Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
внешней разметки трассы, лица космонавта и т.п.), а также вести аудиоза-
пись комментариев космонавта в процессе выполнения задачи и перегово-
ров со специалистами, проводящими эксперимент.
После завершения эксперимента производится обработка и анализ по-
лученных данных. Выполняется сопоставление результатов полученных
в экспериментах до и после полета. Формулируются выводы о возможнос
тях космонавта управлять планетоходом после длительного космического
полета.
Общие требования
к имитатору планетохода и условиям проведения
послеполетных исследований космонавтов
Для применения на других планетах рассматриваются варианты планетоходов
на электрической тяге, что обусловлено возможностью подзарядки батарей
в течение длительного времени активного функционирования от солнечных
батарей или изотопных источников различного типа. Использование двига-
телей на химическом топливе практически не рассматривается. Вследствие
этого в качестве имитатора планетохода должно быть использовано транс-
портное средство на электрической тяге.
Возвращение космонавтов на Землю после выполнения космического
полета происходит в разное время года, и даже в теплый сезон может со-
впасть с неблагоприятными погодными условиями. Для исключения зави-
симости возможностей проведения работ от метеоусловий необходимо про-
водить эксперименты на полигоне, расположенном в закрытом помещении,
оборудованном системами освещения и отопления, имеющем ровный пол,
выдерживающий нагрузку движущегося ИП.
Закрытые помещения ЦПК, в которых возможно оборудовать полигон
для проведения экспериментов по управлению ИП, имеют существенные
ограничения по свободной площади пола. Это определяет требование необ-
ходимости разрабатывать ИП на базе малогабаритного технического средст
ва (ТС), для безопасного управления которым не потребуется сложного
обучения и будет достаточным наличие навыков управления легковым авто-
мобилем. Для обеспечения минимального финансирования целесообразно
использовать серийно выпускаемые ТС. Предпочтительно использовать ТС,
имеющие на пульте управления рукоятку (джойстик).
Анализ существующих концепций [7] и полевых испытаний прототи-
пов планетоходов НАСА в проектах Desert RATS, Haughton-Mars Project [8]
показал, что предполагается управление планетоходом как из герметичной
кабины (без специального защитного снаряжения), так и в скафандре в ус-
ловиях воздействия факторов, характерных для ВКД на поверхности небес-
ного тела. Это выдвигает требование обеспечения возможности размещения
на ИП космонавта в скафандре.
53
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
С целью обеспечения безопасности экспериментов необходимо обес
печ ить хорошую устойчивость ИП к опрокидыванию, что должно обеспе-
чиваться, прежде всего, низким расположением центра тяжести ИП.
Для обеспечения страховки космонавта необходимо оснащение рабо-
чего места космонавта на ИП ремнями безопасности.
Предложения по техническому обеспечению экспериментов
Данные объективного контроля (технические и физиологические пар амет
ры, видео- и аудиоинформацию) предлагается регистрировать в цифровом
виде и в автоматическом режиме передавать в центр обработки данных ЦПК
для хранения и последующего анализа, включая возможн ость использова-
ния видеосервера для синхронного анализа потоков данн ых. Использование
такого подхода обеспечит выполнение задачи «Формиров ание и реализация
политики по работе с данными, нацеленной на создание среды и процес-
сов, обеспечивающих максимально быстрое получение, обработку и анализ
данных, их безопасное хранение, извлечение максимальной ценности из ис-
пользуемых данных», сформулированной в Страт егии цифровой трансфор
мации Госкорпорации «Роскосмос» по направл ению «Цифровая система
управления данными».
Для создания ИП и проведения экспериментов необходимо:
– оборудовать на ТС рабочее место космонавта (РМК);
– сформировать комплект оборудования системы контроля и регист
рации результатов экспериментов (СКРРЭ);
– организовать передачу информации из СКРРЭ через локальную вы-
числительную сеть (ЛВС) на видеосервер центра обработки данных;
– на ТС оборудовать технологический отсек для размещения борто-
вых систем, входящих в состав СКРРЭ;
– на полигоне оборудовать специальную трассу для передвижения ИП.
Рабочее место космонавта должно включать:
– пульт управления;
– систему визуального контроля обстановки;
– указатель угла поворота ведущих колес;
– кресло космонавта.
Пульт управления предназначен для управления движением ИП по трас
се перемещения. Предполагается использовать штатный пульт управления
выбранного ТС.
Система визуального контроля обстановки предназначена для контро-
ля космонавтом прохождения ограничений на трассе по левому и правому
борту, находящихся вне зоны видимости с рабочего места космонавта, а так-
же наблюдения за обстановкой при движении задним ходом. Предлагается
установить на рабочее место три цветных видеомонитора с диагональю
7–8 дюймов.
54
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Указатель угла поворота ведущих колес предназначен для выдачи ви
зуальной информации космонавту о положении ведущих колес ИП. В качест
ве указателя предлагается использовать лазерный нивелир.
Кресло космонавта предназначено для размещения космонавта в поло-
жении сидя. Предлагается установить автомобильное кресло, оснащенное
системой регулировки по росту, ремнем безопасности и правым подлокот-
ником.
Система контроля и регистрации результатов экспериментов (СКРРЭ)
должна состоять из «бортовых» систем, располагаемых непосредств енно на
ИП, и «наземных» систем, расположенных на полигоне. Состав системы
контроля и регистрации результатов экспериментов представлен на рис. 3.
Система электропитания (СЭП) предназначена для обеспечения элек-
тропитанием бортовых систем СКРРЭ и должна включать:
– аккумуляторную батарею;
– инвертор.
Система физиологического контроля (СФК) предназначена для конт
рол я, регистрации и расчета физиологических параметров космонавта: час
тоты сердечных сокращений (ЧСС), частоты дыхания (ЧД), температуры
заушн ой (Тз), массива кардиоинтервалов. На основании значений физиоло-
гических параметров рассчитываются показатели напряженности функцио-
нального состояния космонавта.
Рис. 3. Состав системы контроля и регистрации результатов экспериментов
55
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Система контроля технических параметров (СКТП) предназначена
для контроля, регистрации и расчета технических параметров, характери-
зующих работу космонавта по управлению ИП: расход электроэнергии ИП,
скорость движения, пройденный путь, угол поворота управляющих колес.
Система видеоконтроля (СВК) предназначена для получения видео-
информации о положении ИП относительно элементов трассы и состоянии
космонавта. Должна включать четыре камеры высокого разрешения. Две ка-
меры бокового обзора, одна камера контроля движения задним ходом, одна
камера контроля состояния оператора (направлена на лицо).
Специальный комплекс контроля (СКК) предназначен для контроля дви
жения ИП по заданной траектории (на одном из участков трассы), обозна-
ченной специальной линией разметки. Комплекс должен в автоматическ ом
режиме определять частоту и величину отклонений от заданной траектории,
а также время возвращения на линию разметки.
Система коммутации и ретрансляции «борт–полигон» (СКРБП) пред-
назначена для коммутации элементов бортовых систем СКРРЭ, передачи
изображений с камер бокового и заднего обзора на видеомониторы СВКО,
преобразования HDMI сигнала СФК и СКТП в поток данных для видеосер-
вера, ретрансляции данных с четырех камер СВК и сигналов СФК и СКТП
на радиоточку системы СРЗС.
Система ретрансляции «полигон–сеть» (СРПС) предназначена для
получения информации от бортовых систем (через СКРБП) и ретрансляции
необходимой информации на РМВ и РМРЭ, а также передачи всей информа-
ции через ЛВС для хранения и обработки на видеосервер центра обработк и
данных.
Рабочее место врача (РМВ) должно быть оснащено видеомонитором
(ноутбуком), который в режиме реального времени отображает информа-
цию об основных физиологических параметрах космонавта, регистрируе-
мых СФК, а также изображения лица оператора.
Рабочее место руководителя эксперимента (РМРЭ) оснащается видео
монитором (ноутбуком), на котором в режиме реального времени отобра
жается видеоинформация с бортовых камер ИП и технические параметры
из СКТП.
Система связи (СС) предназначена для связи между рабочими места-
ми космонавта, врача и руководителя эксперимента в режиме конференции,
а также регистрации переговоров.
Трасса перемещения ИП должна располагаться на полигоне в подхо-
дящем помещении ЦПК и состоять из нескольких (пяти-семи) участков
различной сложности. Общая протяженность маршрута должна составлять
порядка 130–150 метров и обеспечивать возможность выполнения задачи
передвижения космонавта на ИП за 15–20 минут. Разметку внешних границ
и других элементов трассы рекомендуется выполнить специальной само-
клеящейся лентой разных цветов.
56
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Технологический отсек ИП предназначен для размещения основных
элементов бортовой системы СКРРЭ.
На рис. 4. показана предлагаемая процедура (последовательность) фор
мирования и передачи данных объективного контроля.
Потоки информации с датчиков СФК и СКТП должны поступать на
блоки обработки данных соответствующих систем, откуда после обработк и
и преобразования будут передаваться через СКРБП по радиоканалу в СРПС,
и далее по ЛВС в ЦОД. При этом физиологические параметры будут из ЦОД
в режиме реального времени транслироваться на монитор РМВ, а техниче-
ские параметры на монитор РМРЭ.
Рис. 4. Схема формирования и передачи данных объективного контроля
в послеполетном эксперименте
Потоки информации со всех четырех видеокамер СВК должны переда
ваться через СКРБП по радиоканалу в СРПС и далее по ЛВС в ЦОД. Од
нов ременно видеоинформация с видеокамер бокового обзора (ВК-1, ВК-2)
и видеокамеры заднего обзора (ВК-3) должна передаваться непосредствен
но на видеомониторы системы визуального контроля обстановки (М1, М2,
М3), а с видеокамеры, направленной на лицо космонавта (ВК-4) через СКРБП
и СРПС на монитор РМВ.
Переговоры между космонавтом и членами испытательно-тренировоч-
ной бригады осуществляются при помощи системы радиосвязи и по ЛВС
должны передаваться для регистрации в ЦОД.
Видеоданные с камер ВК-1, ВК-2, ВК-3, ВК-4, СФК и СКТП, а так-
же аудиоданные с системы радиосвязи необходимо синхронно регистриро
вать в ЦОД для обеспечения удобства при анализе проведенных тренировок
и экспериментов.
57
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Разработаны и предварительно опробованы возможные варианты участ
ков трассы, некоторые из которых представлены на рис. 5:
– участок 1, на котором выполняется движение по «змейке» с различ-
ными по сложности поворотами, движение осуществляется только вперед;
– участок 2, на котором движение выполняется задним ходом;
– участок 3, на котором необходимо произвести разворот в ограни-
ченном пространстве и продолжить движение к следующему участку;
– участок 4, на котором необходимо объехать вокруг двух препятст
вий, в конце участка подъехать к объекту и разместить на нем предмет
(инструмент, аппаратуру), который был забран на одном из предыдущих
участков.
В процессе разработки подхода к проведению послеполетного экспе-
римента по управления планетоходом были разработаны и опробованы про-
тотипы СКТП и СФК. Предварительные результаты испытаний показали
практическую реализуемость разработанных предложений.
Рис. 5. Примеры вариантов участков трассы
58
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Выводы
1. В целях создания научно-технического задела для планирования
и осуществления перспективных пилотируемых космических полетов на
Лун у и Марс обоснована необходимость проведения экспериментальных
исследований по оцениванию возможностей космонавтов осуществлять руч
ное управление движением транспортных средств (планетоходов) по поверх
ности планет.
2. Разработана общая концепция и предварительный план проведения
экспериментальных исследований по оценке возможностей выполнения
косм онавтами управления планетоходом непосредственно после выполне-
ния длительных космических полетов.
3. Разработаны общие требования к имитатору планетохода и услов иям
проведения послеполетных исследований космонавтов. Обоснован состав
комплекса технических средств измерения и регистрации физиологич еских
пар аметров, характеризующих функциональное состояние космонавтов, и тех
нических параметров, характеризующих качество управления движением
транспортного средства.
4. Реализация разработанных предложений позволит получить коли
чественные оценки показателей качества деятельности космонавтов по руч
ному управлению движением планетохода и динамику этих показателей
после длительного воздействия невесомости на космонавтов в условиях
косм ического полета.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Экспериментальные исследования по оценке выполнения космонавтами слож
ной операторской деятельности после длительного космического полета на
МКС в интересах осуществления полетов в дальний космос / Крикалёв С.К.,
Крючков Б.И., Харламов М.М., Новицкий О.В., Тарелкин Е.И., Курицын А.А.,
Долгов П.П., Почуев В.И., Сохин И.Г., Орешкин Г.Д., Копнин В.А., Алексеев В.Н.,
Киршанов В.Н., Бачмановский Н.А., Кондратьев А.С., Жамалетдинов Н.Р.,
Васильев А.В. // Пилотируемые полеты в космос. – 2013. – № 4(9). – С. 24–35.
[2] Экспериментальные исследования по оценке выполнения сложной операторской
деятельности космонавтом после завершения годового космического полета /
Корниенко М.Б., Лончаков Ю.В., Курицын А.А., Копнин В.А., Кондратьев А.С.,
Долгов П.П., Коренной В.С., Гришин А.П. // Пилотируемые полеты в космос. –
2017. – № 1(22). – С. 29–36.
[3] К вопросу подготовки космонавтов для работы на поверхности Луны / Ирод ов Е.Ю.,
Долгов П.П., Коренной В.С., Крючков Б.И., Ярополов В.И. // Пилотируем ые
полеты в космос. – 2018. – № 1(26). – С. 71–89
[4] Медико-биологические риски, связанные с выполнением дальних космических
полетов / Уйба В.В., Ушаков И.Б., Сапецкий А.О. // Медицина экстремальных
ситуаций. – 2017. – № 1(59). – С. 43–64.
[5] Risk of Impaired Control of Spacecraft/Associated Systems and Decreased Mobility
Due to Vestibular/Sensorimotor Alterations Associated with Spaceflight: Сайт National
59
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Aeronautics and Space Administration (NASA) [Электронный ресурс]. URL: https://
humanresearchroadmap.nasa.gov/Risks/risk.aspx?i=88. (дата обращения 22.08.2019).
[6] Long-duration spaceflight adversely affects post-landing operator proficiency / Ste-
ven T. Moore, Valentina Dilda, Tiffany R. Morris, Don A. Yungher, Hamish G. Mac-
Dougall& Scott J. Wood // Scientific Reportsvolume 9, Article number: 2677 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-39058-9.
[7] Exploration Rover Concepts and Development Challenges. First AIAA Space Explora-
tion Conference Orlando, Florida, January 30–February 1, 2005. AIAA–2005–2525:
Сайт NASA [Электронный ресурс]. URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/
atoms/files/exploration_rover_concepts_grc.pdf (дата обращения 27.03.2019).
