ТРЕНАЖЕР ДЛЯ КОСМОНАВТОВ

Изобретение относится к области космической техники и может применяться на тренажерах пилотируемых космических аппаратов (ПКА), оборудованных электронными системами отображения, оптическими средствами наблюдения и органами управления. Учитывая всю сложность космического полета экипажа по программе МКС и, соответственно, программы подготовки экипажей по данной программе, необходимо процесс обучения космонавтов вести на тренажерах с высокими техническими характеристиками, функциональными возможностями и высокой степенью соответствия реальному полету. Аналогом изобретения является «Динамический тренажер», описанное как изобретение - Патент №2254617 от 21.06.2005 г., авторы: Гаврик И.Н., Еремин А.Ф., Суворов А.П. Изобретение - Патент №2254617 позволяет воспроизводить в земных условиях физическое воздействие на космонавта при управлении космическим кораблем на участке спуска; наиболее близким к изобретению является «Обучающее устройство», описанное как полезная модель - Патент №33451 от 20.10.2003 г., авторы: Суворов А.П., Терехов В.В. и др., которое позволяет проводить комплексное обучение космонавтов: поэтапное, включая этапы первоначального обучения, предтренажерного и заключительного этапа, когда воспроизводятся условия полного, так называемого сквозного космического полета, начиная с выведения, с физическим воздействием перегрузки на космонавта; полета по орбите с выполнением управляемых режимов ориентации, сближения, причаливания, стыковки и расстыковки в условиях физического воздействия невесомости, и спуск с орбиты с физическим воздействием перегрузки.

Однако в этих обучающих устройствах не обеспечивается подготовка космонавтов гарантированной безопасности и надежности пилотируемого космического полета по программе МКС с учетом функционального состояния космонавта. Работа в сложных, а иногда в экстремальных условиях предполагает наличие определенных личностных качеств индивидуума, пластичности нервной системы, адаптационных возможностей, обеспечивающих высокий уровень поддержания гомеостатических функций нейрогуморальных систем организма, быстрой реакции и умения принимать решения в условиях дефицита времени.

Целью предлагаемого изобретения является обеспечение безопасности и надежности пилотируемых космических полетов за счет использования на обучающих комплексах количественной оценки психофизиологического состояния (ПФС) и качества деятельности космонавта, интеграция которых позволит не только оценить, но и прогнозировать надежность профессиональной деятельности экипажей космического корабля. Данная проблема более актуальна на динамических тренажерах на базе центрифуги, где на космонавта воздействуют физические факторы космического полета: такие как перегрузка, невесомость и где создана максимальная возможность психофизиологического подобия реальной деятельности с нервно-эмоциональным напряжением, обусловленным выполнением сложной операторской деятельностью.

Поставленная цель достигается тем, что к обучающему устройству, содержащему пульт космонавта, модель системы управления бортовым комплексом, модель датчиков, модель движения космического корабля, ручку управления спуском (РУС), модель системы управления движением, модель системы исполнительных органов, пульт контроля и управления тренировкой, генератор изображения Земли и станции МКС, имитатор визира специального космонавта (ВСК), ручку управления ориентацией (РУО), ручку управления движением (РУД), пульт управления центрифугой, систему управления центрифугой, кабину космонавтов центрифуги, дополнительно введены комплект медико-физиологических датчиков и съемно-коммутационного оборудования, комплект усилительно-преобразовательных устройств, система преобразования и передачи информации, вычислитель показателя психофизиологического состояния.

На фиг. 1 представлена структурная схема изобретения.

На фиг. 1 обозначены:

1 - пульт космонавта;

2 - модель системы управления бортовым комплексом;

3 - модель движения космического корабля;

4 - модель датчиков;

5 - ручка управления спуском (РУС);

6 - модель системы управления движением;

7 - модель исполнительных органов;

8 - пульт контроля и управления тренировкой;

9 - ручка управления ориентацией (РУО);

10 - генератор изображения Земли и станции МКС;

11 - имитатор визира специального космонавта (ВСК);

12 - ручка управления движением (РУД);

13 - пульт управления центрифугой;

14 - система управления центрифугой;

15 - кабина космонавтов центрифуги;

16 - комплект медико-физиологических датчиков и съемно-преобразовательного оборудования;

17 - комплект усилительно-преобразовательных устройств;

18 - система преобразования и передачи информации;

19 - вычислитель показателя психофизиологического состояния.

Изобретение содержит пульт космонавта 1, выход которого параллельно соединен со вторым входом кабины космонавтов центрифуги 15 и с третьим входом пульта контроля и управления тренировкой 8, пятый выход которого соединен со вторым входом модели движения космического корабля 3, четвертый выход которой соединен с первым входом модели датчиков 4, третий выход которой соединен с седьмым входом модели системы управления движением 6, первый вход которой соединен с шестым выходом пульта контроля и управления тренировкой 8, четвертый выход которого соединен с первым входом модели системы управления бортовым комплексом 2, третий выход которой соединен с входом пульта космонавта 1, а второй выход модели системы управления бортовым комплексом 2 параллельно соединен со вторым входом модели датчиков 4, со вторым входом модели исполнительных органов 7 и со вторым входом модели системы управления движением 6, третий выход которой соединен с первым входом модели исполнительных органов 7, третий выход которой соединен с первым входом модели движения космического корабля 3, пятый выход которой соединен с вторым входом системы управления центрифугой, а третий выход модели движения космического корабля 3 соединен с входом генератора изображения Земли и станции МКС 10, выход которого соединен с входом имитатора визира специального космонавта (ВСК) 11, выход которого соединен с третьим входом кабины космонавтов центрифуги 15, четвертый выход которой соединен с входом комплекта медико-физиологического и съемно-преобразовательного оборудования 16, выход которого соединен с входом комплекта усилительно-преобразовательного устройства 17, выход которого соединен с входом системой преобразования и передачи информации 18, выход которой соединен с входом вычислителя показателя психофизиологического состояния 19, выход которого соединен с вторым входом пульта контроля и управления тренировкой 8, первый выход которого соединен с входом пульта управления центрифугой 13, выход которого соединен с первым входом системы управления центрифугой 14, третий выход которой соединен первым входом кабины космонавтов центрифуги 15, а ручка управления ориентацией (РУО) 9 соединена с шестым входом модели системы управления движением 6, пятый вход которой соединен с ручкой управления спуском (РУС) 5, ручка управления движением (РУД) 12 соединена с четвертым входом модели системы управления движением 6.

