Тренажер внекорабельной деятельности космонавтов

Тренажер внекорабельной деятельности космонавтов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики - космическому тренажеростроению и, в частности, к наземным техническим средствам, предназначенным для подготовки космонавтов к работе в открытом космосе на орбите Земли.

Известна многофункциональная система имитации космического корабля (Европейская патентная заявка CN 202042069 U, MULTI-ROLE SPACE SIMULATION SYSTEM AND SPACE SHIP SIMULATION SYSTEM, Int. Class.: G09B 9/52, H04L 29/06, Priority Data: 05.03.2011, Applicants: BEIJING SUPER VIEW TECHNOLOGY CO LTD [CN]), содержащая систему имитации бортовых систем космического корабля и отдельных факторов космического пространства, функционирующую на базе сервера, сетевые коммуникационные устройства и персональные компьютеры обучаемых с основным и дополнительным дисплеями и с устройством управления компьютером.

Известен также «Стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности» (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=l35), обеспечивающий моделирование бортовых систем и погружение в виртуальный мир Российского сегмента Международной космической станции, а также отработку группового взаимодействия членов экипажа при их совместной работе по эксплуатации и ремонту бортовых систем.

Недостатком данных систем является то, что они, относясь к автоматизированным обучающим системам, использующим синтезированные изображения бортового оборудования и отдельных факторов космического пространства (на базе технологий виртуальной реальности), предназначены, преимущественно, для теоретической и первоначальной практической подготовки (так называемой предтренажерной подготовки: знакомство с устройством космического аппарата и принципами его управления, привитие первоначальных навыков по управлению космическим аппаратом, визуализация процессов и явлений космического пространства и т.д.). В составе этих систем отсутствуют штатные органы управления и средства отображения информации (или органы управления и средства отображения информации в тренажном исполнении, внешне полностью идентичные штатным), что не позволяет обеспечить приобретение обучаемыми операторами устойчивых сенсорно-моторных навыков по управлению космическим аппаратом. В то же время огромным преимуществом систем, использующих технологии виртуальной реальности, является практически неограниченная возможность наглядной демонстрации обучаемым космического пространства и условий космического полета, например, невесомости, солнечной радиации, перепада температур, метеорной пыли, перегрузки и т.д.

Также известны система и метод для автономной подготовки астронавтов (Международная патентная заявка WO 2004109623, SYSTEM AND METHOD FOR AUTONOMOUS TRAINING, Int. Class.: A63B 24/00, G09B 9/00, G09B 9/52, Priority Data: 16.12.2004, Applicants: CANADIAN SPACE AGENCY [CA]), содержащая моделирующий компьютер, ручку управления движением, ручку управления угловым положением, базу данных: с параметрами движения реального объекта и моделируемыми параметрами движения объекта, с базовыми (эталонными) и текущими уровнями профессиональной подготовки астронавта, графический компьютер с тремя графическими акселераторами и три видеодисплея.

Недостатком данной системы является то, что она относится к автоматизированным обучающим системам, в которых для создания рабочего места обучаемого используется только несколько штатных компонентов (ручка управления движением и ручка управления угловым положением) без воспроизведения интерьера или даже без имитации рабочей зоны макета кабины реального космического корабля (реального модуля орбитальной космической станции), что значительно снижает эффективность подготовки.

Помимо этого известен космический тренажер (Патент на изобретение РФ №2367027, ТРЕНАЖЕР ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ, МПК: G09B 9/52 (2006.01), Дата начала отсчета срока действия патента: 05.02.2008, Патентообладатель: Общество с ограниченной ответственностью «Центр тренажеростроения и подготовки персонала» (RU)), состоящий из пульта контроля и управления тренировкой, модели командной радиолинии, модели датчиков, модели измерителя линейного ускорения, модели движения космического корабля, модели исполнительных органов комбинированной двигательной установки, модели бортового цифрового вычислительного комплекса, модели системы управления бортовым комплексом, первого блока формирования форматов и пульта космонавтов, а также дополнительно содержит модель движения космической станции, модель системы взаимных измерений, первый, второй и третий формирователи визуальной обстановки, модель построителя местной вертикали, второй блок формирования форматов, устройства сопряжения с объектом, модель блока управления перемещением объекта, формирователь акустической обстановки, рабочее место экипажа, состоящее из макета кабины спускаемого аппарата пилотируемого космического корабля и включающее телекамеру наблюдения, средства имитации связи «Борт-Земля», ручку управления движением, визир специальный космонавта, ручку управления ориентацией, акустическую систему, первый и второй визуальный иллюминаторы, кресло бортинженера, кресло командира корабля и кресло космонавта-исследователя.

