Функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации

Функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики и предназначено для предварительной экспериментальной отработки испытателями наиболее эффективных методик реальной внекорабельной деятельности и последующей подготовки космонавтов (астронавтов) экипажей МКС к выполнению перемещений и различных технологических операций в условиях полной невесомости открытого космического пространства, а также в условиях пониженной гравитации на спутнике Земли Луне и на других космических объектах Солнечной системы.

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]), содержащий 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=135), 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 визуализацию 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 перцептуальных и 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.

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 для моделирования пониженной силы тяжести (Международная патентная заявка №ЕР1231139 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, СОВЕРШЕНСТВУЮЩИЙ 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 специально адаптированный для погружений в гидросреду космический 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, С.И.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, основным из которых является 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 после кратковременного приложения усилия и продолжается без «замирания» из-за отсутствия каких-либо сил сопротивления. Кроме этого, при погружениях в гидросреду возникает необходимость закрепления на скафандре дополнительных грузов для создания нулевой плавучести, которые приводят к смещению его центра масс, что также несколько влияет на динамические характеристики при перемещении.

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, патентообладатель: 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.

Данная система управления, 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».

Система управления вертикальным перемещением обучаемого на тренажере выхода в космос обладает следующими существенными недостатками:

- система обеспечивает создание условий безопорного пространства только для трех степеней свободы;

- для скафандра с обучаемым использовано эффективное силокомпенсирующее обезвешивание активного типа только для вертикального перемещения, а в горизонтальной плоскости обеспечиваются перемещения лишь пассивного типа, то есть за счет мускульной силы самого обучаемого, которому приходится перемещать помимо своей массы вместе со скафандром (полезная масса), еще и массу тележки, на которой он подвешен, и массу моста, на котором подвешена тележка («паразитная» масса, перемещение которой способствует привитию в процессе тренировки определенных «ложных навыков»).

Кроме этого, данная система управления не предоставляет ряд функций, необходимых для обеспечения профессионального уровня подготовки на современном функционально-моделирующем стенде. Во-первых, не предусматривает компоновку рабочей зоны обучаемых оборудованием, необходимым для получения перцептуальных и сенсорно-моторных навыков при работе в открытом космическом пространстве на орбите Земли, в том числе с манипулятором МКС, во-вторых, не обеспечивает возможность имитации пониженной гравитации, свойственной перспективным для посещения человеком космическим объектам (Луна, Марс, спутники Марса и астероиды), в-третьих, не обеспечивает жизнедеятельность обучаемого в скафандре, в-четвертых, не предусматривает возможность контроля и управления ходом тренировки, в-пятых, не предусматривает возможность связи обучаемого с остальными тренируемыми членами экипажа МКС и имитации связи со специалистами Центра управления полетами, в-шестых, не обеспечивает возможность телевизионного наблюдения за обучаемым, в-седьмых, не предусматривает возможность моделирования светотеневой обстановки, характерной для космических объектов, которые находятся на орбите Земли, в-восьмых, не обеспечивает психофизиологический контроль за обучаемым в реальном масштабе времени, в-девятых, не предоставляет обучаемым возможность визуализации ближнего окружающего пространства (космические аппараты) и дальнего космического пространства (Земля, Луна, Солнце и другие космические объекты) и, в-десятых, не обеспечивает обслуживающий персонал ремонтно-технологической связью.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей предлагаемого функционально-моделирующего стенда для обеспечения предварительной экспериментальной отработки испытателями наиболее эффективных методик так называемой «внекорабельной деятельности» и последующего профессионального уровня подготовки космонавтов (астронавтов) к выполнению перемещений и различных технологических операций на орбите Земле в условиях имитируемой «полной» невесомости открытого космического пространства, а также для подготовки космонавтов (астронавтов) к миссиям на поверхность Луны, Марса, спутников Марса и крупных астероидов, имеющих пониженную (по сравнению с Землей) гравитацию.

