результате проработки различных вариантов схемы тренажера определены структуры вычислительной и интерфейсной систем открытого типа с включением в их состав таких мощных средств как Silicon Graphics со стандартной UNIX - подобной операционной системой и стандартный комплекс YME.

По оценкам специалистов использование выбранной высокопроизводительной, совершенной технической базы открытого типа и стандартных сертифицированных программ обеспечит:

- повышение качества моделирования полета в целом;

- поэтапный ввод элементов автоматизации процесса обучения;

- существенное сокращение времени и снижение расходов при тиражи рова-нии и проектировании тренажных средств, в том числе специализированных тренажеров.

Комплексный космический тренажер пятого поколения по основным параметрам в совокупности на порядок выше любого тренажера четвертого поколения. Тренажер становится все более "интеллектуальным", что подтверждается большим объемом программно-математического обеспечения (ПМО), особенно сервисного (полный объем ПО возрос со 100 Кб программного кода для ТДК-7СТ1 до 2,3 Мб для ТДК-7СТЗ).

В заключение следует отметить, что высокая сложность технических средств и большой объем программно-математического обеспечения потребует привлечения инженеров-разработчиков к техническому обслуживанию тренажеров пятого поколения. Но это можно отнести к "почетным недостаткам" этих тренажеров.