Данный тренажер ориентирован, преимущественно, на обеспечение практической профессиональной подготовки космонавтов к выполнению только наиболее ответственных операций по пилотированию (сближение, причаливание и стыковка с орбитальным модулем Международной космической станции) транспортного космического корабля типа «Союз-ТМА» (то есть профессиональная деятельность космонавта, находящегося исключительно внутри космического аппарата). Причем имитация космических условий в тренажере реализована только путем визуализации внешней обстановки в иллюминаторах спускаемого аппарата космического корабля.

Известны устройства (Патент на полезную модель РФ №104360, ОБУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, МПК: G09B 9/16 (2006.01), B64G 7/00 (2006.01), Дата начала отсчета срока действия патента: 04.02.2011, Патентообдадатель: Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Научно-Исследовательский Институт Авиационного оборудования (ФГУП НИИ АО) (RU) и Патент на полезную модель РФ №81361, КОМПЛЕКСНОЕ ОБУЧАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, МПК: G09B 1/00 (2006.01), Дата начала отсчета срока действия патента: 17.12.2008, Патентообдадатель: ФГУП НИИАО (RU)), а также тренажер (Патент на изобретение РФ №2254617, ДИНАМИЧЕСКИЙ ТРЕНАЖЕР, МПК 7: G09B 9/10, Дата начала отсчета срока действия патента: 02.09.2003, Патентообдадатель: ФГУП НИИАО (RU)), в которых в динамическом режиме работы с помощью управляемой центрифуги имитируется один из факторов космического полета, а именно воздействие перегрузки на космонавта, находящегося в космическом корабле «Союз-ТМА», на этапе управляемого спуска.

Однако во всех рассмотренных выше технических средствах подготовки отсутствует имитация такого важного фактора космического полета, как невесомость и, соответственно, не обеспечивается приобретение обучаемыми космонавтами сенсорно-моторных навыков при выполнении операций в открытом космосе, то есть при осуществлении так называемой внекорабельной деятельности.

Известны устройство (Международная патентная заявка №ЕР 1231139, DEVICE FOR THE SIMULATION OF VARIABLE GRAVITY ACCELERATIONS, IPC: B64D 47/00, B64G 7/00, Publication Date: 13.02.2001, Applicant: EADS SPACE TRANSP GMBH [DE]) и способ (Патент на изобретение РФ №2099256, СПОСОБ ПИЛОТИРОВАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, СОВЕРШЕНСТРУЮЩИЙ СОСТОЯНИЕ ИСКУССТВЕННОЙ НЕВЕСОМОСТИ И СИСТЕМА ДЛЯ РЕАЛИЗАЦИИ ЭТОГО СПОСОБА, МПК 6: B64G 7/00, Опубликовано: 20.12.1997, Патентообладатель: Сантр Насьональ Д'Этюд Спасьаль (FR)), а также летающие лаборатории (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=132), в которых для создания невесомости используется самолет, летящий по параболической траектории (по так называемой «параболе Кеплера»).

Основным недостатком данных устройств является сравнительная кратковременность имитации состояния невесомости (до 15 режимов невесомости, каждый длительностью ориентировочно 15-30 с, причем общее время пребывания в состоянии невесомости составляет не более 450 с), что позволяет обучаемым лишь ознакомиться с влиянием невесомости на организм, с особенностями пространственной ориентировки в безопорном пространстве и, в лучшем случае, выполнить только некоторые простейшие операции из комплекса процедур многочасовой внекорабельной деятельности.