Поставленная цель достигается тем, что в функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации, состоящий из механического передаточного устройства, датчика усилия и скафандра, предназначенного для размещения обучаемого, введены сервер моделирования, консоль оператора, комплект телекамер наблюдения, средства отображения информации коллективного пользования, пульт контроля и управления, состоящий из средств связи, панели управления освещением, панели ручного управления электроприводами, персонального компьютера инструктора, персонального компьютера инженера, персонального компьютера врача, второго блока цифровой связи; сервер системы управления электроприводами, первый блок цифровой связи, локальная вычислительная сеть системы видеонаблюдения, сервер системы видеонаблюдения, локальная вычислительная сеть передачи данных, комплекс устройств сопряжения с объектом, первый адаптер беспроводной связи, набор каскадов концевых выключателей, датчик положения тележки, датчик положения моста, комплектный электропривод вертикального перемещения, комплектный электропривод перемещения тележки, комплектный электропривод перемещения моста, панель автоматики электроприводов, космический грузовой манипулятор, средства освещения, второй адаптер беспроводной связи, датчик отклонения, упорный подшипник, демпфирующее устройство, одностепенной шарнирный подвес, фрагмент макета орбитального модуля, участок, имитирующий поверхность Луны, с комплектом учебного оборудования, мобильный пульт управления электроприводами, третий блок цифровой связи, система визуализации, средства медицинского контроля, средства обеспечения жизнедеятельности, датчик положения скафандра по вертикали, датчик абсолютного пространственного положения скафандра и участок, имитирующий поверхность Марса, с комплектом учебного оборудования; к первому входу-выходу консоли оператора подключен второй вход-выход сервера моделирования, ко второму входу-выходу - второй вход-выход сервера системы управления электроприводами; к первому входу-выходу локальной вычислительной сети системы видеонаблюдения подключен первый вход-выход сервера системы видеонаблюдения, ко второму входу-выходу - вход-выход комплекта телекамер наблюдения; выход сервера системы видеонаблюдения подключен к входу средств отображения информации коллективного пользования; панель управления освещением через средства освещения подключена к входам космического грузового манипулятора, фрагмента макета орбитального модуля, участка, имитирующего поверхность Луны, с комплектом учебного оборудования и участка, имитирующего поверхность Марса, с комплектом учебного оборудования; вход-выход панели ручного управления электроприводами через панель автоматики электроприводов подключена ко вторым входам-выходам комплектного электропривода вертикального перемещения, комплектного электропривода перемещения тележки и комплектного электропривода перемещения моста; к первому входу-выходу локальной вычислительной сети передачи данных подключен первый вход-выход сервера моделирования, ко второму входу-выходу - вход-выход сервера системы управления электроприводами, к третьему входу-выходу - вход-выход первого блока цифровой связи, к четвертому входу-выходу - второй вход-выход сервера системы видеонаблюдения, к пятому входу-выходу - вход-выход персонального компьютера инструктора, к шестому входу-выходу - вход-выход персонального компьютера инженера, к седьмому входу-выходу - вход-выход персонального компьютера врача, к восьмому входу-выходу - вход-выход второго блока цифровой связи, к девятому входу-выходу - вход-выход системы визуализации, к десятому входу-выходу - вход-выход третьего блока цифровой связи, к одиннадцатому входу-выходу - первый вход-выход комплекса устройств сопряжения с объектом, к входу - выход средств медицинского контроля; вход-выход мобильного пульта управления электроприводами через второй адаптер беспроводной связи подключен ко второму входу-выходу первого адаптера беспроводной связи; ко второму входу-выходу комплекса устройств сопряжения с объектом подключен первый вход-выход первого адаптера беспроводной связи, к третьему входу-выходу - первый вход-выход комплектного электропривода вертикального перемещения, к четвертому входу-выходу - первый вход-выход комплектного электропривода перемещения тележки, к пятому входу-выходу - первый вход-выход комплектного электропривода перемещения моста, к шестому входу-выходу - вход-выход космического грузового манипулятора, к седьмому входу-выходу - второй вход-выход панели автоматики электроприводов, к первому входу - выход датчика положения скафандра по вертикали, ко второму входу - выход датчика абсолютного пространственного положения скафандра, к третьему входу - информационный выход датчика усилия, к четвертому входу - выход датчика отклонения, к пятому входу - выход набора каскадов концевых выключателей, к шестому входу - выход датчика положения тележки, а к седьмому входу - выход датчика положения моста; к первому выходу механического передаточного устройства подключен вход набора каскадов концевых выключателей, ко второму выходу - вход датчика положения тележки, к третьему выходу - вход датчика положения моста, к четвертому выходу - вход датчика отклонения, к первому входу - выход комплектного электропривода вертикального перемещения, ко второму входу - выход комплектного электропривода перемещения тележки, к третьему входу - выход комплектного электропривода перемещения моста, к входу-выходу - через последовательно соединенные упорный подшипник, датчик усилия, демпфирующее устройство и одностепенной шарнирный подвес - первый вход-выход скафандра; ко второму входу-выходу скафандра подключен вход-выход средств обеспечения жизнедеятельности, к третьему входу-выходу - вход-выход средств связи, к первому выходу - вход датчика абсолютного пространственного положения скафандра, ко второму выходу - вход датчика положения скафандра по вертикали, к третьему выходу - вход средств медицинского контроля, к четвертому выходу - вход локальной вычислительной сети системы видеонаблюдения.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом функционально-моделирующем стенде обеспечивается предварительная экспериментальная отработка испытателями наиболее эффективных методик реальной внекорабельной деятельности и последующая профессиональная подготовка обучаемого космонавта (астронавта), «одетого» в штатный выходной скафандр Российского сегмента МКС типа «Орлан» и «погруженного» в интерактивное безопорное пространство с пятью степеням свободы в условиях имитируемой «полной» невесомости, по приобретению устойчивых перцептуальных (распознавательных) и сенсорно-моторных (исполнительных) навыков при отработке практических задач в открытом космическом пространстве на орбите Земли, а также обеспечивается подготовка обучаемого к миссиям на поверхности Луны, Марса и крупных астероидов, имеющих пониженную силу гравитацию.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 представлена функционально-структурная схема функционально-моделирующего стенда для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации.