[8] Миссии-аналоги НАСА, проводимые в интересах осуществления пилотируемых
полетов в дальний космос: HMP, Desert RATS, ISRU, PLRP, FMARS / П.П. Долгов,
Е.Ю. Иродов, В.С. Коренной // Пилотируемые полеты в космос. – 2016. – № 3(20). –
С. 68–79.
REFERENCES
[1] Experimental assessment of carrying out complex operator activity by cosmonauts
after long-duration mission aboard the ISS in the interests of human space explo-
ration beyond low-earth orbit / Krikalev S.K., Kryuchkov B.I., Kharlamov M.M.,
Novitsky O.V., Tarelkin E.I., Kuritsyn A.A., Dolgov P.P., Pochuev V.I., Sokhin I.G.,
Oreshkin G.D., Kopnin V.A., Alekseev V.N., Kirshanov V.N., Bachmanovsky N.A.,
Kondratiev A.S., Zhamaletdinov N.R., Vasiliev A.V. // Scientific Journal Manned
Spaceflight. – 2013. – No 4(9). – pp. 24–35.
[2] Experimental evaluation of complex operator activity performed by the cosmonaut
directly after completion of the one-year space flight / Kornienko M.B., Loncha
kov Yu.V., Kuritsyn A.A., Kopnin V.A., Kondratiev A.S., Dolgov P.P., Korennoy V.S.,
Grishin A.P. // Scientific Journal Manned Spaceflight. – 2017. – No 1(22). – pp. 29–36.
[3] Cosmonaut Training for Work on the Lunar Surface / Irodov E.Yu., Dolgov P.P.,
Korennoy V.S., Kryuchkov B.I., Yaropolov V.I. // Scientific Journal Manned Space-
flight. – 2018. – No 1(26). – pp. 71–89
[4] Medical and biological risks associated with the implementation of long-distance
space flights / Uyba V.V., Ushakov I.B., Sapetskiy A.O. // Emergency medicine. –
2017. – No 1(59). – pp. 43–64.
[5] Risk of Impaired Control of Spacecraft/Associated Systems and Decreased Mobility
Due to Vestibular/Sensorimotor Alterations Associated with Spaceflight: web-siteNa-
tional Aeronautics and Space Administration (NASA) [Electronic source]. URL: https://
humanresearchroadmap.nasa.gov/Risks/risk.aspx?i=88. (access date 22.08.2019).
[6] Long-duration spaceflight adversely affects post-landing operator proficiency / Ste-
ven T. Moore, Valentina Dilda, Tiffany R. Morris, Don A. Yungher, Hamish G. Mac-
Dougall& Scott J. Wood// Scientific Reportsvolume 9, Article number: 2677 (2019).
https://doi.org/10.1038/s41598-019-39058-9.
[7] Exploration Rover Concepts and Development Challenges. First AIAA Space Ex-
ploration Conference Orlando, Florida, January 30–February 1, 2005. AIAA–2005–
2525: NASA web site [Electronic source]. URL: https://www.nasa.gov/sites/default/
files/atoms/files/exploration_rover_concepts_grc.pdf (access date 27.03.2019).
[8] NASA analogue missions, implemented in the interests of manned missions to deep
space: HMP, Desert RATS, ISRU, PLRP, FMARS / P.P. Dolgov, E.Yu. Irodov, V.S. Ko-
rennoy // Scientific Journal Manned Spaceflight. – 2016. – No 3(20). – pp. 68–79.
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
УДК: 004.94;629.78.001.5:523.34:159.9:612 DOI 10.34131/MSF.20.2.61-75
Системы виртуального окружения
для прототипирования на моделирующих
стендах использования космических
роботов в пилотируемых полетах
М.В. Михайлюк, А.В. Мальцев, П.Ю. Тимохин, Е.В. Страшнов,
Б.И. Крючков, В.М. Усов
Докт. физ.-мат. наук, профессор М.В. Михайлюк; А.В. Мальцев;
П.Ю. Тимохин; Е.В. Страшнов (ФГУ ФГЦ «НИИСИ РАН»)
Докт. техн. наук Б.И. Крючков; докт. мед. наук, профессор В.М. Усов
(ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»)
В статье рассматривается компьютерное прототипирование в составе мо
делирующих стендов и космических тренажеров для перспективных проек
тов пилотируемой космонавтики с использованием роботов, а также осо
бенности применения систем виртуального окружения (СВО) для этой
цели. В статье описана постановка исследовательских задач на основе по-
лунатурных стендов и имитационных систем с использованием СВО при
моделировании деятельности космонавтов, основываясь на опыте построе
ния имитационных стендов и видеотренажеров для выполнения орбиталь
ных полетов. В дальнейшем предполагается выполнить обоснование сос та
ва и назначение модулей СВО для лунных проектов и уточнить применение
технологий виртуальной реальности при моделировании роботиз ирован
ных операций при освоении Луны человеком.
Ключевые слова: освоение человеком Луны, VR – прототипирование в на
земных условиях, система виртуального окружения (СВО), комплексы мо-
делирования взаимодействия человека и робота в экстремальной среде.
Virtual Environment Systems for Simulating Robots in Manned
Space Fligts. M.V. Mikhailyuk, A.V. Maltsev, P.Yu. Timokhin,
E.V. Strashnov, B.I. Kryuchkov, V.M. Usov
The article considers computer-based prototyping as part of simulation stands
and space simulators for future human-robotic space exploration, as well as fea-
tures of using virtual environment systems (VES) for this purpose. The arti-
cle describes the formulation of research tasks related to the use of VES-based
simulation stands and systems in modeling the cosmonauts’ activities relying
on the experience of designing orbital simulators. In prospect it will justify the
composition and purpose of the VES modules for lunar projects and clarify the
use of VR-technologies in the simulation of robotic operations during human
exploration of the moon.
Keywords: human exploration of the moon, ground-based prototyping of virtual
environment, virtual environment system (VES), complexes for simulating hu-
man-robot interaction in extreme environments.
61
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Разработка проектов освоения Луны и рациональных способов решения кон
кретных задач в ходе запланированных миссий предполагает предварит ельное
проведение экспериментов и испытаний в наземных условиях, и в этом от-
ношении большую роль играют моделирующие комплексы, позволяющие
воспроизвести состав сложной деятельности космонавтов и сопутствующие
условия реализации. От качества имитации условий деят ельности челове-
ка в экстремальной (опасной) внешней среде, выявления возможных нару-
шений состояния и поведения человека в непривычной и не освоенной ра-
нее обстановке (прежде всего, в отношении ориентировки в пространстве,
опознания объектов и их идентификации и др.), зависит, в конечном итоге,
достоверность прогноза успешности миссий в плане готовности человека
противостоять новым вызовам. В частности, такая ситуация складывается
применительно к проектам освоения Луны с включением в программу мис-
сий режимов напланетной деятельности, при реализации которых негатив-
ное влияние на выполнение задач внекорабельной деятельности (ВнеКД)
могут оказать измененная гравитация, работа в специальном защитном сна-
ряжении (в скафандре), сниженная информационная поддержка автономно-
го пребывания вдали от Земли и др.
При этом указанные неблагоприятные факторы в полной мере чрезвы-
чайно трудно воспроизвести на полноразмерных моделях натурного моде-
лирования на Земле. Поэтому применительно к проектам освоения Луны как
перспективный вариант прототипирования может рассматриваться вариант
моделирования отдельных видов операторской деятельности и наиболее
значимых факторов на полунатурных стендах и тренажерах. Важнейшая
роль в плане достижения психологического подобия моделей деятельности
человека-оператора (ЧО) отводится при этом методам электронного прото-
типирования с использованием систем визуализации обстановки в рабочей
среде на основе технологий виртуальной реальности (ВР) [1].
О продуктивности подхода, основанного на визуализации синтезируе
мой с помощью компьютеров среды, свидетельствует успешная практика
использования при подготовке космонавтов видеотренажеров, в том числе,
бортовых тренажеров (например, стыковки ПКА) [2, 3].
Для планирования дальнейших шагов в этом направлении необходимо
понимание текущего уровня технологий виртуального прототипирования
и анализа достигаемого эффекта в контексте организации комплексного
эксперимента (или испытания) в целом. В этой связи актуально обобщение
практики разработки технических средств подготовки космонавтов и опу-
бликованных материалов по ряду взаимосвязанных вопросов. В их числе
можно указать следующие: на какой стадии развития находятся программ-
ные комплексы для систем виртуального окружения (СВО), насколько про-
работаны теория и методология проведения эргономических и психофизио-
логических экспериментов на этой основе, какие имеются примеры успеш-
ной апробации тех или иных решений в данной области, чтобы активно их
62
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
развивать применительно к проектам освоения Луны, какие программные
модули СВО способны эти свойства реализовать на современном уровне
цифр ового моделирования [3–11].
С учетом того, что в настоящее время акцент сделан на поисковые
экспериментальные исследования в области способов освоения человеком
Луны с использованием робототехнических систем (РТС), в данной статье
преследуется цель показать, какие конкретно направления внедрения СВО
могут рассматриваться как приоритетные, исходя из наработанного опыта
в области применения технологий виртуальной реальности в пилотируемой
космонавтике.
Исходя из этих посылок, предполагается выполнить анализ состоя-
ния вопроса по трем направлениям применения СВО при прототипирова-
нии сложных систем «человек–техника»: 1) примеры реализации систем
визуализации, демонстрирующие основные идеи СВО, используемые при
синтезе и отображении на мониторе модели виртуального объекта; 2) мето-
дология синтеза сложных визуальных сцен (картин) с выделением тех ха-
рактеристик, за счет которых достигается улучшение изображения, и указа-
нием, на какие механизмы восприятия они ориентированы; 3) современные
подходы к применению пространственно ориентированных технологий при
моделировании и изучении функционирования сложных систем «человек–
техника» применительно к полетным операциям с использованием роботов,
что отвечает востребованности этих технологий специалистами в области
исследования проблем человеческого фактора в пилотируемой космонавтике.
Представляется первая статья из планируемой серии обзоров, которая
обобщает наработанный ранее опыт применения СВО, преимущественно
в ходе подготовки и выполнения орбитальных полетов на МКС.
Применение моделей виртуальной реальности
в системе подготовки космонавтов
1. Моделирование элементов внутрикорабельной деятельности
космонавтов с использованием СВО
1.1 Применение СВО на тренажерах и моделирующих комплексах для ими
тации выполнения роботизированных полетных операций внутрикорабель
ной деятельности на МКС
На космических тренажерах и автоматизированных обучающих комплексах
в системе технических средств подготовки космонавтов применение имита-
торов с использованием технологий виртуальной реальности отвечает по-
требностям повседневной практики [2, 4].
На основе компьютерного 3D-моделирования разрабатывались интерье
ры пилотируемых космических аппаратов (ПКА) и электронное представ-
ление приборов бортовых систем, что не только снизило экономические за
траты, но позволило гибко настраивать технические средства подготовки под
63
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
новые программы подготовки, изменяющиеся условия программы предстоя
щего полета.
Общее представление о тенденциях в этой области применения СВО
дают интернет-ресурсы, содержащие 3D-модели пилотируемых космичес
ких аппаратов (ПКА) и, в частности, интерьеров отсеков РС МКС (рис. 1)
[12, 15].
В плане методологии подготовки операторов сложных эргатических
систем этот уровень моделирования на основе виртуальной реальности (ВР)
пригоден для формирования начальных представлений обучаемых об общей
конструкции станции, интерьере ее отдельных сегментов и модулей, что
реализуется средствами интерфейса на основе «визуального следования» за
виртуальной видеокамерой по заранее предустановленным маршрутам пе-
ремещения по станции, которые могут сопровождаться речевыми коммен-
тариями, а в более развитом варианте обучающего эксперимента – приема-
ми дополненной реальности (ДР) с отображением назначения конкретных
объектов и способов взаимодействия с ними.
В этом случае могут использоваться экранные управляющие элементы
по технологии ДР.
Показательные примеры дает 3D-панорама восьми модулей МКС, ко-
торую ЕКА выложило на своем сайте [13], а также «экскурсия по МКС»,
размещенная в блоге космонавтов на сайте Роскосмоса [14].
Рис. 1. Интерьер отсека: 3D-модель служебного модуля РС МКС
(воспроизводится по [12, 15])
64
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Моделирование интерьера модулей российского сегмента МКС также
применялось в бортовых тренажерах для изучения этой сложной конструк-
ции и расположения в ней в разных отсеках оборудования и грузов, что,
в частности, необходимо при отработке действий экипажа при обнаруже-
нии и ликвидации последствий развития нештатной ситуации [16].
С точки зрения требований к СВО необходимо различать информац ион
ную поддержку разных интерактивных режимов: «следования за видеок а
мерой» по жестко запрограммированному маршруту движения и управлен ия
направлением взгляда (с помощью шлема ВР и встроенной в него системы
трекинга), что может сопровождаться дополнительным требованием мно-
гопортового отображения наблюдаемой сцены с разных проекций. Второй
режим визуализации, несомненно, более информативен, так как позволяет
лучше уяснить расположение объектов в пространстве и улучшить переда-
чу 2D- и/или 3D-визуальной сцены.
Моделирование интерьера и рабочих мест членов экипажа входит со-
ставной частью в эргономические проекты для оценки соответствия разме-
щения и конфигурации рабочих мест операторов требованиям норматив-
ных документов по критериям антропометрии. Такая информация полезна
при использовании сервисных роботов внутри рабочего пространства гер-
мообъекта с точки зрения оценки безопасности совместного выполнения
рабочих операций космонавтом и антропоморфным роботом, учитывая стес
ненность и загромождение служебных и жилых отсеков [17].
В этом случае в рассмотрение вводятся параметры досягаемости и об-
зорности на рабочих местах с использованием 3D-моделей человека при
размещении в различных исходных позах на рабочих местах. Речь идет о ре-
конструируемых многозвенных 3D-объектах с несколькими сочленениями.
В данном случае тесно переплетаются вопросы обитаемости гермо-
объекта, безопасности жизнедеятельности и промышленного дизайна, что
характерно для эргономического проектирования. Некоторые дизайнерские
проблемы применения виртуальной реальности освещены в работе [18].
Перечисленные вопросы должны рассматриваться в комплексе с опре-
делением состава совместно выполняемых космонавтом и сервисным робо-
том-помощником операций, что составляет важную часть эксперименталь-
ной проработки вопросов исследования психофизиологических возможно-
стей человека при работе в экстремальной среде [19].