Известны метод и устройство создания переменной силы тяжести с эффектом присутствия в виртуальной реальности (Международная патентная заявка №WO/2011/032363, METHOD AND APPARATUS OF VARIABLE G FORCE EXPERIENCE AND CREATE IMMERSIVE VR SENSATIONS, IPC: B64G 7/00, G09B 9/00, Publication Date: 24.03.2011, Applicant: XIAO, Quan [CN/CN]), а также устройство и метод для имитации ощущений, испытываемых в космическом пространстве (Международная патентная заявка №WO/2009/029657, APPARATUS AND METHOD OF SIMULATING A SOMATOSENSORY EXPERIENCE IN SPACE, IPC: B64G 7/00, Publication Date: 05.03.2009, Applicant: XIAO, Quan [CN/US]). Основным недостатком этих методов и устройств для их осуществления является необходимость использования гидросреды для обезвешивания обучаемого космонавта, помещенного в специальный скафандр.

Сравнительный анализ работы космонавтов в условиях открытого космоса и в гидросреде (см. Тренажерные комплексы и тренажеры. Технологии разработки и опыт эксплуатации / В.Е. Шукшунов, В.В. Циблиев, СИ. Потоцкий и др. Под ред. В.Е. Шукшунова. - М.: Машиностроение, 2005. - с.258-260) показывает, что при работе в гидросреде возникают дополнительные нагрузки на обучаемого (являющиеся предпосылками для привития некоторых так называемых «ложных навыков»), которые вызваны рядом факторов (необходимость крепления на скафандр грузов для создания нулевой плавучести, гидродинамическое сопротивление жидкости как при движениях рук, так и особенно ощутимое гидродинамическое сопротивление при перемещениях обучаемых космонавтов в гидросреде, в то время как в открытом космосе перемещение осуществляется по инерции и при отсутствии каких-либо сил сопротивления и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является система управления (Патент на изобретение РФ №2355039, СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫМ ПЕРЕМЕЩЕНИЕМ ОБУЧАЕМОГО НА ТРЕНАЖЕРЕ ВЫХОДА В КОСМОС, МПК G09B 9/00 (2006.01), Дата начала отсчета срока действия патента: 12.12.2007, Патентообдадатель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)", ГОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) (RU), содержащая скафандр с обучаемым, задатчик веса груза, датчик положения, индикатор нуля, индикатор отказа датчика усилия, задатчик момента электродвигателя, сумматор, устройство регулирования момента, электродвигатель, передаточное устройство, датчик усилия, блок выделения разности усилий, регулятор усилия, кнопка запуска коррекции, первый блок коррекции и ключ, датчик скорости и второй блок коррекции.

Механическая часть системы управления перемещением скафандра с обучаемым 1 на тренажере выхода в космос (представленная на фиг.2 Патента №2355039 и также называемая «передаточным устройством» 10 - см. фиг.1 этого же Патента №2355039) содержит электродвигатель 9 с подключенными к его валу датчиком положения 3 и датчиком скорости 17 (на фиг.2 Патента №2355039 не показаны), который через редуктор 19 соединен с барабаном 20 передаточного механизма 10. Кроме редуктора 19 и барабана 20 в состав передаточного механизма 10 входит выполненная в две ветви канатная передача 21, связанная через направляющие блоки 22, 23 и 24 с балансиром 25, который позволяет автоматически выравнивать длину ветвей канатов и удерживать скафандр с обучаемым 1 на весу даже в случае обрыва одной из ветвей канатной передачи. К нижнему блоку 24 подключен корпус датчика усилия 11, с которым соединен скафандр с обучаемым 1. К скафандру с обучаемым 1 подведен жгут из трубопроводов и электрических кабелей 26 с помощью нескольких пассивных тележек 27, которые позволяют удерживать жгут в подвешенном состоянии на раме 28 при горизонтальных перемещениях скафандра с обучаемым 1. Запасовка троса канатной передачи 21 с помощью направляющих блоков 22, 23 и 24 осуществляется таким образом, чтобы при перемещении скафандра с обучаемым 1 в горизонтальной плоскости не изменялась высота его подвеса. Верхние направляющие блоки 23 подвешены к каретке 29, относящейся к системе горизонтального перемещения скафандра с обучаемым 1. Каретка 29 перемещается по мосту 30 с помощью четырех опор 31 на воздушной пленке. Угловые перемещения мост 30 совершает с помощью узла поворота 32. При этом мост 30 с помощью четырех опор 33 на воздушной пленке опирается на стойки 34 с платформами 35. Подвод воздуха к опорам 31 и 33 на воздушной пленке осуществляется по шлангам питания (на фиг.2 Патента №2355039 не показаны).