На фиг.2 представлена кинематическая схема механического передаточного устройства с изображением ориентировочных мест установки отдельных компонентов функционально-моделирующего стенда.

На фото представлен общий вид функционально-моделирующего стенда в двух ракурсах.

Согласно фиг.1 функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации включает сервер моделирования 1, консоль оператора 2, комплект телекамер наблюдения 3, средства отображения информации коллективного пользования 4, пульт контроля и управления 5, который состоит из средства связи 6, панели управления освещением 7, панели ручного управления электроприводами 8, персонального компьютера инструктора 9, персонального компьютера инженера 10, персонального компьютера врача 11 и второго блока цифровой связи 12. Кроме этого функционально-моделируюший стенд содержит сервер системы управления электроприводами 13, первый блок цифровой связи 14, локальную вычислительную сеть системы видеонаблюдения 15, сервер системы видеонаблюдения 16, локальную вычислительную сеть передачи данных 17, комплекс устройств сопряжения с объектом 18, первый адаптер беспроводной связи 19, набор каскадов концевых выключателей 20, датчик положения тележки 21, датчик положения моста 22, комплектный электропривод вертикального перемещения 23, комплектный электропривод перемещения тележки 24, комплектный электропривод перемещения моста 25, панель автоматики электроприводов 26, механическое передаточное устройство 27, космический грузовой манипулятор 28, средства освещения 29, второй адаптер беспроводной связи 30, датчик отклонения 31, упорный подшипник 32, датчик усилия 33, демпфирующее устройство 34, одностепенной шарнирный подвес 35, фрагмент макета орбитального модуля 36, участок, имитирующий поверхность Луны, с комплектом учебного оборудования 37, мобильный пульт управления электроприводами 38, третий блок цифровой связи 39, систему визуализации 40, средства медицинского контроля 41, средства обеспечения жизнедеятельности 42, датчик положения скафандра по вертикали 43, датчик абсолютного пространственного положения скафандра 44, скафандр 45, предназначенный для размещения обучаемого и участок, имитирующий поверхность Марса, с комплектом учебного оборудования 46.

К первому входу-выходу консоли оператора 2 подключен второй вход-выход сервера моделирования 1, ко второму входу-выходу - второй вход-выход сервера системы управления электроприводами 13.

К первому входу-выходу локальной вычислительной сети системы видеонаблюдения 15 подключен первый вход-выход сервера системы видеонаблюдения 16, ко второму входу-выходу - вход-выход комплекта телекамер наблюдения 3; выход сервера системы видеонаблюдения 16 подключен к входу средств отображения информации коллективного пользования 4.

Панель управления освещением 7 через средства освещения 29 подключена к входам космического грузового манипулятора 28, фрагмента макета орбитального модуля 36, участка, имитирующего поверхность Луны, с комплектом учебного оборудования 37 и участка, имитирующего поверхность Марса, с комплектом учебного оборудования 46.

Вход-выход панели ручного управления электроприводами 8 через панель автоматики электроприводов 26 подключен ко вторым входам-выходам комплектного электропривода вертикального перемещения 23, комплектного электропривода перемещения тележки 24 и комплектного электропривода перемещения моста 25.