1.2 Применение СВО на тренажерах и моделирующих комплексах для ими
тации отображения инструментальной информации в ходе выполнения
динамических полетных операций
С большой вероятностью при выполнении лунных миссий в числе задач
космонавтов будут представлены операции с контролем выполнения дина-
мических режимов и функционирования бортовой аппаратуры, в том числе,
когда к выполнению этой функции будут привлекаться сервисные роботы,
оснащенные системами технического зрения (СТЗ) и средствами коммуни-
65
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
кации с экипажем. Это означает, что в числе требований к СВО должны
фигурировать возможности воспроизведения инструментальной информа-
ционной среды, в которой работает экипаж при выполнении этой части про-
граммы полета.
В настоящей статье представляется целесообразным использовать для
характеристики организации рабочего пространства управляемого объекта
с информационными панелями и приборами понятие «антропоцентричес
кий объект» [20].
Согласно приведенному в цитируемой работе определению, «антропо-
центрический объект» представляет собой реальную физическую оболочку
с искусственной средой обитания человека, с бортовыми измерительными
и исполнительными системами, развитой цифровой вычислительной систе-
мой с реализованными в ней алгоритмами, кабиной, содержащей информа-
ционно-управляющее поле, органы управления и систему отображения ин-
формации (СОИ). Экипаж в таком объекте позиционирует себя в эгоцентри-
ческой системе координат, связанной с рабочим местом внутри аппарата,
а СОИ позволяет сформировать информационную модель для управления
перемещением объекта в пространстве.
Моделирование антропоцентрического объекта представляет собой
сложную задачу, поскольку необходимо не только воспроизвести интерьер
рабоч его пространства, но и наблюдаемую внешнюю среду, картина котор ой
должна быть синхронизирована с показаниями приборов или синтезирован
ными кадрами внешней визуальной обстановки.
В таких эргатических объектах важнейшая роль отводится СОИ, что
находит отражение в акцентированном внимании к моделированию именно
этого элемента системы информационного обеспечения операторской дея
тельности. В этом отношении в числе требований к СВО выступает обес
печение высокой степенью достоверности и детализации воспроизведения
всех наблюдаемых элементов в реальном масштабе времени [3].
Если приборное поле составлено из нескольких однотипных приборов
и индикаторов, то их функционирование должно в точности соответство
вать пространственному перемещению управляемого антропоцентричес
ког о объекта. На этом базируется метод обучения оператора ведению про
странств енной ориентировки в полете. Особенно важно строго выдерживать
такой способ визуализации, если одновременно оператору предъявляется и
приборная (инструментальная) информация, и вид из кабины через остек
ление иллюминаторов (чем достигается синхронизация зрительно контро-
лируемых событий из разных источников видеоданных). Другими словами,
наиболее сильные стороны использования СВО проявляются в ситуации
одновременного отображения внутрикабинной и внекабинной обстановки.
На рис. 2. представлен один из приборов на рабочем месте космонавта,
предназначенный для информационного обеспечения выполнения динами-
ческих операций.
66
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
А ВС
Рис. 2. Варианты использования СВО для имитации функционирования
электронной модели прибора ВСК на тренажерах и стендах разного назначения
(по имитации стыковки ПКА). A) на тренажере подготовки экипажей МКС
к выполнению операции причаливания и стыковки; B) на компьютерном мобильном
тренажере подготовки экипажей МКС по динамическим режимам полета кораблей
«Союз ТМА» серии 700; C) на бортовом стенде-тренажере «Пилот-Т» на МКС
Как видно из рисунка, близкие по смыслу и дизайну решения на основ е
цифрового моделирования применялись на различных тренажерах и имита
торах [21–24]. В частности, этот подход к использованию СВО можно про-
следить на примере космического эксперимента (КЭ) «Пилот-Т» [21]. Для
информационного обеспечения оператора была использована модель при-
бора, практически идентичная той, которая используется в СВО компьютер-
ного мобильного тренажера стыковки для кораблей «Союз ТМА» [22, 23].
1.3 Применение СВО на лабораторных имитаторах и моделирующих ком
плексах для выполнения полетных операций, связанных с перемещением
космонавтов по лунной поверхности
Взаимодействие человека с мобильным пилотируемым лунным ровером на
поверхности Луны может потребовать применения сложной СВО в составе
стендов для лабораторных исследований уже на этапе прототипирования
будущих миссий [24].
Помимо отображения оператору пилотируемого ровера внекабинной
обстановки, которая может быть представлена непосредственно наблюдае
мой из кабины поверхности Луны со сложным рельефом местности, в со-
ставе СОИ необходимо предусмотреть индикацию некоторого набора при-
боров для контроля параметров движения ровера. Кроме того, при трени-
ровке оператора дополнительно полезно использовать такое представле
ние информации, как «вид со стороны» на перемещения лунного ровера
по поверхност и, в том числе, на основе синтезируемой и визуализируемой
в форм ате 3D-интерактивного (масштабируемого с изменяемым ракурсом
наблюдения) панорамного изображения, построенного на основе данных
цифровой карты местности.
Вариант такого построения СВО был апробирован на наземном моде
лирующем комплексе ИМБП РАН для имитации выполнения роботизиро
ванных полетных операций внекорабельной напланетной деятельности
67
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
космонавтов при пилотировании лунного ровера по местности со сложным
рельефом поверхности Луны [25]. В этом случае ЧО осуществляет управ-
ление динамическим объектом на основе контроля внешней визуальной об-
становки из кабины лунохода, и в зависимости от направления и скорости
движения отображается синтезированный участок обозреваемой местности.
В определенной степени визуальный контроль местности, по которой
перемещается луноход, может быть отработан на виртуальных макетах мест
ности, что важно с точки зрения изучения рельефа местности и карты высот
по тому маршруту, который планируется к прохождению на лунном ровере.
Другими словами, эта часть требований к СВО примыкает к тем, которые
выдвигаются к панорамным представлениям рабочей среды.
Для этого специалистами ИМБП РАН совместно с МГУ имени М.В. Ло
мон осова отработана методика исследования качества операторс к ой дея
тельности с макетированием интерьера рабочего места и органов управле-
ния в физическом исполнении, а визуальная картина, наблюдаемая операто-
ром по ходу движения пилотируемого лунохода, синтезируется с помощью
компьютера [26].
Эти работы продолжаются в НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина на мо-
делирующих стендах на базе центрифуги [27]. В дальнейшем планирует-
ся воспроизвести этот подход на моделях, пригодных к реализации в КЭ
на борту МКС по дистанционному управлению напланетным ровером [28].
Управл ение луноходом планируется производить с помощью шлема вир-
туальной реальности и специального джойстика. Движением джойстика
оператор будет управлять передвижением лунохода и его манипуляторами,
поворотом головы в шлеме – вращением видеокамер лунохода [2 ].
Ранее аналогичные предложения по использованию СВО для реализа-
ции на МКС КЭ по моделированию дистанционного управления мобильны-
ми роботами космонавтом, находящегося на орбите Луны, были разработа-
ны ЦНИИ РТК в плане развития КЭ «Контур-2» [30].
Применительно к дистанционному управлению беспилотным лунным
мобильным роботом эту имитационную модель, возможно, необходимо
доп олнить отображением инструментальной информации об удаленности
цели, навигационных ориентирах (по обновляемой электронной карте мест-
ности), показаниями абсолютной скорости перемещения по поверхности
и относительной при сближении с другим мобильным объектом и расхода
энергетических запасов и др.
Построение интерфейса при таком способе организации данных на СОИ
может базироваться на комбинированном применении реальных и виртуаль
ных органов управления [31, 32]. В частности, в работе [32] предлагает-
ся новое решение построения интерфейса, при котором оператор имеет
возможность «разметки» траектории движения виртуальными метками на
синтезированной картине внекорабельной обстановки, а система суперви-
зорного управления обеспечивает реализацию по этим меткам (командно-
68
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
го) управления с использованием интерфейсов в виде виртуальных пультов
и виртуальных перчаток.
Дальнейшее использование СВО для моделирования в области косми
ческой робототехники будет в существенной степени определяться планами
создания роботов для работ на поверхности космических аппаратов и бес
пилотных мобильных напланетных роботов с различными реконфигурируе
мыми навесными устройствами, что можно проследить по «дорожной карте»
развития робототехники для освоения Луны, варианты которой периодичес
ки появляются в сообщениях новостных ресурсов и отчасти представлены
в научных публикациях [33–36].
Заключение
В предлагаемых к реализации сценариях осуществления пилотируемых мис
сий к Луне выполнение экипажем работ на ее поверхности для последующ ей
колонизации Луны и получение значимых научных результатов занимает
видное место, поскольку именно в этих работах ожидается применение ро-
бототехники для создания лунной инфраструктуры. Поэтому проектирова-
ние взаимодействия экипажа с космическими роботами на основе построе
ния виртуальных моделей в рамках наземного моделирования с примене-
нием СВО рассматривается как одно из критически важных направлений
повышения безопасности выполнения разнообразных операций лунных мис
сий, особенно, работ в ходе ВнеКД, поскольку условия напланетной дея
тельн ости усложняют визуальный контроль и восприятие обстановки, воз-
никают трудности оперативного воссоздания пространственного представ
ления и принятия решений ЧО, перед которым ставится задача обеспечить
выполнение ВнеКД.
В свете этих положений предъявляются повышенные требования к воз-
можностям СВО, посредством которой предполагается качественно улуч-
шить имитацию условий лунной миссии в дополнение к моделированию
физиологических эффектов на соответствующих моделирующих стендах.
Предлагаемые в различных проектах операторской деятельности формы
предъявления ЧО визуальной информации, моделируемой и отображаемой
с использованием СВО, должны быть направлены на улучшение восприятия
текущей обстановки и снижение ситуационной неопределенности при при
нятии решений космонавтом в ходе выполнения операций лунных миссий.
Выполненный обзор проведенных ранее исследований и эксперимен-
тов с использованием технологий виртуальной реальности показывает, что
многие технические трудности построения СВО удалось преодолеть. В на-
стоящее время на основе известных прототипов представляется возможным
разработать программный продукт, позволяющий решать вопросы модели-
рования для проектов освоения человеком Луны с применением различных
роботов.
69
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Публикация выполнена в рамках государственного задания по прове-
дению фундаментальных научных исследований (ГП 14) по теме (проекту)
«34.9. Системы виртуального окружения: технологии, методы и алгоритмы
математического моделирования и визуализации». (0065-2019-0012).
ЛИТЕРАТУРА
[1] Толстель О.В., Орешков С.С., Михайлюк М.В., Крючков Б.И., Усов В.М. Элек
тронное прототипирование в задачах эргономического проектирования «напла
нетной» деятельности космонавтов с использованием роботов. // Робототехника
и техническая кибернетика. – № 3(8). – 2015. – С. 41–45.
[2] Тренажерные комплексы и тренажеры / Шукшунов В.Е., Циблиев В.В., Потоц
кий С.И. и др. Под ред. Шукшунова В.Е. – М.: Машиностроение, 2005. – 263 с.
[3] Масалкин А.И., Торгашев М.А. Опыт использования систем имитации визуаль
ной обстановки в тренажерах пилотируемых космических аппаратов. // Пилоти
руемые полеты в космос. – № 2. – 2015. – С. 36–42.
[4] Михайлюк М.В., Брагин В.И. Технологии виртуальной реальности в имита
ционно-тренажерных комплексах подготовки космонавтов. // Пилотируемые
полеты в космос. – № 2, № 7. – 2013. – С. 82–93.
[5] Бурдин Б.В., Михайлюк М.В., Сохин И.Г., Торгашев М.А. Использование вир
туальных 3D-моделей для экспериментальной отработки бортовых полетных
операций, выполняемых с помощью антропоморфных роботов. // Робототехника
и техническая кибернетика. – № 1. – 2013. – С. 42–46.
[6] Мальцев А.В., Михайлюк М.В., Лапта А.И. Моделирование перемещения и на
вигация космонавтов по внешней поверхности МКС // Пилотируемые полеты
в космос. – № 3. – 2013. – С. 44–50.
[7] Михайлюк М.В., Торгашев М.А. Система «GLVIEW» визуализации для модел и
рующих комплексов и систем виртуальной реальности. // Вестник Российской
академии естественных наук. – № 2. – 2011. – С. 20–28.
[8] Михайлюк М.В., Торгашев М.А. Система визуализации «GLVIEW» для ими
тац ионно-тренажерных комплексов подготовки космонавтов. // Пилотируемые
полеты в космос. – № 4. – 2013. – С. 60–72.
[9] Михайлюк М.В., Крючков Б.И., Усов В.М. Виды интерфейса для дистанцион
ного взаимодействия космонавтов с автономными мобильными роботами при
внекорабельной деятельности на лунной поверхности. // Пилотируемые полеты
в космос. – № 4(25). – 2017. – С. 41–53.
[10] Крючков Б.И., Усов В.М., Михайлюк М.В. Применение методов захвата дви
жений в космической робототехнике при инженерно-психологическом проект и
ровании человеко-машинного взаимодействия // Пилотируемые полеты в кос
мос. – № 4(21). – 2016. – С. 57–78.
[11] Сохин И.Г., Лончаков Ю.В., Сиволап В.А., Михайлюк М.В., Сычков В.Б.
Эргон омическое исследование дистанционного взаимодействия космонавтов
с антропоморфными роботами помощниками». // Робототехника и техническая
кибернетика. – № 3(12). – 2016. – С. 18–22.
[12] 3D-модель служебного модуля РС МКС. // Информационный ресурс. URL:
https://pikabu.ru/story/samaya_tochnaya_3d_model_sluzhebnogo_modulya_rs_
mks_6511695 (доступ свободный, дата обращения 2020.02.02.)
70
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[13] 3D-панорамы модулей МКС. Информационный ресурс. URL: http://www.esa.int/
Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/International_Space_Sta-
tion/Highlights/International_Space_Station_panoramic_tour (доступ свободный,
дата обращения 2020.02.02.).
[14] Блог космонавтов МКС (архив) Орбитальный дом: экскурсия по МКС. // Инфор
мац ионный ресурс. URL: // https://www.roscosmos.ru/3395/ (доступ свободный,
дата обращения 2020.02.02.).
[15] 3D-модель МКС (Инфографика. Известия) // Информационный ресурс. URL:
https://iz.ru/642892/2017-09-07/3d-model-mks (доступ свободный, дата обращен ия
2020.04.24).
[16] Михайлюк М.В., Крючков Б.И., Усов В.М. Разработка бортового виртуального
симулятора для формирования и поддержания готовности экипажа на лунной
станц ии к аварийному реагированию на потенциально опасные ситуации. // Мате
риалы конференции «Информационные технологии в управлении» (ИТУ-2018). –
СПб.: АО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2018. (742 с.). – С. 688–697.
[17] Моисеев Ю.Б., Рыженков С.П., Усов В.М., Михайлюк М.В., Алонцева Е.Н. Вир
туальное прототипирование оборудования рабочих мест операторов с использо
ванием компьютерных макетов тела человека. // Сб. трудов III Международной
конференции «Человеческий фактор в сложных технических системах и средах:
ЭРГО 2018». Сб. докл. Санкт-Петербург. 4–7 июля 2018 г. СПб.: СПбГЭТУ
«ЛЭТИ». (789 с.) – С. 282–290.