Данная система, предназначенная для создания тренажера по подготовке к выходу в космос обучаемого космонавта в переходном (стыковочном) отсеке орбитального модуля Российского сегмента Международной космической станции и осуществлению его внекорабельной деятельности в открытом космосе, обеспечивает имитацию состояния невесомости в воздушной среде методом силокомпенсирующего обезвешивания космонавта в скафандре, перемещающегося в так называемом «безопорном пространстве» с тремя степенями свободы. В системе (см. фиг.2 Патента №2355039) для реализации вертикальных перемещений использован метод активного силокомпенсирующего обезвешивания (компенсация силы Земного притяжения путем использования управляемого электропривода), причем подвес скафандра с обучаемым 1 к каретке 29 выполнен с помощью специальной запасовки троса (так называемый «сдвоенный полиспаст») канатной передачи 21, благодаря чему обеспечивается независимость вертикальных и горизонтальных перемещений объекта обезвешивания. Ограничением системы является отсутствие возможности (из-за высокой сложности реализации) компенсации сил Земного притяжения рук космонавта, а также приборов и инструментов, которые используются космонавтом при выполнении тренировочного задания по внекорабельной деятельности, которое однако несколько «сглаживается» относительной жесткостью рукавов и перчаток выходного скафандра, обусловленной их конструкцией, и наличием избыточного давления воздуха внутри скафандра и его рукавов по сравнению с внешней средой. То есть, использование системы силокомпенсирующего обезвешивания обеспечивает так называемую «полную» невесомость, только непосредственно космонавта в скафандре (только базовую функцию обезвешивания), без какой-либо компенсации сил притяжения отдельных конечностей космонавта, приборов и инструментов. В данной системе по Патенту №2355039, для реализации перемещений в горизонтальной плоскости используются два движения - вращательное движение моста 30, с расположенной на нем кареткой 29, с помощью узла поворота 32 на угол 90° вокруг оси стойки 34 и радиальное движение каретки 29 вдоль моста 30. Причем у каретки 29 и у моста 30 используются опоры 31 и 33 на воздушной пленке (в технической литературе чаще применяется термин на «воздушной подушке»), благодаря которым трение между ними и платформами 35 стоек 34 практически отсутствует, вследствие чего характер движений космонавта в горизонтальной плоскости в значительной мере соответствует особенностям передвижения в космосе.

Таким образом, в системе управления вертикальным перемещением обучаемого на тренажере выхода в космос использовано силокомпенсирующее обезвешивание скафандра с обучаемым активного типа для вертикального перемещения и пассивного - для перемещений в горизонтальной плоскости.

Система управления вертикальным перемещением обучаемого на тренажере выхода в космос не предоставляет ряд необходимых для современного тренажера профессионального уровня функций: во-первых, не обеспечивает жизнедеятельность обучаемого в скафандре, во-вторых, предоставляет возможность одновременной подготовки только для одного обучаемого, в-третьих, не предусматривает компоновку рабочего места обучаемых оборудованием, необходимым для подготовки к выходу в открытый космос; в-четвертых, не предусматривает компоновку рабочего места обучаемых оборудованием, необходимым для получения сенсорно-моторных навыков при работе в открытом космическом пространстве на орбите Земли, в-пятых, не предусматривает возможность контроля и управления ходом тренировки, в-шестых, не предусматривает возможность связи обучаемого с остальными членами экипажа и имитации связи со специалистами Центра управления полетами, в-седьмых, не обеспечивает возможность телевизионного наблюдения за обучаемым, в-восьмых, не предусматривает возможность моделирования светотеневой обстановки, характерной для космических объектов, которые находятся на орбите Земли, и, в-девятых, не обеспечивает психофизиологический контроль за обучаемым в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей предлагаемого тренажера внекорабельной деятельности космонавтов для обеспечения профессионального уровня подготовки космонавтов к выходу в открытый космос, выполнению перемещений и различных технологических операций (так называемая «внекорабельная деятельность» на орбите Земле) в условиях имитируемой «полной» невесомости открытого космического пространства.