К первому входу-выходу локальной вычислительной сети передачи данных 17 подключен первый вход-выход сервера моделирования 1, ко второму входу-выходу - вход-выход сервера системы управления электроприводами 13, к третьему входу-выходу - вход-выход первого блока цифровой связи 14, к четвертому входу-выходу - второй вход-выход сервера системы видеонаблюдения 16, к пятому входу-выходу - вход-выход персонального компьютера инструктора 9, к шестому входу-выходу - вход-выход персонального компьютера инженера 10, к седьмому входу-выходу - вход-выход персонального компьютера врача 11, к восьмому входу-выходу - вход-выход второго блока цифровой связи 12, к девятому входу-выходу - вход-выход системы визуализации 40, к десятому входу-выходу - вход-выход третьего блока цифровой связи 39, к одиннадцатому входу-выходу - первый вход-выход комплекса устройств сопряжения с объектом 18, к входу - выход средств медицинского контроля 41.

Вход-выход мобильного пульта управления электроприводами 38 через второй адаптер беспроводной связи 30 подключен ко второму входу-выходу первого адаптера беспроводной связи 19.

Ко второму входу-выходу комплекса устройств сопряжения с объектом 18 подключен первый вход-выход первого адаптера беспроводной связи 19, к третьему входу-выходу - первый вход-выход комплектного электропривода вертикального перемещения 23, к четвертому входу-выходу - первый вход-выход комплектного электропривода перемещения тележки 24, к пятому входу-выходу - первый вход-выход комплектного электропривода перемещения моста 25, к шестому входу-выходу - вход-выход космического грузового манипулятора 28, к седьмому входу-выходу - второй вход-выход панели автоматики электроприводов 26, к первому входу - выход датчика положения скафандра по вертикали 43, ко второму входу - выход датчика абсолютного пространственного положения скафандра 44, к третьему входу - информационный выход датчика усилия 33, к четвертому входу - выход датчика отклонения 31, к пятому входу - выход набора каскадов концевых выключателей 20, к шестому входу - выход датчика положения тележки 21, а к седьмому входу - выход датчика положения моста 22.

К первому выходу механического передаточного устройства 27 подключен вход набора каскадов концевых выключателей 20, ко второму выходу - вход датчика положения тележки 21, к третьему выходу - вход датчика положения моста 22, к четвертому выходу - вход датчика отклонения 31, к первому входу - выход комплектного электропривода вертикального перемещения 23, ко второму входу - выход комплектного электропривода перемещения тележки 24, к третьему входу - выход комплектного электропривода перемещения моста 25, к входу-выходу - через последовательно соединенные упорный подшипник 32, датчик усилия 33, демпфирующее устройство 34 и одностепенной шарнирный подвес 35 - первый вход-выход скафандра 45.

Ко второму входу-выходу скафандра 45 подключен вход-выход средств обеспечения жизнедеятельности 42, к третьему входу-выходу - вход-выход средств связи 6, к первому выходу - вход датчика абсолютного пространственного положения скафандра 44, ко второму выходу - вход датчика положения скафандра по вертикали 43, к третьему выходу - вход средств медицинского контроля 41, к четвертому выходу - вход локальной вычислительной сети системы видеонаблюдения 15.

Согласно фиг.2 механическое передаточное устройство 27 включает несущую колонну 47, мост 48, раму 49, пассивные тележки 50, шланг 51, верхние блоки 52, 57 и 58, рельсы 53, колеса тележки 54, основной блок 55 датчика положения скафандра по вертикали 43 (см. фиг.1), тележку 56, успокоитель колебаний 59, трос 60, нижний блок 61, измерительный трос 62 датчика положения скафандра по вертикали 43 (см. фиг.1), узел крепления троса 63, ведущее колесо 64 и несущий монорельс 65.

Кроме этого, на фиг.2 показаны ориентировочные места установки отдельных компонентов функционально-моделирующего стенда: набор каскадов концевых выключателей 20 (на фиг.2 представлены только два концевых выключателя для тележки 56), датчики положения моста 22 и тележки 21, мотор-редуктор с барабаном лебедки комплектного электропривода вертикального перемещения 23, мотор-редукторы комплектного электропривода перемещения тележки 24, мотор-редукторы комплектного электропривода перемещения моста 25, датчик отклонения 31, упорный подшипник 32, датчик усилия 33, демпфирующее устройство 34, одностепенной шарнирный подвес 35, фрагмент макета орбитального модуля 36, участок поверхности Луны с комплектом учебного оборудования 37, датчик абсолютного пространственного положения скафандра 44 и скафандр 45.