[18] Якуничев Н.Г., Кукин О.Н. Дизайнерский подход к организации интерьера
орбитальной космической станции // http://www.designspb.ru/news/posts/orbital_
space_station_design/ доступ свободный, дата обращения 2020.02.02.
[19] Сохин И.Г., Курицын А.А., Усов В.М. Проблемы взаимодействия экипажей
перспективных космических миссий с антропоморфными роботами-помощн и
ками. // Сб. трудов III Международная конференция «Человеческий фактор в слож
ных технических системах и средах: ЭРГО 2018». Сб. докл. Санкт-Петерб ург.
4–7 июля 2018 г. СПб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ». (789 с.) – С. 782–789.
[20] Желтов С.Ю., Выголов О.В., Визильтер Ю.В. Авиационные системы улучш ен
ного и синтезированного видения закабинного пространства // Полет. – № 1. –
2013. – С. 33–39.
[21] Бубеев Ю.А., Крючков Б.И., Усов В.М. [и др.] Итоги космического эксперимента
«Пилот-Т» для моделирования взаимодействия в системе «человек–робот» на
лунной поверхности // Авиакосмическая и экологическая медицина. – 2019. –
Т. 53.– № 7. – С. 65–75. DOI: 10.21687/0233-528X-2019-53-7-65-75.
[22] Масалкин А.И., Пекарский А.В. Моделирование визуальной обстановки в кос
мических тренажерах // Аэрокосмический курьер. – 2002. – № 6. [Электронный
ресурс]. URL: https://pikabu.ru/story/razvitie_kosmicheskikh_trenazherov_podgot-
ovki_kosmonavtov_6514151 (доступ свободный, дата обращения 2020.02.02.)
[23] Виноградов Ю.А., Основенко И.Н., Пискунов А.А. Развитие космических тре
нажеров подготовки космонавтов. // Электронный ресурс. URL: https://pikabu.
ru/story/razvitie_kosmicheskikh_trenazherov_podgotovki_kosmonavtov_6514151
(доступ свободный, дата обращения 2020.02.02.)
[24] Александров В.В., Бурдин Б.В., Крючков Б.И., Усов В.М., Чертополохов В.А.
[и др.] Построение исследовательского стенда для психофизиологического тес
тирования интерактивного взаимодействия человека-оператора с виртуальной
71
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
средой // Авиакосмическая и экологическая медицина. – 2016. – Т. 50. – № 5. –
С. 6–7.
[25] Ушаков И.Б., Бубеев Ю.А., Гущин В.И., Боритко Я.С. К проекту освоения Лу
ны: некоторые инженерно-психологические и медицинские проблемы // Журнал
«Космическая техника и технологии». – № 3(10). – 2015. – С. 68–80.
[26] Кручинина А.П., Латонов В.В., Чертополохов В.А. Обзор технологий визуальной
имитации в тренажерных системах // Пилотируемые полеты в космос. – № 3. –
2019. – С. 89–107.
[27] Крикалёв С.К., Крючков Б.И., Харламов М.М. [и др.] Экспериментальные
исслед ования по оценке выполнения космонавтами сложной операторской дея
тельности после длительного космического полета на МКС в интересах осу
ществления полетов в дальний космос // Пилотируемые полеты в космос. –
№ 4(9). – 2013. – С. 24–35.
[28] На МКС проведут виртуальный эксперимент по управлению ровером на Луне //
Новостной сайт «МГУ в СМИ». [Электронный ресурс]. URL: https://www.msu.
ru/press/smiaboutmsu/na-mks-provedut-virtualnyy-eksperiment-po-upravleniyu-rov-
erom-na-lune.html (доступ свободный, дата обращения 2020.02.02.)
[29] Шесть российских девушек «совершат полет» на Луну. // Новостной ресурс
ТАСС. [Электронный ресурс]. URL: https://tass.ru/kosmos/2383800 (доступ сво
бодн ый, дата обращения 2020.02.02.)
[30] Заборовский В.С., Кондратьев А.С., Силиненко А.В., Мулюха В.А., Ильяшен
ко А.С., Филиппов М.С. Удаленное управление робототехническими объектами
в космических экспериментах серии «Контур» // Научно-технические ведомости
СПбГПУ. Информатика. Телекоммуникации. Управление. – № 6(162). – 2012. –
C. 23–32.
[31] Заборовский В.С. Космическая робототехника: от автономных устройств к
кибер-физическим системам // 2013 СПб, Ленэкспо Электронный ресурс. URL:
http://www.csr-nw.ru/files/csr/file_content_1319.pdf (доступ свободный, дата обра
щения 2020.02.02.)
[32] Сергеев А.В., Гук М.Ю. Управление мобильным роботом космического назначе
ния с применением виртуальной реальности и силомоментного очувствления. //
Пилотируемые полеты в космос. –№. 4. – 2018. – С. 44–52.
[33] Васильев А.В., Кондратьев А.С., Градовцев А.А., Даляев И.Ю. Исследование
и разработка проектного облика мобильной робототехнической системы для
проведения геологической разведки на поверхности луны. // Труды СПИИРАН. –
№ 2(45). – 2016. – С. 141–156. https://doi.org/10.15622/sp.45.9.
[34] Робот мобильный для операций в открытом космосе «Косморобот». Инфор
мац ионный ресурс. URL: https://rtc.ru/solution/kosmorobot/ (доступ свободный,
дата обращения 2020.02.02.)
[35] Даляев И.Ю. «Робот космического назначения «Косморобот». Тенденции,
и перспективы развития технологических роботов при освоении космического
пространства». Круглый стол, посвященный основным итогам испытаний ан
троп оморфного робота «Skybot-F-850» на борту PC МКС и перспективам даль
нейшего использования робототехнических систем в космической деятель
ности // Материалы XIII Международной научно-практической конференции
«Пилотируемые полеты в космос» 13–15 ноября 2019 года.
72
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[36] В Петербурге провели космический эксперимент. // Информационный ресурс
Сайт 1TV Spb. URL: http://www.1tvspb.ru/event/Roboti_i_kosmos/ (доступ своб од
ный, дата обращения 2020.02.02.)
REFERENCES
[1] Tolstel O.V., Oreshkov S.S., Mikhailyuk M.V., Kryuchkov B.I., Usov V.M. Elec-
tronic prototyping in tasks of ergonomic design for cosmonauts’ on-planet activities
with robots application. // Robotics and Technical Cybernetics. – No 3(8). – 2015. –
pp. 41–45.
[2] Simulators and simulator complexes / Shukshunov V.E., Tsybliev V.V., Pototskiy .S.I.,
et al. Edited by Shukshunov V.E. – Moscow: Mashinostroenie, 2005. – p. 263.
[3] Masalkin A.I., Torgashev M.A. Experience of the use of visual environment modeling
systems in simulators of manned space vehicles. // Scientific Journal Manned Space-
flight. – No 2. – 2015. – pp. 36–42.
[4] Mikhailyuk M.V., Bragin V.I. Application of virtual reality technologies in simulation
complexes for cosmonaut training. // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 2,
No 7. – 2013. – pp. 82–93.
[5] Burdin B.V., Mikhailyuk M.V., Sokhin I.G., Torgashev M.A. The usage of virtual
3D-models for experimental exercising the flight operations performed with the help
of anthropomorphic robots // Robotics and Technical Cybernetics. – No 1. – 2013. –
pp. 42–46.
[6] Maltsev A.V., Mikhailyuk M.V., Lapta A.I. Simulation of movement and naviga-
tion of cosmonauts over the external surface of the ISS // Scientific Journal Manned
Spaceflight. – No 3. – 2013. – pp. 44–50.
[7] Mikhailyuk M.V., Torgashev M.A. GLVIEW visualization system for simulator com-
plexes and VR-systems // Bulletin of the Russian Academy of Natural Sciences. –
No 2. – 2011. – pp.20–28.
[8] Mikhailyuk M.V., Torgashev M.A. GLVIEW – visualization system for the simula-
tion facilities to train cosmonauts. // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 4. –
2013. – pp. 60–72.
[9] Mikhailyuk M.V., Kryuchkov B.I., Usov V.M. Options of interfaces for the remote
interaction of cosmonauts with autonomous mobile robots during extravehicular ac-
tivity on the lunar surface // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 4(25). –
2017. – pp. 41–53.
[10] Kryuchkov B.I., Usov V.M., Mikhailyuk M.V. Engineering-psychological designing
of human-machine interaction // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 4(21). –
2016. – pp. 57–78.
[11] Sokhin I.G., Lonchakov Yu.V., Sivolap V.A., Mikhailyuk M.V., Sychkov B.V. Ergo-
nomic studies of remote interaction between astronauts and anthropomorphic robot
assistants // Robotics and Technical Cybernetics. – No 3(12). – 2016. – pp. 18–22.
[12] 3D-model of the ISS RS Service Module // information resource. URL: https://pik-
abu.ru/story/samaya_tochnaya_3d_model_sluzhebnogo_modulya_rs_mks_6511695
(public access, access date 2020.02.02.)
[13] 3D-panoramas of the ISS modules. Information resource. URL: http://www.esa.int/
Science_Exploration/Human_and_Robotic_Exploration/International_Space_Sta-
tion/Highlights/International_Space_Station_panoramic_tour (public access, access
date 2020.02.02.).
73
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[14] ISS cosmonauts’ blog (archive) Orbital house: ISS tour// information resource.
URL: // https://www.roscosmos.ru/3395/ (public access, access date 2020.02.02.).
[15] 3D-model of the ISS (Infographic. Izvestia) // Information resource. URL: https://
iz.ru/642892/2017-09-07/3d-model-mks (public access, access date 2020.04.24).
[16] Mikhailyuk M.V., Kryuchkov B.I., Usov V.M. Development of on-board virtual
simulator for crew readiness for emergency response at the lunar station. // Proceed-
ings of the Conference “Information Technologies in Management” (ITU-2018). –
SPb.: JSC “Concern” Central Research Institute “Electropribor”. – 2018. (742 p.). –
pp. 688–697.
[17] Moiseev Yu.B., Ryzhenkov S.P., Usov V.M., Mikhailyuk M.V., Alontseva E.N. Vir-
tual prototyping of equipment for operator workstations using computer models of
the human body. // Proceedings of the III International Conference “Human Factor
in Complex Technical Systems and Environments: ERGO 2018”. Book of reports.
Saint-Petersburg. July 4–7, 2018. – St. Petersburg: SPbGETU “LETI”. (789 p.). –
pp. 282–290.
[18] Yakunichev N.G., Kukin O.N. An artist approach to interior design of the orbital
space station // http://www.designspb.ru/news/posts/orbital_space_station_design/
public access, access date 2020.02.02.
[19] Sokhin I.G., KuritsynA.A., Usov V.M. Issues of human-robot interaction in future
space missions. // Proceedings of the III International Conference “Human Factor
in Complex Technical Systems and Environments: ERGO 2018”. Book of reports.
Saint-Petersburg. July 4–7, 2018. – St. Petersburg: SPbGETU “LETI”. (p. 789). –
pp. 782–789.
[20] Zheltov S.Yu., Vygolov O.V. Vizilter Yu.V. Aircraft systems for enhanced and syn-
thesized vision of external environment // Polyot. – No 1. – 2013. – pp. 33–39.
[21] Bubeev Yu.A., Kryuchkov B.I., Usov V.M. [et al.] Results of space experiment Pi-
lot-T simulating the human–robot interactions on the lunar surface // Journal of Aero
space and Environmental Medicine. – 2019. – Vol. 53. – No 7. – pp 65–75. DOI:
10.21687/0233-528X-2019-53-7-65-75.
[22] Masalkin A.I., Pekarsky A.V. Modeling the visual environment in space simulators //
Journal Aerospace Courier. – 2002. – No 6. [Electronic source]. URL: https://pikabu.
ru/story/razvitie_kosmicheskikh_trenazherov_podgotovki_kosmonavtov_6514151
(public access, access date 2020.02.02.)
[23] Vinogradov, Y.A., Osnovina I.N., Piskunov A.A. Development of space simulators
for cosmonaut training. // [Electronic source]. URL: https://pikabu.ru/story/razvi-
tie_kosmicheskikh_trenazherov_podgotovki_kosmonavtov_6514151 (public access,
access date 2020.02.02.)
[24] Alexandrov V.V., Burdin B.V., Kryuchkov B.I., Usov V.M., Thistolokhov V.A. [et
al.] Designing a research stand for psychophysiological testing of the “human op-
erator–virtual environment” interaction // Journal of Aerospace and Environmental
Medicine. – 2016. – Vol. 50. – No 5. – pp. 6–7.
[25] Ushakov I.B, Bubeev Yu.A., Gushchin V.I., Boritko Ya.S. On the subject of lunar ex-
ploration: some engineering-psychology and medical problems // Space Engineering
and Technology magazine. – No 3(10). – 2015. – pp. 68–80.
[26] Kruchinina A.P., Latonov V.V., Chertopolokhov V.A. Review of visual imitation
technologies in simulation systems // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 3. –
2019. – pp. 89–107.
74
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[27] Krikalev S.K., Kryuchkov B.I., Kharlamov M.M. [et al.] Experimental assessment
of carrying out complex operator activity by cosmonauts after long-duration mission
aboard the ISS in the interests of human space exploration beyond low-earth orbit //
Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 4(9). – 2013. – pp. 24–35.
[28] Virtual rover control experiment will be carried out on the ISS // Internet news site
“MSU media coverage”. [Electronic source]. URL: https://www.msu.ru/press/smia-
boutmsu/na-mks-provedut-virtualnyy-eksperiment-po-upravleniyu-roverom-na-lune.
html (public access, access date 2020.02.02.)
[29] Six Russian girls will “fly” to the Moon // Internet news site ‘TASS. [Electronic
source]. URL: https://tass.ru/kosmos/2383800 (public access, access date 2020.02.02.)
[30] Zaborovsky V.S., Kondratyev A.S., Filonenko A.V., Mulyukha V.A., Ilyashenko A.S.,
Filippov M.S. The remote control of robotic objects in the frame of “Contour” space
experiments // St. Petersburg State Polytechnical University Journal. Computer Sci-
ence. Telecommunication and Control Systems. – No 6(162). – 2012. – pp. 23–32.
[31] Zaborovsky V.S. Space robotics: from autonomous devices to cyber-physical sys-
tems // 2013. SPb. Lenekspo. [Electronic source]. URL: http://www.csr-nw.ru/files/
csr/file_content_1319.pdf (public access, access date 2020.02.02.)