Поставленная цель достигается тем, что в тренажер внекорабельной деятельности космонавтов, состоящий из первого узла поворота, первого датчика положения, первой системы управления перемещением, первой механической части системы управления перемещением, первого электродвигателя, первого датчика усилия, первого датчика скорости и первого скафандра с обучаемым, причем вход-выход первого узла поворота через последовательно соединенные первую механическую часть системы управления перемещением и первый датчик усилия подключен к первому входу-выходу первого скафандра с обучаемым; к первому входу первой системы управления перемещением через первый датчик положения подключен первый выход первой механической части системы управления перемещением, ко второму входу через первый датчик скорости - второй выход первой механической части системы управления перемещением, к третьему входу - выход первого датчика усилия; выход первой системы управления перемещением через первый электродвигатель подключен к входу первой механической части системы управления перемещением, введены пульт контроля и управления, вторая системы управления перемещением, средства связи, средств обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре, средств психофизиологического контроля, устройств сопряжения с объектом, пульт врача и рабочее место обучаемых, состоящее из второго узла поворота, второго датчика положения, второй механической части системы управления перемещением, второго электродвигателя, второго датчика усилия, второго датчика скорости, второго скафандра с обучаемым, комплекта оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля, комплект телекамер наблюдения, средств моделирования светотеневой обстановки и фрагмента макета орбитального модуля; вход-выход второго узла поворота через последовательно соединенные вторую механическую часть системы управления перемещением и второй датчик усилия подключен к первому входу-выходу второго скафандра с обучаемым; к первому входу второй системы управления перемещением 8 через второй датчик положения подключен первый выход второй механической части системы управления перемещением, ко второму входу через второй датчик скорости - второй выход второй механической части системы управления перемещением, к третьему входу - выход второго датчика усилия; выход второй системы управления перемещением через второй электродвигатель подключен к входу второй механической части системы управления перемещением; к первому входу-выходу пульта контроля и управления подключен первый вход-выход средств связи, ко второму входу-выходу - вход-выход пульта врача, к третьему входу-выходу - вход-выход комплекта телекамер наблюдения, к четвертому входу-выходу - первый вход-выход устройств сопряжения с объектом, к первому входу - первый выход первого скафандра с обучаемым, ко второму входу - выход средств обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре, к третьему входу - второй выход второго скафандра с обучаемым; ко второму входу-выходу средств связи подключен второй вход-выход первого скафандра с обучаемым, к третьему входу-выходу - второй вход-выход второго скафандра с обучаемым; к первому входу-выходу средств обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре подключен третий вход-выход первого скафандра с обучаемым, ко второму входу-выходу - третий вход-выход второго скафандра с обучаемым; второй вход-выход устройств сопряжения с объектом подключен к входу-выходу комплекту оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля; выход пульта контроля и управления через средства моделирования светотеневой обстановки подключен к входу фрагмента макета орбитального модуля; к первому входу средств психофизиологического контроля подключен второй выход первого скафандра с обучаемым, ко второму входу - первый выход второго скафандра с обучаемым, выход средств психофизиологического контроля подключен к входу пульта врача. Причем в состав рабочего места обучаемых включены первый узел поворота, первый датчик положения, первая механическая часть системы управления перемещением, первый электродвигатель, первый датчик усилия, первый датчик скорости и первый скафандр с обучаемым.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом тренажере обеспечивается профессиональная подготовка одного или двух обучаемых, «одетых» в штатные выходные скафандры Российского сегмента МКС типа «Орлан» и «погруженных» в безопорное пространство с тремя степеням свободы в условиях имитируемой «полной» невесомости, по приобретению устойчивых сенсорно-моторных навыков при подготовке внутри орбитального отсека МКС к выходу в открытый космос, а также при выполнении совместных операций и процедур внекорабельной деятельности в открытом космическом пространстве.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 представлена функционально-структурная схема тренажера внекорабельной деятельности космонавтов.

На фиг.2 представлен чертеж общего вида механической части системы перемещения обучаемого космонавта в тренажере с тремя степеням свободы.

А в приложении к данному описанию приведены фотографии 1-3.

На фото 1 представлен общий вид рабочего места экипажа тренажера (это изображение принадлежит ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю. А. Гагарина», скопировано с Web-страницы: http://www.gctc.ru/main.php?id=l 45).

На фото 2 представлена фотография этапа надевания (или, точнее, «входа») обучаемого в выходной космический скафандр модели «Орлан-ДМА».