Сервер моделирования 1 представляют собой высокопроизводительный компьютер (с установленным программным обеспечением, соответствующим выполняемым функциональным задачам) в промышленном исполнении (в корпусе, предназначенном для установки в стойку с форм-фактором 19 дюймов). Основное назначение сервера 1: решение уравнений динамики твердого тела (скафандр с обучаемым 45) с заданным шагом вычислений в реальном масштабе времени, информационный обмен по локальной вычислительной сети передачи данных 17 с сервером системы управления электроприводами 13, а также координация работы сервера системы управления электроприводами 13 и системы визуализации 40. Кроме этого, в сервере 1 обеспечивается долговременное хранение информации по результатам экспериментальных исследований и учебного процесса, например оценки обучаемого при выполнении упражнений с космическим грузовым манипулятором 28.

Консоль оператора 2, предназначенная для управления сервером моделирования 1 и сервером системы управления электроприводами 13, представляет собой комплект, состоящий из компьютерного LCD-монитора, клавиатуры и манипулятора «Мышь».

Комплект телекамер наблюдения 3, предназначенный для дистанционного визуального наблюдения за отработкой процедур и упражнений по внекорабельной деятельности обучаемых и за миссиями на поверхности Луны и Марса, состоит не менее чем из восьми IP-камер высокого разрешения, которые являются управляемыми, то есть позволяют изменять направление линии визирования, масштабировать изображение и т.д.

Средства отображения информации коллективного пользования 4 предназначены для предъявления инструктору, инженеру и врачу стенда визуальной обстановки в рабочих зонах стенда, контролируемых комплектом телекамер наблюдения 3 и телекамерой, установленной на шлеме скафандра, а также любой другой информации, формируемой серверами и персональными компьютерами стенда, например, формата инженера с изображением результатов контроля работоспособности программно-технических средств, которые задействуются в проводимом мероприятии. К качестве средств отображения информации коллективного пользования 4 используются два большеразмерных LCD-монитора высокого разрешения.

Пульт контроля и управления 5, обеспечивающий размещение инструктора, инженера и врача стенда за эргономичными автоматизированными рабочими местами, включает средства связи 6, панель управления освещением 7, панель ручного управления электроприводами 8, три персональных компьютера 9, 10 и 11 и второй блок цифровой связи 12. Пульт контроля и управления 5 предназначен для задания сценария и начальных условий отработки практических задач внекорабельной деятельности (далее тренировки), для экспериментальной отработки учебных упражнений с целью выбора наиболее эффективных методик реальной внекорабельной деятельности экипажей МКС и соответствующих им оптимальных методик подготовки космонавтов (астронавтов), для запуска и оперативного контроля, ввода отказов, а также останова и завершения тренировки.

Средства связи 6, предназначенные для обеспечения речевых переговоров инструктора (выполняющего на стенде попеременно или роль членов экипажа, находящихся в орбитальных отсеках МКС, или роль специалистов Центра управления полетами) с обучаемым в скафандре 45, реализованы на базе пультов абонентов и блоков контрольных громкоговорителей, использующих проводные линии связи.

Панель управления освещением 7 предназначена для включения, выключения и регулирования яркости каждого из прожекторов, входящих в состав средств освещения 30.

Панель ручного управления комплектом электроприводов 8 предназначена для оперативного управления комплектными электроприводами вертикального перемещения 23, перемещения тележки 24 и перемещения моста 25 при возникновении в режиме «Автоматического управления электроприводами» отказов и нештатных ситуаций в основных компонентах системы управления: сервер моделирования 1 и системы управления электроприводами 9, комплекс устройств сопряжения с объектом 18 и набор датчиков 21, 22, 27, 32 и 34.

В качестве персональных компьютеров инструктора 9, инженера 10 и врача 11, предназначенных для создания автоматизированных рабочих мест инструктора, инженера и врача стенда, используются высокопроизводительные офисные компьютеры (с установленным программным обеспечением, соответствующим выполняемым функциональным задачам).

Первый 14, второй 12 и третий 39 блоки цифровой связи, предназначенные для обеспечения ремонтно-технологической связи инженера стенда с обслуживающим персоналом в процессе тренировок, а также при выполнении пуско-наладочных работ, операций по техническому обслуживанию и т.д., представляют собой компактные блоки с микротелефонной гарнитурой, которые позволяют осуществлять дуплексную телефонную цифровую связь по локальной вычислительной сети передачи данных 17.