[32] Sergeev A.V., Guk M.Yu. Mobile space robot control with the use of virtual reality //
Scientific Journal Manned Spaceflight. – No. 4. – 2018. – pp. 44–52.
[33] Vasiliev A.V., Kondratev A.S., Gradovtsev A.A., Dalyaev I.Yu. Research and devel-
opment of a mobile robotic system for geological exploration on the lunar surface //
SPIIRAS Proceedings. – No 2(45). – 2016. – pp. 141–156. https://doi.org/10.15622/
sp.45.9.
[34] “Cosmorobot” mobile robot for operations in outer space. Information resource.
URL: https://rtc.ru/solution/kosmorobot/ (public access, access date 2020.02.02.)
[35] Dalyaev I.Yu. “Cosmorobot” space-rated robot. Prospects for the development of
technological robots in space exploration. Round table on the main test results of
the Skybot-F-850 anthropomorphic robot aboard the ISS RS and the prospects for
the further application of robotic systems in space activities // Proceedings of the
XIII International Scientific and Practical Conference “Manned Spaceflight”. Novem-
ber 13–15, 2019.
[36] About space experiment carried out in Saint -Petersburg. // Information resource
web-site 1TV Spb. URL: http://www.1tvspb.ru/event/Roboti_i_kosmos/ (public ac-
cess, access date 2020.02.02.)
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
УДК 629.786.2 DOI 10.34131/MSF.20.2.76-86
Результаты эксперимента «Пробой»,
специфика подготовки космонавтов
и перспективы дальнейших исследований
Л.А. Умнова, Е.В. Попова, О.А. Лукьянова,
С.П. Авершьев, А.Л. Половнев
Л.А. Умнова; канд. пед. наук Е.В. Попова; О.А. Лукьянова
(ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»)
Канд. техн. наук С.П. Авершьев (АО «ЦНИИмаш»)
Канд. физ.-мат. наук А.Л. Половнев (ПАО «РКК «Энергия»)
В статье рассмотрены особенности подготовки космонавтов для работы
с научной аппаратурой космического эксперимента «Пробой», специфика
проведения и предварительные результаты космического эксперимента на
борту МКС, задачи по совершенствованию научной аппаратуры и дальней-
шему развитию эксперимента.
Ключевые слова: космический аппарат, космический мусор, метеороид,
пробой гермооболочки, акустическая волна, подготовка космонавтов.
Results of Se “Proboi”, Features of Cosmonaut Training.
Prospects for Further Researches. L.A. Umnova, E.V. Popova,
O.A. Lukyanova, S.P. Avershyev, A.L. Polovnev
The article discusses the features of training cosmonauts to deal with the scientif-
ic equipment of the “Proboi” space experiment, the specifics of the implementa-
tion and preliminary results of the space experiment aboard the ISS, the tasks of
improving scientific equipment and the further development of the experiment.
Keywords: spacecraft, space debris, meteoroid, containment breakdown, acous-
tic wave, cosmonaut training.
Нарастающая засоренность околоземного космического пространства кос-
мическим мусором из-за активной человеческой деятельности увеличивает
вероятность столкновения космических аппаратов (КА) с высокоскоростны
ми частицами, в результате которого возможен пробой гермооболочки с воз-
можными катастрофическими последствиями.
Особенно актуальной проблема является для обитаемых КА. При воз-
никновении небольшой пробоины (площадью до нескольких десятков мм2)
имеется техническая перспектива заделки отверстия силами экипажа. В этом
случае важное значение имеет возможность оперативного определен ия мес
та столкновения частицы с оболочкой, т.к. это позволяет своевременн о опо-
вестить экипаж и принять экстренные меры по устранению течи.
Одним из способов решения указанной проблемы является метод, ос-
нованный на анализе акустических волн, возникающих в атмосфере гер
моотсека при пробое корпуса, и определении координат местоположения
76
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
источника звука, совпадающего с местом пробоя [1]. Этот способ положен
в основу разработки системы оперативного определения координат пробоя
(СОКП).
Принцип действия системы основывается на измерении разности вре-
мен прихода акустической волны в атмосфере гермоотсека от точки удара
(пробоя) гермооболочки к акустическим датчикам (микрофонам), располо-
женным в различных точках гермоотсека по определенной схеме, и расчете
по этим данным координат источника акустической волны. Возможность
регистрации акустических воздушных волн исследовалась и полностью
подтверждена в наземных экспериментах на установках АО «ЦНИИмаш»
совместно с РКК «Энергия» по натурному пробою стенки гермоотсека при
скоростях соударения до 7 км/с [2, 3].
С целью проверки метода оперативного определения координат места
пробоя, тестирования созданной аппаратуры и разработанного программ-
ного обеспечения в условиях реального полета на борту российского сег-
мента Международной космической станции был организован космический
эксперимент (КЭ) «Пробой». Предварительно метод определения коорди-
нат пробоя был отработан в экспериментах, проведенных на комплексном
стенде служебного модуля (СМ) в РКК «Энергия» и на тренажере россий-
ского сегмента Международной космической станции служебного модуля
(РС МКС СМ) в Центре подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина.
Космический эксперимент «Пробой» проводится на борту российского
сегмента МКС с декабря 2014 года. В эксперименте предусматривается вы-
полнение следующих задач: получение характеристик постоянно действую-
щих помех в реальных условиях полета для настройки пороговых уровней
срабатывания системы оперативного определения координат точки пробоя;
идентификация импульсных источников звука, действующих на борту СМ;
определение характеристик воздушной среды в СМ, влияющих на скорость
распространения звуковых волн; верификация метода оперативного опреде-
ления координат точки пробоя с помощью имитатора акустической волны
«пробоя» в натурных условиях полета.
Имитатор акустической волны пробоя является важнейшим элементом
аппаратуры. Характеристики акустической воздушной волны, получаемой
в имитаторе, близки к характеристикам акустической волны реального про-
боя, что подтверждено в наземных экспериментах по натурному пробою
элементов конструкции КА. Принцип генерации импульсного звука в ими-
таторе основан на процессе разрыва латексной мембраны. На рисунке 1 по-
казан вид излучателя имитатора акустической волны.
С 2014 года, начиная с МКС-39/40, в ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Га
гарина» осуществляется подготовка космонавтов в составе основных и дуб
лирующих экипажей и групп специализации и совершенствования по рабо-
те с научной аппаратурой КЭ «Пробой» на тренажере служебного модуля
российского сегмента МКС (СМ РС МКС).
77
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рис. 1. Размещение излучателя имитатора акустической волны
вблизи иллюминатора 13 в эксперименте на МКС
Основная цель подготовки космонавтов по КЭ «Пробой» заключается
в получении космонавтами знаний и формировании навыков по выполне-
нию эксперимента согласно бортовой документации по эксперименту с уче-
том особенностей космического полета.
Изучение КЭ «Пробой» позволит космонавтам:
1. Знать:
– научные основы проведения КЭ «Пробой»;
– научные основы, цели и задачи эксперимента;
– состав научной аппаратуры и вспомогательного оборудования;
– состав возвращаемого оборудования;
– циклограмму выполнения эксперимента;
– меры безопасности при выполнении эксперимента.
2. Сформировать навыки:
– выполнения эксперимента «Пробой».
3. Уметь:
– выполнять все штатные операции по работе с аппаратурой;
– устранять расчетные нештатные ситуации по работе с аппаратурой;
– соблюдать меры безопасности при выполнении работ с аппаратурой;
– выполнять операции по техническому обслуживанию аппаратуры;
– выполнять ремонт аппаратуры (по указаниям Земли).
Тематический план, определяющий количество часов, отведенных на
изучение КЭ «Пробой», и формы занятий, приведен в таблице 1.
78
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Таблица 1
Тематический план проведения занятий по КЭ «Пробой»
Количество часов
Наименование тем Теоретические Практические Трени Всего Примечание
занятия занятия ровки
Тема 1. 0,5 – – 1 Класс
РС НПИ «Пробой» –
Лекция – УТМ РС МКС,
Ознакомление 1 – 1 тренажер ИУС
Тема 2. ЦПК
РС НПИ «Пробой»
Практическое УТМ РС МКС,
занятие 1 – 1 тренажер ИУС
Тема 3. ЦПК
РС НПИ «Пробой»
Практическое
занятие
Восстановление
знаний
В рамках 4-часо-
вой комплексной
тренировки
Зачетная или типовых
тренировка – – 1 1 полетных суток
или экзаменацион-
ной комплексной
тренировки
ИТОГО: 1 2 14
Подготовка космонавтов к проведению КЭ «Пробой» осуществляет-
ся как в виде теоретических занятий, так и практических занятий на трена-
жере СМ РС МКС (рисунок 2). Программа эксперимента отрабатывается
на научной аппаратуре КЭ «Пробой», расположенной на тренажере СМ РС
МКС. Во время тренировочных занятий обеспечивается функционирование
бортовых систем тренажера СМ РС МКС.
Для занятий используется образец НА, идентичный применяемому на
РС МКС, аналог бортового лэптопа RSE-1 и аналог бортовой точки доступа
Wi-Fi. Тренировочные занятия по подготовке экипажа МКС к проведению
КЭ включают сборку блоков НА внутри гермоотсека, закрепление микро-
фонов и кабелей на стенках изнутри гермоотсека модуля МКС и аппаратуры
внутри гермоотсека, подключение и тестирование НА. Тренировки сеансов
измерений проводятся в полуавтоматическом режиме. Также отрабатывают
ся практические навыки по работе с имитатором пробоя и с программным
обеспечением научной аппаратуры.
79
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рис. 2. Подготовка космонавта Н.В. Тихонова к работе
с научной аппаратурой, экспедиция МКС-57/58
Постановщиком космического эксперимента «Пробой» и разработчи-
ком научной аппаратуры является АО «ЦНИИмаш».
При организации подготовки к КЭ использовалась научная аппарату-
ра «СОКП» и вспомогательное оборудование (таблица 2). Комплект науч-
ной аппаратуры эксперимента «Пробой» включает в себя два независимых
регистрирующих блока: БПАС (блок преобразования акустических сигна-
лов), АР (автономный регистратор) с вторичными источниками питания,
комплект микрофонов в адаптерах, имитатор пробоя. БПАС размещается
в рабочем объеме служебного модуля, АР используется как переносной ре-
гистратор и размещается поочередно в переходном отсеке (ПхО) СМ или
переходной камере (ПрК) СМ. К каждому регистрирующему блоку подклю-
чено по шесть микрофонов. Микрофоны помещены в специальные адап-
теры, исключающие их случайное повреждение, и закреплены с помощью
велкро на панелях интерьера рабочего объема или вблизи гермооболочки
в ПхО и ПрК.
Все навыки, приобретенные космонавтами во время обучения, позво-
ляют полностью отработать программу КЭ «Пробой», в т.ч. по эксплуата-
ции научной аппаратуры в штатных и нештатных ситуациях.
80
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Таблица 2
Использование научной аппаратуры и вспомогательного оборудования
при организации подготовки к КЭ «Пробой»
Название НА Назначение НА Фото НА Размещение
на РС МКС
НА «СОКП»: Оперативное
определение коор- СМ
динат места пробоя
корпуса гермоотсека РО СМ
в районе
Блок Регистрация панели
преобразо посредств ом шести № 423
вания микрофонов,
акустических установленных на
сигналов элементах интерьера
БПАС РО СМ в заранее
выбранных местах,
и обработки данных
измерений ампли-
туды акустических
волн в воздушной
среде РО СМ
Автономный АР предназначен ПхО или
регистратор для регистрации ПрК СМ
АР посредством
шести микрофонов,
установленных
в ПхО/ПрК СМ
в заранее выбранных
местах, и обработки
данных измерений
амплитуды
акустических волн
в воздушной среде
Имитатор Создание СМ
пробоя акустической волны
в воздушной среде
Микрофоны Регистрация РО
акустических волн на панелях
в воздушной среде интерьера,
ПхО и ПрК
81
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Окончание таблицы 2
Название НА Назначение НА Фото НА Размещение
на РС МКС
Бортовой Вычислительная часть
лэптоп RSE-1 ПО, установленная
на бортовом лэптопе,
автоматически пол у
чает файлы от интер
фейсной части ПО,
после чего обрабаты
вает их с целью
нахождения момент ов
времени прихода
звуковой волны
к микр офонам, рас
считывает и отобра
жает координаты
места пробоя
в реальном масштабе
времени
Бортовая Позволяет передавать
точка доступа файлы с регистри
Wi-Fi рующих блоков
на бортовой лэптоп
Наличие большого количества постоянно работающего оборудования,
сложная конфигурация внутреннего интерьера, загромождение пространст
ва приборами, кабельными трассами, воздуховодами и т.п. усложняют усло
вия распространения волны и затрудняют решение задачи определения мес
та пробоя. Основные затруднения при определении момента прихода перед-
него фронта акустической волны от места пробоя к микрофонам связаны
со снижением ее амплитуды на 30–40 дБ при прохождении через прибор-
ный отсек, отделенный от рабочей зоны обитания космонавтов панелями
интерьера. С учетом того, что уровень звука в атмосфере, генерируемого
при пробое, составляет не менее 140 дБ на расстоянии 1 м от точки пробоя,
а уровень фоновых шумов в рабочем отсеке составляет 60–70 дБА, можно
достаточно надежно фиксировать акустическую волну пробоя после ее про-
хождения сквозь панели интерьера. Кроме того, при расположении микро-
фонов непосредственно на гермооболочке, перед фронтом воздушной зву-
ковой волны зачастую можно наблюдать ее предвестника, связанного с бо-
лее быстрым распространением волн по гермооболочке. Для отсеив ания
предвестника применяются специальные алгоритмы обработки сигнала.
Также на погрешность определения момента прихода волны к датчику зна-
чительно влияют спектральные характеристики фоновых шумов и дифрак
ция волн на элементах оборудования.
Все эти проблемы решаются при отработке системы оперативного
определения координат места пробоя. В ходе эксперимента проводятся
длительные и короткие сеансы измерений. В длительном сеансе аппара-
82
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
тура непрерывно работает в течение месяца в автоматическом режиме для
непрерывного сбора информации об импульсных и постоянных шумах.
В коротких сеансах измерений экипажем МКС проводится работа по ими-
тации пробоя с целью верификации метода оперативного определения коор
динат места пробоя. Перед сеансом уточняется скорость звука в воздушной
среде по измерениям температуры атмосферы. В сеансе используются ими-
татор пробоя и бортовой лэптоп. В заранее выбранную точку на гермо
оболочке устанавливается излучатель имитатора пробоя. Если точка разме-
щения находится в запанельном пространстве, то панель после размещения
излучателя плотно закрывается. После этого имитатор приводится в дейст
вие. При срабатывании имитатора на экран бортового лэптопа выдаются
коорд инаты и изображение проекции модуля, на которой показано расчет-
ное место пробоя.