Комплект медико-физиологических датчиков и съемно-преобразовательного оборудования (16) предназначен для съема биопотенциалов электроэнцилограммы (ЭКГ) в трех отведениях по Нэбу и двух дополнительных отведениях ЭКГ, мышечной активности электромиограммы (ЭМГ) в двух отведениях, регистрации измерения параметров грудной клетки для измерения частоты дыхания (ЧД), индикации пульсаций кровотока в фаланге пальца и мочке уха космонавта, измерения давления в пережимной плечевой манжете и ушном поджимном устройстве соответственно.

В качестве датчика ЭКГ в трех отведениях по Нэбу применяются связка из проводов-электродов, предназначенных для съема поверхностных биопотенциалов и состоящих из хлорсеребряных электродов в пластмассовом корпусе, для их крепления на теле космонавта. В качестве датчика ЭМГ в двух отведениях используется по два электрода с фиксированным расстоянием между ними. В качестве датчика пневмограммы (ПГ) с периметра грудной клетки используется резистивный датчик, закрепленный на эластичной вставке регулируемого матерчатого пояса. Чувствительный элемент датчика ПГ выполнен в виде двух резиновых трубок, заполненных микрофонным порошком. Сопротивление каждого чувствительного элемента трубки зависит от ее растяжения.

С помощью фотоплетизмограммы с мочки ушной раковины (ФПГу) измеряют ушное давление, которое определяет степень снабжения кровеного потока головного мозга.

Фотоплетизмограмма с фаланги пальца руки (ФПГп) фиксирует точку систологического давления на кривой тахоосциляции плечевой манжеты.

Комплект усилительно-преобразовательных устройств 17) состоит из блока усиления биопотенциалов (БУБП), блока артериального давления (БАД) и блока пневмоавтоматики (БПА). Блок усиления биопотенциалов предназначен для согласования, нормирования по амплитудному и частотному диапазонам и преобразования в цифровой код сигналов ЭКГ1, ЭКГ2, ЭКГ3, ЭКГ4, ЭКГ5, ПГ, ЭМП и ЭМГ. БАД предназначен для согласования, усиления и преобразования в цифровой код сигналов тахоосциляции (ТО), фотоплетизмограммы пальцев (ФПГп), давления в манжете (Рм), фотоплетизмограммы уха (ФПГушн), давления в ушном клапане (Рушн).

Блок пневмоавтоматики осуществляет формирование избыточного давления в плечевой манжете для измерения артериального давления в ушном датчике.

Система преобразования и передачи информации (18) состоит из блока бортовой телеметрии, интерфейсного блока. Блок бортовой телеметрии производит уплотнение цифровой физиологической информации и передачу ее по линии связи в стационарную часть тренажера. По линии связи сигналы телеметрии поступают из кабины космонавтов центрифуги в интерфейсный блок. С помощью интерфейсного блока осуществляется преобразование сигналов телеметрии в стандартный формат персонального компьютера для ввода физиологических процессов и сигналов на рабочее место врача в реальном времени и на вычислитель показателя психофизиологического состояния.

Во время подготовки и выполнения космического полета возникает настоятельная необходимость в контроле текущего функционального состояния (ФС) существенно и неоднозначно влияющего на качество и надежность операторской деятельности. Основными переменными ФС служат актуальная потребность, входное воздействие и комплекс исходных функциональных свойств космонавта.

Вычислитель показателя психофизиологического состояния (ПФС) (19) производит обработку массива, свертку всех перечисленных выше физиологических параметров в интегральную оценку психофизиологического состояния космонавта. Методом экспертной оценки определяется вес (значимость) коэффициентов физиологических параметров. Интегральная оценка ПФС с выхода вычислителя показателя психофизиологического состояния поступает на пульт контроля и управления тренировкой. Руководитель подготовки экипажа формирует заданную сложность нештатных ситуаций (НшС), предъявляемых экипажу на очередной тренировке в зависимости от текущего уровня компетенции и показателя психофизиологического состояния космонавта.

Динамический тренажер управляемого спуска на базе центрифуги ЦФ-18 введен в действие в ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», материалы изобретения использовались при глубокой модернизации тренажера и в настоящее время на нем проводятся обучение и подготовка космонавтов и астронавтов по международной программе МКС.

Источники информации

1. Патент №2254617 РФ, 7 МКИ: G09B 9\16 2005 г. Динамический тренажер. БИПМ №17. 2005 г.

2. Патент №33451 РФ, 7 МКИ: G09B 9\16 2003 г. Обучающее устройство. БИПМ №29. 2003 г.

3. Основы теории полета космических аппаратов. Под редакцией Г.С. Нариманова, М.: Машиностроение. 1972 г.

4. Платонов К.К. Психология летного труда. - М. 1960. - 350 с.

5. Тренажерные комплексы и тренажеры. Технологии разработки и опыт эксплуатации. Под редакцией В.Е. Шукшунова, М.: Машиностроение. 2005 г.