На фото 3 представлена фотография космонавта Сергея Крикалева во время работы в открытом космосе в скафандре модели «Орлан-М» (это изображение с наименованием «Attired in a Russian Orlan spacesuit, astronaut John Phillips participates in a session of extravehicular activity. Cosmonaut Sergei Krikalev is seen in Phillip's helmet visor» внесено в каталог Космического центра имени Джонсона Национального управления США по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) под идентификатором (Photo ID): ISS011-Е-11949, дата: 18 августа 2005, http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4% D0%B0%D0%B9%D0%BB:ISS-1 l_Phillips_at_EVA.jpg).

Согласно фиг.1 тренажер включает пульт контроля и управления 1, рабочее место обучаемых 2, первый узел поворота 3, первый датчик положения 4, первую систему управления перемещением 5, второй узел поворота 6, второй датчик положения 7, вторую систему управления перемещением 8, первую механическую часть системы управления перемещением 9, первый электродвигатель 10, вторую механическую часть системы управления перемещением 11, второй электродвигатель 12, первый датчик усилия 13, первый датчик скорости 14, второй датчик усилия 15, второй датчик скорости 16, первый скафандр с обучаемым 17, средства связи 18, второй скафандр с обучаемым 19, средства обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре 20, средства психофизиологического контроля 21, устройства сопряжения с объектом 22, комплект оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля 23, комплект телекамер наблюдения 24, средства моделирования светотеневой обстановки 25, фрагмент макета орбитального модуля 26 и пульт врача 27.

Вход-выход первого узла поворота 3 через последовательно соединенные первую механическую часть системы управления перемещением 9 и первый датчик усилия 13 подключен к первому входу-выходу первого скафандра с обучаемым 17. К первому входу первой системы управления перемещением 5 через первый датчик положения 4 подключен первый выход первой механической части системы управления перемещением 9, ко второму входу через первый датчик скорости 14 - второй выход первой механической части системы управления перемещением 9, к третьему входу - выход первого датчика усилия 13. Выход первой системы управления перемещением 5 через первый электродвигатель 10 подключен к входу первой механической части системы управления перемещением 9.

Вход-выход второго узла поворота 6 через последовательно соединенные вторую механическую часть системы управления перемещением 11 и второй датчик усилия 15 подключен к первому входу-выходу второго скафандра с обучаемым 19. К первому входу второй системы управления перемещением 8 через второй датчик положения 7 подключен первый выход второй механической части системы управления перемещением 11, ко второму входу через второй датчик скорости 16 - второй выход второй механической части системы управления перемещением 11, к третьему входу - выход второго датчика усилия 15. Выход второй системы управления перемещением 8 через второй электродвигатель 12 подключен к входу второй механической части системы управления перемещением 11.

К первому входу-выходу пульта контроля и управления 1 подключен первый вход-выход средств связи 18, ко второму входу-выходу - вход-выход пульта врача 27, к третьему входу-выходу - вход-выход комплекта телекамер наблюдения 24, к четвертому входу-выходу - первый вход-выход устройств сопряжения с объектом 22, к первому входу - первый выход первого скафандра с обучаемым 17, ко второму входу - выход средств обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре 20 к третьему входу - второй выход второго скафандра с обучаемым 19.

Ко второму входу-выходу средств связи 18 подключен второй вход-выход первого скафандра с обучаемым 17, к третьему входу-выходу - второй вход-выход второго скафандра с обучаемым 19.

К первому входу-выходу средств обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре 20 подключен третий вход-выход первого скафандра с обучаемым 17, ко второму входу-выходу - третий вход-выход второго скафандра с обучаемым 19.

Второй вход-выход устройств сопряжения с объектом 22 подключен к входу-выходу комплекту оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля 23.

Выход пульта контроля и управления 1 через средства моделирования светотеневой обстановки 25 подключен к входу фрагмента макета орбитального модуля 26.

К первому входу средств психофизиологического контроля 21 подключен второй выход первого скафандра с обучаемым 17, ко второму входу - первый выход второго скафандра с обучаемым 19, выход средств психофизиологического контроля 21 подключен к входу пульта врача 27.