Система использует беспроводной интерфейс Wi-Fi для передачи дан-
ных в коротких сеансах от регистраторов на бортовой лэптоп. В длительных
сеансах данные по импульсным и фоновым шумам накапливаются на внут
ренних носителях регистраторов. Результаты коротких сеансов верифика-
ции с участием экипажа оперативно отправляются на Землю по существую
щим каналам связи. Основные результаты эксперимента из-за большого
объема информации возвращаются на Землю на электронных носителях
при завершении экспедиции.
К настоящему времени эксперимент проводили члены нескольких дли-
тельных экспедиций, начиная с экспедиции МКС-41/42 (А.М. Самокутяев,
Е.О. Серова). В длительном сеансе измерений удалось провести более 50 ко-
ротких сеансов верификации метода оперативного определения координат
пробоя. Моделирование пробоя выполнялось практически на всей поверх-
ности гермооболочки служебного модуля (рис. 3), в том числе, в 15 точках
(выделено курсивом) в запанельном пространстве модуля. Погрешность си-
стемы оперативного определения координат места пробоя, полученная как
в загроможденном пространстве, так и в незагроможденном пространстве,
рассчитывалась как расстояние от места установки излучателя имитатора
пробоя до точки с расчетными координатами, выданными системой в корот-
ких сеансах верификации. В соответствии с программой космического экс-
перимента ожидаемая точность определения места пробоя в незагромож
денных зонах модуля составляет от 0,05 до 0,3 м, а в загроможденных –
от 0,4 до 0,7 м.
Полученные погрешности в целом удовлетворяют требованиям про-
граммы КЭ «Пробой». Погрешность системы, реализованной в настоящее
время, составляет 0,33 м (с вероятностью 95 %) при пробое как на откры-
тых участках гермооболочки, так и на участках корпуса в загроможденном
оборудованием пространстве, изолированном панелями интерьера от оби-
таемого объема модуля.
83
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рис. 3. Результаты верификации НА «СОКП» КЭ «Пробой»
Проведено значительное количество коротких сеансов внутри левой
и правой кают РО, что связано с сильных затуханием в них акустических
волн. В течение нескольких экспедиций удалось верифицировать методику
определения координат места пробоя как в правой, так и в левой каютах
после доработки алгоритма срабатывания и установки высокой чувстви
тельности системы.
Испытания по синхронизации блоков БПАС и АР показали, что для
определения места пробоя на всей гермоболочке ПрК необходимо исполь-
зовать не менее трех датчиков внутри ПрК, синхронизованных с системой
в РО СМ.
Результаты космического эксперимента показали работоспособность
способа определения координат места пробоя и оптимальность схемы рас-
становки микрофонов внутри гермоотсеков СМ, выполненных в соответст
вии с патентом РФ № 2387966 [1], при этом научная аппаратура системы
определения координат пробоя определяет координаты пробоя с предусмот
ренной точностью.
Выводы
1. В ходе выполнения КЭ «Пробой» проведены испытания по имита
ции пробоя в 39 точках по всей поверхности СМ (рис. 3), в том числе
в 15 точк ах (выделено курсивом) в запанельном пространстве модуля. В за-
панельном пространстве в 10 точках погрешность системы не превысила
0,4 м, в 3 точках – 0,5 м, в 2 точках – 0,7 м. С помощью флэш-накопителей
на Земл ю передано ~250 Гб научной информации по импульсным источни-
кам шума на борту СМ.
84
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
2. По данным измерений импульсных шумов, зарегистрированных на
борту служебного модуля РС МКС, создана база данных типовых спектров
сигналов, анализ которой показал принципиальную возможность идентифи-
кации импульсных шумов по их спектрам [4]. В настоящее время алгоритм
идентификации импульсных шумов отрабатывается как на борту МКС, так
и в ЦПК при обучении космонавтов.
3. Рассмотрены особенности подготовки космонавтов к выполнению
КЭ «Пробой» на борту РС МКС. Опыт ее организационного-технического
и методического обеспечения целесообразно учесть при подготовке космо-
навтов по другим КЭ, а также в будущем при выполнении сеансов верифи-
кации на борту ПКК.
4. В дальнейшей работе по КЭ «Пробой» запланированы: оптимиза-
ция размещения измерительных микрофонов и подбор их оптимального ко-
личества для увеличения точности определения координат; беспроводная
синхронизация блоков научной аппаратуры для их привязки к единому мо-
менту времени при размещении научной аппаратуры в различных модулях
МКС; отработка передачи телеметрической информации на Землю. В пер-
спективе планируется также повышение точности системы за счет регист
рации электромагнитного импульса, возникающего при высокоскоростном
проб ое, автоматическое определение размеров пробойного отверстия и вре
мени безопасности экипажа.
5. Результаты космического эксперимента планируется использовать
для создания штатной системы оперативного определения координат места
пробоя. Подобная система будет востребована при освоении космического
пространства за пределами НОО, при осуществлении пилотируемых поле-
тов к Луне и в дальний космос, в условиях, когда оперативность и точность
определения координат места пробоя имеют критическое значение с точки
зрения выживаемости экипажа.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Авершьев С.П., Болотин В.А., Дементьев В.К., Дядькин А.А., Макаревич Г.А.,
Михайлов А.В., Пелипенко Л.Ф., Половнев А.Л., Рыбак С.П., Тихомиров Н.А.
Устройство определения координат места пробоя гермооболочки пилотируемого
космического объекта и способ определения координат места пробоя. Патент
№ 2387966 от 27.04.2010 г.
[2] С.П. Авершьев, В.С. Будаев, Г.А. Макаревич, А.В. Михайлов, Л.Ф. Пелипенко,
Н.А. Тихомиров, В.К. Дементьев, А.Л. Половнев, С.П. Рыбак, А.В. Сычев. Акус
тические волны в гермоотсеке космического аппарата при его пробое высок о
скоростной частицей. – Космонавтика и ракетостроение. – 2011. – № 1(62). –
С. 12–17.
[3] С.П. Авершьев, Ю.М. Липницкий, Г.А. Макаревич, Н. Мамадалиев, Л.Ф. Пели
пенко, А.Л. Половнев, А.С. Скалкин, П.В. Третьяков, А.Г. Шоколов. Пробой
стенки гермоотсека космического аппарата высокоскоростной частицей с обра
зованием акустических волн. Ученые записки ЦАГИ. – № 1. – Том XLVI. –
2015. – С. 42–51.
85
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[4] Зайцев К.И., Половнев А.Л. Идентификация импульсных шумов в Служебном
модуле РС МКС. Космическая техника и технологии.– 2017. – № 4(19). – С. 105–110.
REFERENCES
[1] Aversyev S.P., Bolotin V.A., Dementiev V.K., Dyadkin A.A., Makarevich G.A.,
Mikhailov A.V., Pelipenko L.F., Polovnev A.L., Rybak S.P., Tikhomirov N.A. A device
for determining the coordinates of location of containment breakdown in a manned
spacecraft and a method for determining these coordinates. Patent No 2387966 dated
27.04.2010.
[2] S.P. Avershev, V.S. Budaev, G.A. Makarevich, A.V. Mikhailov, L.F. Pelipenko,
N.A. Tikhomirov, V.K. Dementiev, A.L. Polovnev, S.P. Rybak A.V. Sychev. Acous-
tic waves in the pressurized compartment of a spacecraft during its breakdown by
a high-speed particle. – Cosmonautics and Rocket Engineering. – 2011. Issue 1(62). –
pp. 12–17.
[3] S.P. Avershev, Yu.M. Lipnitsky, G.A. Makarevich, N. Mamadaliev, L.F. Pelipenko,
A.L. Polovnev, A.S. Skalkin, P.V. Tretyakov, A.G. Shokolov. Breakdown of a pres-
surized module’s wall by a high-speed particle with the formation of acoustic waves.
Scientific notes of TsAGI. – No 1. – Vol. XLVI. – 2015. – pp. 42–51.
[4] Zaitsev K.I., Polovnev A.L. Identifying pulse noise in the Service Module of the
ISS Russian Segment. The Space Engineering and Technology magazine. – 2017.
Issue 4(19). – pp. 105–110.
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
УДК 629.785 DOI 10.34131/MSF.20.2.87-98
Оценка важности психофизических качеств
непрофессиональных космонавтов
для выполнения ими полетов в космос
А.А. Ковинский
Канд. пед. наук А.А. Ковинский
(ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»)
Охарактеризована новая культурно-историческая реальность XXI века –
космический туризм. На основании экспертной оценки представлен ранжи
рованный уровень важности 58 психофизических качеств, способностей
непрофессиональных космонавтов (космических туристов), необходимых
для успешного осуществления ими космического полета.
Ключевые слова: космический туризм, непрофессиональные космонавты
(НпК), психофизические качества, экспертная оценка, космос, подготовка,
эксперты.
Ranking of Psychophysical Qualities of Non-Professional Cosmonauts.
A.A. Kovinskiy
The paper describes space tourism as a new cultural and historical reality of the
21st century. Based on expert assessment, a ranking of 58 psychophysical qual-
ities and abilities of non-professional cosmonauts (space tourists), necessary for
their successful space flights, is presented.
Keywords: space tourism, non-professional cosmonauts, psychophysical quali-
ties, expert assessment, outer space, training, experts.
Пилотируемая космонавтика прошла длинный почти 60-летний путь от по
лета Ю.А. Гагарина до современной многомодульной Международной кос-
мической станции (МКС) [8–9]. На первом этапе освоения космоса каж
дая часть истории космонавтики показала жесткую борьбу за право быть
лидером между двумя космическими странами – СССР и США. Первый
пуск и выведение на орбиту спутника Земли, первый пилотируемый полет
человека, первая советская женщина-космонавт, создание, запуск и успеш-
ное выведение на орбиту первой космической станции и так далее – все это,
несомненно, величайшие достижения человечества. Но до сих пор не уга
сают споры защитников и противников пилотируемой космонавтики о не-
обходимости полетов человека в космос [4].
Видимо, ХХI век станет веком многочисленных полетов в космос. Рас
тет число стран, осуществляющих собственные пилотируемые программы.
В разы увеличится число космонавтов-профессионалов, работающих на
космических станциях, а также непрофессиональных космонавтов, в том
числ е, космических туристов. Большую часть пилотируемых программ кос
мич еские державы будут выполнять вместе [9, 11, 13, 18].
87
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
К настоящему времени непрофессиональными космонавтами (космич ес
кими туристами) осуществлялись только кратковременные полеты (7–10 су
ток) на российских ПКА [8, 18]. Однако программы развития пилотируемой
космонавтики предполагают и более сложные (длительные полеты на орби-
те Земли, полеты к Луне и в дальний космос), в которых могут участв овать,
в том числе, и непрофессиональные космонавты.
Для безопасного и успешного выполнения космического полета профес
сиональные космонавты должны обладать необходимыми психофизически
ми качествами. Соответственно, при включении в состав экипажа непрофес
сионального космонавта, он должен также иметь (и развивать перед поле-
том) определенные личностные психологические и физические качества.
Основная часть
Специалисты авиакосмической отрасли (Газенко О.Г., Григорьев А.И., Его
ров А.Д., Козловская И.Б., Платонов К.К., Соловьева И.Б,, Крючков Б.И.,
Куриц ын А.А., Богдашевский Р.Б. и другие) [1–3, 10, 12, 14, 16–17], выде
ляют определенные индивидуальные психофизические качества, которы
ми должны обладать профессиональные космонавты для выполнения кос
мических полетов.
В работе [6] проведен SWOT анализ более 30 авторов специалистов
авиак осмической медицины и психологии с целью выявления основных пси
хофизических качеств и способностей космонавтов, которые должны учи
тываться при его подготовке к космическому полету. При проведении иссле-
дований [6] была выполнена экспертная оценка для определения важности
таких качеств и способностей применительно к непрофессиональным кос-
монавтам (космическим туристам). В экспертной оценке приняло участ ие
четыре группы экспертов: специалисты по физической подготовке космо-
навтов (n = 5), специалисты (ученые) по подготовке космонавтов (n = 6),
медицинские специалисты (n = 5) и профессиональные космонавты (n = 6),
работающие в ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина» (далее ЦПК).
Таким образом, были обработаны опросные листы 22 экспертов, все
они сотрудники ЦПК. Средний возраст всех экспертов составил 63,3 года,
все, кроме одного, эксперты мужского пола, средний стаж работы в косми
ческой отрасли 32,4 года, что показывает довольно долгий опыт работы
в космонавтике. Должности экспертов: 4 главных научных сотрудника,
6 старш их научных сотрудников, начальник управления, 2 начальника отде-
ла, 2 заместителя начальника отдела, 4 действующих космонавта, ведущий
научный сотрудник. Ученые степени: 5 докторов технических наук, 3 кан-
дидата военных наук, 2 кандидата медицинских наук, 2 кандидата техни
ческих наук, кандидат юридических наук, кандидат психологических наук.
Зван ия: 4 профессора, 3 доцента, 3 заслуженных тренера РФ. Результаты
опр оса представлены в таблице 1.