Сервер системы управления электроприводами 13, предназначенный для преобразования вычисленных сервером моделирования 1 значений в величины координат соответствующих приводов, реализующих перемещение скафандра с обучаемым 45 с тремя степенями свободы, представляет собой высокопроизводительный компьютер (с установленным программным обеспечением соответствующим выполняемым функциональным задачам) в промышленном исполнении (в корпусе, предназначенном для установки в стойку с форм-фактором 19-дюймов).

Локальные вычислительные сети системы видеонаблюдения 15 и передачи данных 17 реализованы на базе высокоскоростных сетевых коммутаторов интерфейсом «Ethernet» и кабелей связи типа «витая пара категории б».

Сервер системы видеонаблюдения 16 представляет собой высокопроизводительный компьютер (с установленным программным обеспечением, соответствующим выполняемым функциональным задачам) в промышленном исполнении (в корпусе, предназначенном для установки в стойку с форм-фактором 19-дюймов). Основное назначение сервера 16: получение по сети видеонаблюдения 15 и запись видеоинформации от комплекта телекамер наблюдения 3, установленных в различных местах стенда, и от телекамеры, установленной на шлеме скафандра с обучаемым 45, а также воспроизведение этой информации на средствах отображения информации коллективного пользования 4 по запросам заинтересованных пользователей, например инструктора стенда. Помимо этого с помощью сервера 16 выполняется информационный обмен между локальной вычислительной сетью системы видеонаблюдения 15 и локальной вычислительной сети передачи данных 17.

Комплекс устройств сопряжения с объектом 18 реализован на базе контроллера (с установленным программным обеспечением, соответствующим выполняемым функциональным задачам) и набора модулей ввода-вывода дискретной и аналоговой информации (пример реализации - комплекс типа WP8841 из семейства «WinPack» тайваньской фирмы «ICP DAS»). Основное назначение комплекса - управление в реальном масштабе времени электроприводами стенда, включая трансляцию, сформированных сервером системы управления электроприводами 13, обобщенных управляющих воздействий на комплектные электроприводы вертикального перемещения 23, перемещения тележки 24 и перемещения моста 25, а также получение контрольной информации от набора каскадов концевых выключателей 20, от датчиков положения тележки 21, положения моста 22, отклонения 31, усилия 33, положения скафандра 43 и абсолютного пространственного положения скафандра 44. Информационный обмен контроллера комплекса устройств сопряжения с объектом 18 с сервером системы управления электроприводами 13 осуществляется по локальной вычислительной сети передачи данных 17.

Первый 19 и второй 30 адаптеры беспроводной связи предназначены для реализации беспроводной связи мобильного пульта управления электроприводами 37 с комплексом устройств сопряжения с объектом 18. Как вариант, вместо подключения первого адаптера беспроводной связи 19 к комплексу устройств сопряжения с объектом 18 можно, выполнив его подключение к локальной вычислительной сети передачи данных 17, реализовать беспроводную связь по стандарту Wi-Fi.

Набор каскадов концевых выключателей 20 предназначен для упреждающей остановки электродвигателей комплектных электроприводов вертикального перемещения 23, горизонтального перемещения тележки 24 и моста 25 с целью предотвращения попадания подвижных элементов механического передаточного устройства 27 в предельные положения, за которыми возможны их повреждения и поломки.

Датчик положения тележки 21, предназначенный для обеспечения контроля фактического положения тележки 56 (см. фиг.2) во всем диапазоне ее перемещения по рельсам 53 (см. фиг.2), реализован на основе электромагнитной головки (установлена на тележке 56), которая считывает магнитные метки положения с предварительно намагниченной ленты, закрепленной на неподвижной части механизма (например, на рельсах 53). Пример реализации датчика положения тележки 21 - датчик типа «МТ Н5-F1000-E-LD-MP500» итальянской фирмы «Givi Missure».

В качестве датчика положения моста 22, предназначенного для обеспечения контроля фактического положения моста 48 (см. фиг.2) во всем диапазоне его перемещения вокруг оси несущей колонны 47 (см. фиг.2), используются датчик, аналогичный датчику положения тележки 21, электромагнитная головка которого расположена на неподвижной части механизма (например, на кронштейне, закрепленном на несущей колонне 47), а лента - на подвижных элементах конструкции моста.

Комплектный электропривод вертикального перемещения 23, предназначенный для перемещения нижнего блока 61 (см. фиг.2) механического передаточного устройства 27, представляет собой функционально полный комплект, реализованный на основе серии сервоприводов «Dynamic Line II»