Причем первый узел поворота 3, первый датчик положения 4, второй узел поворота 6, второй датчик положения 7, первая механическая часть системы управления перемещением 9, первый электродвигатель 10, вторая механическая часть системы управления перемещением 11, второй электродвигатель 12, первый датчик усилия 13, первый датчик скорости 14, второй датчик усилия 15, второй датчик скорости 16, первый скафандр с обучаемым 17, второй скафандр с обучаемым 19, комплект оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля 23, комплект телекамер наблюдения 24, средства моделирования светотеневой обстановки 25 и фрагмент макета орбитального модуля 26 включены в состав рабочего места обучаемых 2.

Согласно фиг.2 каждая из механических частей системы перемещения обучаемого космонавта в тренажере с тремя степеням свободы (на фиг.1 обозначены позициями 9 и 11) включает электродвигатель 10 с подключенными к его валу датчиком положения 4 и датчиком скорости 14 (см. фиг.1, так как датчики положения 4 и скорости 14 на фиг.2 не показаны), который через редуктор 44 соединен с барабаном 45 передаточного механизма. Кроме редуктора 44 и барабана 45 в состав передаточного механизма входит выполненная в две ветви канатная передача 41, связанная через направляющие блоки 36, 35 и 40 с балансиром 31, который позволяет автоматически выравнивать длину ветвей канатов и удерживать скафандр с обучаемым 17 на весу даже в случае обрыва одной из ветвей канатной передачи. К нижнему блоку 40 подключен корпус датчика усилия 13, с которым соединен скафандр с обучаемым 17. К скафандру с обучаемым 17 подведен жгут из трубопроводов и электрических кабелей 30 с помощью четырех пассивных тележек 29, которые позволяют удерживать жгут в подвешенном состоянии на раме 28 при горизонтальных перемещениях скафандра с обучаемым 17. Запасовка троса канатной передачи 41 с помощью направляющих блоков 36, 35 и 40 осуществляется таким образом, чтобы при перемещении скафандра с обучаемым 17 в горизонтальной плоскости не изменялась высота его подвеса. Верхние направляющие блоки 35 подвешены к каретке 32, относящейся к системе горизонтального перемещения скафандра с обучаемым 17. Каретка 32 перемещается по мосту 34 с помощью четырех опор 37 на воздушной пленке. Угловые перемещения мост 34 совершает с помощью узла поворота 38 вокруг оси стойки 42 на угол 90°. При этом мост 34 с помощью четырех опор 33 на воздушной пленке опирается на стойки 42 и 43 с платформами 39 (причем платформа 39 у стойки 42 представляет собой полосу в четверть плоского кольца). Подвод воздуха к опорам 33 и 37 на воздушной пленке осуществляется по шлангам сжатого воздуха от компрессора (на фиг.2 не показаны).

Пульт контроля и управления 1, обеспечивающий размещение двух инструкторов и инженера за эргономичными автоматизированными рабочими местами, реализован на базе трех персональных компьютеров. Для обеспечения связи инструкторов (выполняющих на тренажере роль специалистов Центра управления полетами или членов экипажа, находящихся в орбитальных отсеках МКС) с обучаемыми, располагающимися в скафандрах, в состав пульта контроля и управления тренировкой 1 включены средства связи (пульты абонента и блоки контрольных громкоговорителей), а для осуществления дистанционного визуального наблюдения за действиями обучаемых - средства телевизионного наблюдения (коммутатор телевизионных сигналов, пульты управления телекамерами наблюдения и два видеоконтрольных устройства). Кроме того, в состав пульта контроля и управления тренировкой 1 включены устройства отображения информации, поступающей от средств обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре 20, и панель управления средствами моделирования светотеневой обстановки 25. Пульт контроля и управления тренировкой 1 предназначен для задания сценария и начальных условий тренировки, запуска и оперативного контроля хода тренировки, ввода отказов, а также останова и завершения тренировки.

Рабочее место обучаемых 2 (см. фото 1) представляет собой выделенное помещение, в котором в единой конструкции скомпонованы: два комплекта механических частей системы перемещения по трем степеням свободы 9 и 11 для двух скафандров с обучаемыми 17 и 19, приводимые в движение электродвигателями 10 и 12 и контролируемые датчиками 4, 7, 13, 14, 15 и 16; комплект оборудования шлюзования переходного и стыковочного отсеков орбитального модуля 23, комплект телекамер наблюдения 24, средства моделирования светотеневой обстановки 25 и фрагмент макета орбитального модуля 26.