88
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Таблица 1
Степень важности психофизических качеств, способностей
непрофессиональных космонавтов для полета в космос
Качества, способности непрофессиональных космонавтов X S V%
12 3 456
1 Мотивация к космическому полету 8,7 1,0 12
2 Осознание социальной значимости полета 6,5 1,2 23
3 Способность к правильной самооценке 6,8 0,9 13
4 Ответственность 8,3 0,9 11
5 Самостоятельность в мышлении и поведении 7,2 1,1 18
6 Уверенность в себе 7,7 0,9 10
Характерологические 7 Познавательная и творческая активность 8,3 1,2 15
8 Устойчивость личности к неблагоприятным эмоциональным, 7,4 1,0 12
социально-психологическим воздействиям
9 Целеустремленность 8,3 1,1 15
10 Черты Воля, волевая устойчивость 7,2 1,1 15
характера
11 Находчивость, способность 6,7 1,4 28
к неожиданному решению задач
12 Смелость, решительность 7,1 1,2 19
13 Настойчивость 7,7 1,2 19
14 Чувство долга 5,7 1,3 29
Социаль Нравст
15 ЧестностьСила ные венные 7,9 1,2 17
16 Порядочностькачества качества 8,0 1,4 24
17 Товарищество 7,5 1,4 28
18 Коммуникабельность 8,1 1,1 14
19 Правильные ценностные ориентации 6,7 1,1 19
20 Статическая 6,5 0,7 7
21 Динамическая 6,8 0,6 6
22 Скоростные способности, быстрота 6,7 0,9 13
23 Скоростно-силовые способности (взрывные) 6,5 0,7 8
Физические качества, способности 24 Общая (аэробная) выносливость 8,2 0,7 6
25 Анаэробная (в условиях О2 долга) выносливость 7,3 0,9 11
26 Статическая выносливость 7,5 0,7 7
27 Двигательно- Сохранить статическое и динамическ ое 7,7 0,7 7
координационные равновесие
способности, ловкость
28 Вестибулярная статокинетическая 7,5 1,1 15
устойчивость
29 Способность выполнять точные дви- 7,9 1,0 14
жения, в т.ч. дифференцировать усилия
Умение «перестраивать свои действия
30 в изменившейся ситуации», находчи- 7,6 1,1 15
вость в решении двигательной задачи
31 Умение расслабляться, экономично 7,8 1,1 14
выполнять движения, преодолевать
мышечную напряженность
32 Гибкость, в т.ч. подвижность основных суставов 6,1 1,4 31
33 Осанка, сохранение правильной позы 6,5 0,8 10
при различных положениях тела
89
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Окончание таблицы 1
Качества, способности непрофессиональных космонавтов X S V%
12 3 45 6
5,8 0,7 8
34 Способность оценивать расстояние и скорость
35 Острота зрения, способность глаза воспринимать 6,5 0,7 7
раздельно две точки
Психофизиологические качества
36 Устойчивость Сенсо Простая двигательная реакция 6,5 0,9 13
функциональ- моторная (слуховая/зрительная)
37 ных систем реакция Сложная двигательная реакция 7,1 0,7 7
(слуховая/зрительная)
38 Сердечно-сосудистая 7,6 1,0 13
39 Нервной (подвижность, 7,3 1,0 13
пластичность)
40 Дыхательная 7,6 0,8 9
41 Устойчивость к переохлаждению 6,4 0,8 11
42 Устойчивость к перегрузкам 7,1 0,9 11
43 Устойчивость к гипоксии 7,3 0,6 5
44 Помехоустойчивость (к шумам, вибрации и т.д.) 7,0 1,0 15
Психологические качества: 45 КратковременнаяПамять 6,7 0,9 12
познавательные процессы
46 Долговременная 6,6 0,8 11
47 Концентрация 6,8 1,3 23
48 ПереключениеВнимание 6,7 1,4 27
49 Помехоустойчивость 6,5 1,3 27
50 Распределение 6,6 1,1 20
51 Развитость ощущений и восприятий 6,9 0,9 13
8,1 0,9 10
Интеллектуальные 52 Интеллект (умственные способности)
8,1 0,9 10
53 Устойчивость мыслительной деятельности
в экстремальных условиях 6,3 0,6 7
54 Словесные-логические способности, 7,9 0,9 10
правильно излагать мысли 6,8 0,9 12
6,7 0,9 13
55 Стрессоустойчивость 6,2 0,9 14
56 Быстрота, точность и прочность памяти
57 Продуктивность и оперативное мышление
58 Вычислительные способности
Примечание: Подчеркнуты средние X значения оценок степени важности
по шкале «высокий» и «очень высокий».
Использовалась следующая шкала оценки уровня важности качеств
непрофессионального космонавта (космического туриста) в соответствии
с требованиями к их действиям в космическом полете: 0–1 – очень низкий;
2–3 – низкий; 4–6 – средний; 7–8 – высокий; 9–10 – очень высокий [15].
90
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рассчитаны (по Бешелеву В.Д. и Гурвичу Ф.Г.): среднее арифметичес
кое значение – Х, стандартное отклонения – S, коэффициент вариации – V %,
коэффициент конкордации – W и оценка достоверности коэффициента кон-
кордации – x2 по каждой группе экспертов и общий.
Как известно, колеблемость V % результатов измерений в зависимости
от величины коэффициента вариации можно считать небольшой (0–30 %),
средней (30–50 %) и большой (V > 50 %) [15]. Для данных результатов опро-
са коэффициент вариации средней и большой колеблемости не отмечается.
В ходе экспертной оценки при низком уровне вариативности мнений
(V %) к высоким и очень высоким качествам, способностям в группе «Ха
рактерологические» (W = 0,70 и x2 = 277,20) относятся следующие (ри-
сунок 1): интерес к космическому полету X = 8,7±1,0 при V % = 12; позна-
вательная и творческая активность X = 8,3±1,2 при V % = 15; активность
поведения, ответственность за свою подготовленность (исполнительность)
X = 8,3±0,9 при V % = 11; черты характера (целеустремленность X = 8,3±1,1
при V % = 15; настойчивость X = 7,7±1,2 при V % = 19; воля, волевая устой-
чивость X = 7,2±1,1 при V % = 15; смелость, решительность X = 7,1±1,2
при V % = 19); социальные качества (коммуникабельность X = 8,1±1,1 при
V % = 14; товарищество X = 7,5±1,4 при V % = 28); нравственные качества
(порядочность X = 8,0±1,4 при V % = 24; честность X = 7,9±1,2 при V % = 17);
уверенность в себе X = 7,7±0,9 при V % = 10; устойчивость личности к не
благоприятным эмоциональным, социально-психологическим воздейст
виям X = 7,4±1,0 при V % = 12; самостоятельность в мышлении и поведении
X = 7,2±1,1 при V % = 18.
Рис. 1. Диаграмма средних оценок экспертов к качествам, способностям
в группе «Характерологические»
91
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
В ходе экспертной оценки к высоким и очень высоким качествам, спо-
собностям в группе «Физические» (W = 0,66 и x2 = 188,76) относятся (ри-
сунок 2): общая (аэробная) выносливость X = 8,2±0,7 при V % = 6; двига-
тельно-координационные способности, ловкость (способность выполнять
точные движения, в т.ч. дифференцировать усилия X = 7,9±1,0 при V % = 14;
умение расслабляться, экономично выполнять движения, преодолевать мы-
шечную напряженность X = 7,8±1,1 при V % = 14; сохранить статическое
и динамическое равновесие X = 7,7±0,7 при V % = 7; умение «перестраивать
свои действия в изменившейся ситуации», находчивость в решении двига-
тельной задачи X = 7,6±1,1 при V % = 15; вестибулярная статокинетическ ая
устойчивость X = 7,5±1,1 при V % = 15); статическая выносливость X = 7,5±0,7
при V % = 7; анаэробная (в условиях О2 долга) выносливость X = 7,3±0,9
при V % = 11.
Рис. 2. Диаграмма средних оценок экспертов к качествам, способностям
в группе «Физические»
В ходе экспертной оценки к высоким и очень высоким качествам, спо-
собностям в группе «Психофизиологические» (W = 0,64 и x2 = 140,8) от-
носятся (рисунок 3): устойчивость функциональных систем (сердечно-со-
судистая X = 7,6±1,0 при V % = 13; нервная (подвижность, пластичность)
X = 7,3±1,0 при V % = 13; дыхательная X = 7,2±0,8 при V % = 9); устой-
чивость к гипоксии X = 7,3±0,6 при V % = 5; устойчивость к перегрузкам
X = 7,1±0,9 при V % = 11; сенсомоторная реакция (сложная двигательная
реакц ия (слуховая/зрительная) X = 7,1±0,7 при V % = 7; помехоустойчивость
(к шумам, вибрации и т.д.) X = 7,0±1,0 при V % = 15).
В ходе экспертной оценки к высоким и очень высоким качествам,
способностям в группе «Психологические. Познавательные процессы»
(W = 0,52 и x2 = 57,2) не относятся (рисунок 4).
92
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рис. 3. Диаграмма средних оценок экспертов к качествам, способностям
в группе «Психофизиологические»
Рис. 4. Диаграмма средних оценок экспертов к качествам, способностям
в группе «Психологические»
В ходе экспертной оценки к высоким и очень высоким качествам, спо-
собностям в группе «Интеллектуальные» (W = 0,70 и x2 = 107,8) относятся
(рисунок 5): устойчивость мыслительной деятельности в экстремальных
условиях X = 8,1±0,9 при V % = 10; интеллект (умственные способности)
X = 8,1±0,9 при V % = 10; стрессоустойчивость X = 7,9±0,9 при V % = 10.
93
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рис. 5. Диаграмма средних оценок экспертов к качествам, способностям
в группе «Интеллектуальные»
Коэффициенты конкордации и оценка достоверности коэффициента
конк ордации по каждой из групп экспертов важности качеств, способнос
тей КТ представлены в табл. 2. Видно, что коэффициент конкордации сред-
ний и высокий, что подтверждает согласованность результатов по группам
специалистов и в целом. Так как x2 расчетный в таблице 2 во всех слу
чаях > табл ичного значения (по Бешелеву В.Д. и Гурвичу Ф.Г), то W – вели-
чины по группам экспертов не случайны, а потому полученные результаты
имеют смысл.
Таблица 2
Коэффициенты конкордации
и оценка достоверности коэффициента конкордации групп специалистов
Группы Группы экспертов
качеств
и способ I II III IV Wср x2ср
ностей
W x2 W x2 W x2 W x2
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Хар. 0,6 54,16 0,77 82,65 0,72 65,05 0,6 64,26 0,70 277,20
Физ. 0,7 45,5 0,54 42,36 0,66 42,92 0,62 48,36 0,66 188,76
П.-ф. 0,53 26,61 0,79 47,46 0,73 36,5 0,51 30,6 0,64 140,8
Псих. 0,5 12,56 0,54 16,2 0,52 13,0 0,51 15,3 0,52 57,2
Инт. 0,67 23,37 0,81 33,98 0,69 24,28 0,62 26,0 0,70 107,8
Примечание: Хар. – xарактерологические. Физ. – физические. П.-ф. – психофизиологичес
кие. Псих. – психологические. Инт. – интеллектуальные. Первая группа (I) – специалисты
по физической подготовке космонавтов (n = 5). Вторая группа (II) – специалисты по научно-
технической подготовке космонавтов (n = 6). Третья группа (III) – медицинские специалис
ты (n = 5). Четвертая группа (IV) – профессиональные космонавты (n = 6).
94
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Выводы
1. Анализ перспектив развития мировой пилотируемой космонавтики
показывает, что космический туризм является перспективной и динамично
развивающейся на сегодняшний день коммерческой космической отраслью.
Вкладываются значительные деньги в разработку проектов по созданию
частных ракет-носителей, суборбитальных и орбитальных космических
кораблей, а также всей туристской инфраструктуры. Государственные про-
граммы развития пилотируемой космонавтики предусматривают создание
многоместных космических кораблей, обеспечивающих полет в космос не-
профессиональных космонавтов.
2. В результате анализа данных по определению важности психофизи-
ческих качеств и способностей непрофессиональных космонавтов (косми-
ческих туристов), полученных экспертным путем, можно отметить:
– у непрофессионального космонавта в первую очередь должна быть
долговременная мотивация (заинтересованность) в выполнении космичес
кого полета, познавательная и творческая активность, целеустремленность;
– так как космический туризм относится к экстремальным видам ту-
ризма и предусматривает групповую деятельность в малом замкнутом про-
странстве, то космический турист должен обладать достаточно развитыми
качествами, такими, как: устойчивость личности к неблагоприятным эмо-
циональным, социально-психологическим воздействиям, настойчивость,
коммуникабельность, самостоятельность;
– наиболее важным из физических качеств для непрофессионального
космонавта является выносливость (включая общую, анаэробную и стати-
ческую);
– непрофессиональному космонавту не требуется обладать очень силь-
но развитыми физическими качествами, такими, как: сила, быстрота и гиб-
кость, однако, опыт полетов показывает, что на предполетном этапе необхо-
дима адаптация организма к космическим перегрузкам, невесомост и, ограни-
ченному пространству и другим негативным факторам космическ ого полета;
– отмечается важность общей устойчивости функциональных систем
организма (сердечно-сосудистой, нервной, дыхательной), а также устойчи-
вости организма к воздействию: гипоксии, перегревания, шума, вибрации и т.д.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Богдашевский Р.Б., Соловьева И.Б. Вопросы развития личности космонавта-
профессионала // Пилотируемые полеты в космос. – № 3(5). – 2012. – C. 100–112.
[2] Гониянц С.А. Космический туризм – новая культурно-историческая реальность
XXI века. Направленность физической подготовки космических туристов /
Гониянц С.А., Ковинский А.А. // Фундаментальные и прикладные исследования
физической культуры, спорта, олимпизма: традиции и инновации (ГЦОЛИФК,
1917–2017): сборник научно-методических статей / под ред. В.И. Столярова. –
Т. 1. – М: Спорт, 2017. – С. 175–191.
95
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[3] Григорьев А.И. Медико-биологическое обеспечение экспедиций / Григорьев А.И.,
Козловская И.Б., Егоров А.Д. и др. // Пилотируемая экспедиция на Марс. (Гл. ре
дактор А.С. Коротеев). – М.: Российская академия космонавтики им. К.Э. Циол
ковского, 2006. – 320 c.
[4] История развития отечественной пилотируемой космонавтики. Под ред. Барми
на И.В. – М.: ООО «Издательский дом «Столичная энциклопедия», 2015. – 752 с.
[5] Ковинский А.А. Разработка методических основ физической подготовки непро
фессиональных космонавтов к воздействию негативных факторов космического
полета / «Орбита молодежи» и перспективы развития российской космонавтики
[Электронный ресурс]: сб. материалов Всерос. молодеж. науч.-практ. конф. (24–
28 сент ября 2018 г., Красноярск). – Электрон. текстовые дан. (1 файл: 7,2 МБ);
СибГУ им. М. Ф. Решетнева. – Красноярск, 2018. – Режим доступа: https://apak.
sibsau.ru/page/materials.– С. 30–32.
[6] Ковинский А.А. Физическая подготовка непрофессиональных космонавтов на пред
полетном этапе к выполнению космического полета / Диссертация на соиск ание
ученой степени кандидата педагогических наук, ФГБОУ ВО «РГУФКСМИТ
(ГЦОЛИК)», Москва, 2018. – 203 с.
[7] Крючков Б.И. Особенности подготовки непрофессиональных космонавтов к по
летам на МКС / Крючков Б.И., Курицын А.А., Харламов М.М. // Пилотируемые
полеты в космос. – № 2(15). – 2015. Звездный городок. – ISSN 2226-7298.
[8] Крючков Б.И. Концепции, направления и перспективы развития мировой пило
тируемой космонавтики / Крючков Б.И., Курицын А.А., Ярополов В.И. // ФГБУ
«НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», 2013.
[9] Курицын А.А. 60 лет центру подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина /
А.А. Курицын, К.Б. Кузнецов, А.А. Ковинский // Научное наследие и разв ит ие
идей К.Э. Циолковского. Материалы 54-х Научных чтений памяти К.Э. Циол
ковского. Часть 2. Калуга: Изд-во АКФ «Политоп», 2019. – 462 с. – 38 экз.
ISBN 978-5-93821-259-6.