Первый 3 и второй 6 узлы поворота, предназначенные для перемещения/поворота вокруг оси стойки 43 с платформой 39 (см. фиг.2) моста 34 из состава первой 9 и второй 11 механической части системы управления перемещением, представляют собой комплектные электроприводы, которые включают электродвигатель, механическую передачу и автономную систему управления.

В качестве первого 4 и второго 7 датчиков положения, предназначенных для обеспечения обратной связи по положению скафандров с обучаемым 17 и 19 для первой 5 и второй 8 систем управления перемещением, использованы резольверы (совместно с измерительными преобразователями на базе микросхем типа AD2S90 и AD2S99).

Первая 5 и вторая 8 системы управления перемещением, предназначенные для обеспечения вертикального перемещения обучаемого, состоят из задатчика веса груза, индикатора нуля, индикатора отказа датчика усилия, задатчика момента электродвигателя, сумматора, устройства регулирования момента, блока выделения разности усилий, регулятора усилия, кнопки запуска коррекции, первого блока коррекции, ключа и второго блока коррекции, то есть, по составу большинства компонентов, абсолютно идентичны техническому решению-прототипу (Система управления вертикальным перемещением обучаемого на тренажере выхода в космос по Патенту №2355039), с тем лишь отличием, что: первый скафандр с обучаемым 17 (является, в конечном итоге, основным объектом управления для данной системы), первые датчики положения 4, усилия 13 и скорости 17 (обеспечивают функционирование обратных связей данной системы), первый электродвигатель 10 (является исполнительным устройством для данной системы) и первая механическая часть системы управления перемещением 9, также называемая в Патенте №2355039 «передаточным устройством» (см. позицию 10 фиг.1 Патента №2355039), для большей наглядности представления на функционально-структурном уровне предлагаемого технического решения выделены в качестве отдельных функционально законченных компонентов.

В качестве первого 10 и второго 12 электродвигателей, предназначенных для привода редуктора 44, использованы высокомоментные электродвигатели постоянного тока.

В качестве первого 13 и второго 15 датчиков усилия, предназначенных для обеспечения обратной связи по значению усилия обезвешивания при вертикальных перемещениях скафандров с обучаемыми 17 и 19 для первой 5 и второй 8 систем управления перемещением, использованы тензодатчики типа С2-500 (Тензо-М).

В качестве первого 14 и второго 16 датчиков скорости, предназначенных для обеспечения обратной связи по скорости вертикальных перемещений скафандров с обучаемыми 17 и 19 для первой 5 и второй 8 систем управления перемещением, использованы цифровые датчики скорости - энкодеры.

В качестве первого 17 и второго 19 скафандров, предназначенных для размещения обучаемых, используются выходные космические скафандры, то есть скафандры, предназначенные для выхода космонавтов в открытый космос (штатные для Российского сегмента Международной космической станции) семейства «Орлан» (см. Материал из Википедии - свободной энциклопедии: Орлан (скафандр), http://ru.wikipedia.org/wiki/ Орлан_(скафандр)). В тренажере использована специальная модификация скафандра в тренажном исполнении типа «Орлан-MKT». В скафандре имеются комплекты средств связи, оборудования обеспечения жизнедеятельности, медицинской аппаратуры и телекамера, установленная на шлеме скафандра, которые через жгут из трубопроводов и электрических кабелей 30 (см. фиг.2) подключаются соответственно к средствам связи 18, обеспечения жизнедеятельности 20, психофизиологического контроля 21 и телевизионного наблюдения в пульте контроля и управления 1 тренажера.

Средства связи 18, предназначенные для обеспечения связи между обучаемым в скафандре 17, 19 и инструкторами за пультом контроля и управления 1 (имитация связи «Борт-Земля»), между первым 17 и вторым 19 обучаемым в скафандре, ремонтно-технологической связи между персоналом, обслуживающим технические средства тренажера, реализованы на базе устройств проводной телефонной связи.

Средства обеспечения жизнедеятельности обучаемых в скафандре 20 предназначены для подачи воздуха обучаемым и электропитания оборудования скафандров с обучаемыми 17 и 19.

В качестве средств психофизиологического контроля 21, предназначенн