[10] Курицын А.А. Основные задачи подготовки и результаты деятельности экипажа
МКС-53/54 при выполнении программы космического полета / Курицын А.А.,
Мисуркин А.А., Корзун Е.И. и др. // Пилотируемые полеты в космос. – № 3(28). –
2018. – С. 5–16. – ISSN 2226-7298.
[11] Курицын А.А. Создание, реализация и развитие технологии многосегментной
подготовки к полету экипажей Международной космической станции / Кури
цын А.А., Дмитриев В.Н. // Пилотируемые полеты в космос. – № 4(25). – 2017. –
ISSN 2226-7298.
[12] Назин В.Г. / Изменение физических возможностей космонавтов с возрастом //
Пилотируемые полеты в космос. – № 2(19). – 2016. Звездный городок. – ISSN
2226-7298.
[13] Основные положения федеральной космической программы 2016–2025, утверж
дены Постановлением Правительства РФ от 23 марта 2016 г. № 230.
[14] Основы космической биологии и медицины / Под общей редакцией О.Г. Газенко,
М. Кальвина // Т. 1, – М.: Наука, 1975. – 426 с.
[15] Спортивная метрология / Под ред. Зациорского В.М. – М.: Физкультура и спорт,
1982. –256 с.
[16] Методы оценки тренированности космонавтов при проведении подготовки
экипажей Международной космической станции / А.А. Курицын, В.И. Ярополов,
В.А. Копнин и т.д. // Пилотируемые полеты в космос. – № 2(31). – 2019. – С. 44–62.
96
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[17] Krikalyov S.K. Organization of the ISS Crew Training and Further Development
of Cosmonaut Training System / S.K. Krikalyov, I.G. Sokhin, A.A. Kuritsyn // 62nd
International Astronautical Congress. – 2011, Cape Town, South Africa, IAC Paper,
IAC-11.B3.5.7.
[18] Kryuchkov Boris, Training space tourists to fly the ISS / Boris Kryuchkov, Andrei
Kuritsyn, Alexander Kovinsky // Room. The Space Journal #2 (4) 2015. – London,
Great Britain.
REFERENCES
[1] Bogdashevsky R.B., Solovyova I.B. / Issues of personality development of a profession-
al cosmonaut // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 3(5), – 2012. – pp. 100–112.
[2] Goniyants S.A. Space tourism as a new cultural and historical reality of the 21st cen-
tury. Physical training for space tourists. // Goniyants S.A., Kovinskiy A.A. // Fun-
damental and applied research of physical culture, sports, olympism: traditions and
innovations (SCOLIPE, 1917–2017): Collection of scientific and methodological arti-
cles / Edited by V.I. Stolyarov. – Vol. 1. – Moscow: Sport, 2017. – pp. 175–191.
[3] Grigoriev A.I. Biomedical support of expeditions / Grigoriev A.I., Kozlovskaya I.B.,
Egorov A.D. and others // Manned expedition to Mars. (Chief editor A.S. Koroteev). –
Moscow: the Russian Academy of Cosmonautics named after K.E. Tsiolkovskiy,
2006. – p. 320.
[4] History of domestic manned space exploration. Edited by Barmin I.V. – Moscow:
LLC “Stolichnaya Entsiclopedia” Publishing House, 2015. – p. 752.
[5] Kovinskiy A.A. Development of methodological foundations for physical training
of non-professional cosmonauts to resist negative factors of space flight / “Orbit of
Youth” and the prospects for the development of Russian cosmonautics [Electronic
source]: Proceedings of All-Russian Youth Scientific and Practical Conference. (Sep-
tember 24–28, 2018, Krasnoyarsk). – electronic text. (1 file: 7,2 Мb); Reshetnev Si-
berian State University. – Krasnoyarsk, 2018. – access mode: https://apak.sibsau.ru/
page/materials. – pp. 30–32.
[6] Kovinskiy A.A. Preflight physical training of non-professional cosmonauts / Disser-
tation for the degree of PhD in Pedagogy. Federal State Budgetary Educational Estab-
lishment of Higher Education “Russian State University of Physical Education, Sport,
Youth and Tourism (SCOLIPE)”, Moscow, 2018. – p. 203.
[7] Kryuchkov B.I. Features of training of non-professional cosmonauts for flights aboard
the ISS / Kryuchkov B.I., Kuritsyn A.A., Kharlamov M.M. // Scientific Journal Manned
Spaceflight. – No 2(15). – 2015. Star City. – ISSN 2226-7298.
[8] Kryuchkov B.I. Concepts, directions and prospects for the development of world
manned space exploration / Kryuchkov B.I., Kuritsyn A.A., Yaropolov V.I. // Yu.A. Ga
garin Research&Test CTC, 2013.
[9] Kuritsyn A.A. The 60th anniversary of Yu.A. Gagarin Cosmonaut Training Center /
A.A. Kuritsyn, K.B. Kuznetsov, A.A. Kovinskiy // Scientific heritage of K.E. Tsiol
kovskiy. Proceedings of the 54th Scientific Conference devoted to the memory of
K.E. Tsyolkovskiy. Part 2. Kaluga: AKF Politop Publishing house, 2019. – p. 462. –
38 copies. – ISBN 978-5-93821-259-6.
[10] Kuritsyn A.A. Main results of the ISS-53/54 crew training and activity when car-
rying out the mission plan / A.A. Misurkin, A.A. Kuritsyn, A.I. Kondrat, V.A. Kop-
nin, D.E. Rybkin, E.I. Korzun and others // Scientific Journal Manned Spaceflight. –
No 3(28). – 2018. – pp. 5–16. – ISSN 2226-7298.
97
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
[11] Kuritsyn A.A. Development, realization, and evolution of the technology of mul-
ti-segment training of crews for missions on the International Space Station / Kurit-
syn A.A., Dmitriev V.N. // Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 4(25). – 2017. –
ISSN 2226-7298.
[12] Nazin V.G. / Change of Cosmonauts’ Physical Capacities with Age // Scientific Jour-
nal Manned Spaceflight. – No 2(19). – 2016. Star City. – ISSN 2226-7298.
[13] The main provisions of the Federal Space Program 2016–2025 approved by the Gov-
ernment of the Russian Federation on March 23, 2016. No. 230.
[14] Fundamentals of space biomedicine / Under general editorship of O.G. Gazenko,
M. Calvin // vol. 1, Moscow: Nauka, 1975. – p. 426.
[15] Sports metrology / Edited by Zatsiorskiy V.M. // Moscow: Physical culture and sport,
1982. – p. 256.
[16] Methods for evaluation of cosmonaut preparedness level when training crews of the
International Space Station / A.A. Kuritsyn, V.I. Yaropolov, V.A. Kopnin [et al.] //
Scientific Journal Manned Spaceflight. – No 2(31). – 2019. – pp. 44–62.
[17] Krikalyov S.K. Organization of the ISS crew training and further development of
cosmonaut training system / S.K. Krikalyov, I.G. Sokhin, A.A. Kuritsyn // The 62nd
International Astronautical Congress. – 2011, Cape Town, South Africa, IAC Paper,
IAC-11.B3.5.7.
[18] Kryuchkov Boris, Training space tourists to fly to the ISS / Boris Kryuchkov, Andrei
Kuritsyn, Alexander Kovinskiy // Room. The Space Journal #2 (4) 2015. – London,
Great Britain.
ДИСКУССИИ
DISCUSSIONS
УДК 629.78.047.048 DOI 10.34131/MSF.20.2.99-113
Оценка эффективности
регенерационной системы жизнеобеспечения
межпланетных пилотируемых аппаратов
Э.А. Курмазенко, О.В. Кирюшин, А.А. Кочетков, В.Ю. Прошкин,
А.С. Цыганков, А.Е. Сорокин, А.С. Ведищев
Докт. техн. наук, профессор Э.А. Курмазенко, О.В. Кирюшин,
А.А. Кочетков; канд. техн. наук В.Ю. Прошкин; А.С. Цыганков,
канд. экон. наук, доцент А.Е. Сорокин; А.С. Ведищев
(АО «НИИхиммаш»)
Рассмотрены основные требования к модели эффективности регенерацион
ной системы жизнеобеспечения как абиотической части космической эко-
лого-технической системы межпланетного космического аппарата и сфор-
мирована модель эффективности, включающая совокупность показателей
для решения исходной задачи синтеза технологической структуры.
Ключевые слова: экипаж, регенерационная система жизнеобеспечения,
межпланетный пилотируемый аппарат, технологическая структура, исход-
ная задача синтеза, модель эффективности, локальные показатели эффек-
тивности.
Performance Evaluation of the Regenerative Life Support
System of Interplanetary Manned Spacecraft. E.A. Kurmazenko,
O.V. Kiryushin, A.A. Kochetkov, V.Yu. Proshkin, A.S. Tsygankov,
A.E. Sorokin, A.S. Vedischev
The article considers basic requirements for the efficiency model of the regener-
ative life-support system as an abiotic part of the ecological and technical system
of an interplanetary spacecraft. It also describes developed efficiency model,
which includes a set of indicators for solving the initial synthesis problem of the
technological structure.
Keywords: crew, regenerative life-support system, interplanetary crew vehicle,
technological structure, initial synthesis problem, efficiency model, local perfor-
mance indicators.
На борту межпланетного пилотируемого аппарата (МПА) должна быть соз
дана эколого-техническая система (ЭТС), обеспечивающая преобразование
продуктов метаболизма экипажа в исходные компоненты среды обитания за
счет организации круговорота веществ, включающая абиотическую и био-
тическую части.
99
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Определяющими факторами для создания регенерационной системы
жизн еобеспечения (РСЖО) как абиотической части ЭТС являются: програм
ма космической миссии; тип летательного аппарата и характеристики слу-
жебных бортовых систем и технологии переработки продуктов метаболиз-
ма в исходные компоненты среды обитания [1, 2].
РСЖО как абиотическая часть ЭТС МПА является сложной техничес
кой системой, характеризующейся стабильной топологией, иерархичностью
морфологического описания и явно выраженной целевой функцией.
Являясь сложной технической системой, РСЖО обладает следующими
основными свойствами [3]:
– эффективность системы на протяжении жизненного цикла сохра
няетс я выше порогового значения
(1)
– скорость уменьшения энтропии ограничена
; (2)
– в течение жизненного цикла системы морфология системы
стабильна
(3)
В выражениях (1)–(3): , – эффективность системы и ее порого-
вое значение; – множество свойств системы; – множество
функционалов отображения; – скорость изменения энтропии; –
формализованная структура системы; – текущее время функционирования
системы; – время жизненного цикла системы.
Проблема создания РСЖО, предназначенной для экипажей МПА как
абиотической части космической ЭТС, может быть сформулирована в фор-
ме исходной задачи синтеза ее технологической структуры [4] (рис. 1):
«Синтезировать технологическую структуру c зако-
ном функционирования , соответствующим цели ЭТС МПА (систе-
мы ) и требованиям информационного описания в присутствии
внешней среды с заданными свойствами (системы ) на дискрет-
ном множестве элементарных структур с закономерностями функ-
ционирования , обеспечивающими проведение процессов преобразова-
ния продуктов метаболизма экипажа в исходные компоненты среды обита-
ния, в соответствии с целью ЭТС МПА – при эффективности
». (4)
Здесь ,и – функции, описывающие в про-
странстве обобщенных состояний ЭТС МПА, РСЖО и внешнюю среду с за
данными свойствами, соответственно, принадлежащую множеству связанных
100
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Рис. 1. Формальная структура эколого-технической системы МПА
технологических структур; – конкретная технологическая структура си
стемы S; , , и – технологические структуры систем , S и E; , ,
– закономерности функционирования данных систем; – цель для ЭТС
МПА; υ – количество абстрактных ресурсов, поступающих от системы E
и затрачиваемых системой S при преобразовании продуктов метаболизма
экипажа в исходные компоненты среды обитания в количестве абстрактных
ресурсов u.
С учетом данных определений:
; (5)
. (6)
При этом законы функционирования систем S и E в общем случае должны
рассматриваться как взаимодействия их сопряженных состояний, приводя-
щие к установлению новых сопряженных состояний
в соответствии с целью для ЭТС. (7)
101
Пилотируемые полеты в космос № 2(35)/2020
Статус разработки технологий
на основе физико-химических процессов
преобразования продуктов метаболизма экипажа
в исходные компоненты среды обитания
Первая реализация технологий, основанных на регенерации продуктов ме-
таболизма экипажа в исходные компоненты среды обитания, осуществлена
в системе водообеспечения орбитальной станции «Салют-4» в системе ре-
генерации воды из конденсата атмосферной влаги. Аналогичные системы
работали на станциях «Салют-6» и «Салют-7», обеспечивая 50 % потребнос
тей в воде. Введение данной технологии доказало возможность формирова-
ния систем регенерации на основе физико-химических процессов в условиях
космического полета [2, 6, 7].
На орбитальной станции «Мир» впервые в мировой практике реализо-
ван комплекс систем жизнеобеспечения, который включил системы:
– регенерации воды из конденсата атмосферной влаги СРВ-К2 на ос-
нове очистки сорбционными, ионообменными и каталитическими техноло-
гиями;
– приема и консервации урины СПК-У;
– регенерации воды из урины на основе низкотемпературного испаре-
ния воды через пористую мембрану;
– регенерации санитарно-гигиенической воды СРВ-СГ на основе филь
трационных мембранных технологий [2];
– генерации кислорода «Электрон-В» на основе электролиза воды из
водного раствора щелочи КОН в проточном электролизере;
– очистки атмосферы от углекислого газа «Воздух» на основе адсорб
ционных технологий, при вакуумной десорбции адсорбента углекислого
газа и десорбции осушителя обратным потоком подогретого сухого воздуха;
– очистки атмосферы от микропримесей СБМП на основе адсорбции
на активированном угле и низкотемпературном каталитическом окислении
водорода и окиси углерода при термовакуумной десорбции адсорбента.
Система регенерации санитарно-гигиенической воды СРВ-СГ кратко
временно опробована в штатных условиях эксплуатации и выключена в связи
с неудачным конструктивным оформлением душа и умывального устройств а
для условий полной динамической невесомости.
В связи с отсутствием системы концентрирования углекислого газа,
спроектированная и прошедшая наземную отработку система переработки
углекислого газа и электролизного водорода, основанная на реакции Сабатье
СО2 + 4Н2 → СН4 + 2Н2О, на борту станции «Мир» не использовалась.
На российском сегменте Международной космической станции (МКС)
регенерационные системы на сегодняшний день представлены модифици
рованными системами СРВ-К2М, СПК-УМ, «Электрон-ВМ», «Воздух»
и СБМП. Функционирование данного комплекса систем доказало возмож-
102
The words you are searching are inside this book. To get more targeted content, please make full-text search by clicking here.
ppk-2-2020
Discover the best professional documents and content resources in AnyFlip Document Base.
Search