ИНТЕГРИРОВАННЫЙ УЧЕБНО-ТРЕНАЖЕРНО-МОДЕЛИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖЕЙ РОССИЙСКИХ ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ Российский патент 2015 года по МПК G09B9/52 

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики - космическому тренажеростроению, в частности, к наземным техническим средствам, предназначенным для профессиональной подготовки космонавтов (летчики-космонавты, бортинженеры, космонавты-исследователи и участники космического полета - космические туристы) Российских пилотируемых космических аппаратов (транспортный космический корабль «Союз-ТМА», орбитальные модули «Звезда», «Заря» и т.д. Российского сегмента Международной космической станции).

Известен автоматизированный тренажерный комплекс (Патент РФ на изобретение №2234138 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖЕЙ КОРАБЛЕЙ, МПК 7: G09B 9/06, Патентообладатель: Войсковая часть 30895-111 (RU), содержащий комплект учебно-действующего образца автоматизированного рабочего места, установленного на качающейся платформе, комплект автоматизированных рабочих мест операторов, пост руководства обучением, вычислительно-модульный комплекс и систему обмена данными, при этом все элементы комплекса соединены между собой через локальную сеть.

Также известна комплексная обучающая система (Патент РФ на полезную модель №24583 КОМПЛЕКСНАЯ ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА ДЛЯ АВИАЦИОННЫХ СПЕЦИАЛИСТОВ, МПК 7: G09B 9/08, Патентообладатель: Елисеев Александр Викторович (BY)), содержащая рабочие места (РМ) управляющей наземной службы, одно и более РМ обучаемых летчиков, оборудованных на индивидуальных тренажерах, в реальных кабинах летательных аппаратов (ЛА), установленных на динамических платформах с возможностью перемещения в 2-3 плоскостях, оснащенных приборами контроля с дискретными органами управления, арматурой и органами управления непрерывного действия, связанными контактными устройствами с вычислительной локальной сетью в одном виртуальном поле событий и выводом информации на устройства визуализации, отличающаяся тем, что контактные устройства органов управления непрерывного действия выполнены в виде датчиков, каждый из которых последовательно связан с контроллерной системой, а комплексная обучающая система дополнительно снабжена вычислительным комплексом, содержащим РМ оператора с индивидуальным устройством визуализации, оборудованным центральным сервером с устройствами ввода-вывода информации и запоминающим устройством, включающим массив баз исходных данных, блок моделирования реальных процессов с устройствами моделирования и блок объективного контроля обучаемых, управляющим обменом информацией между локальными сетями, связывающими вычислительный комплекс с РМ обучаемых посредством параллельной связи центрального сервера с функционально-ориентированными серверами локальных сетей РМ обучаемых летчиков, РМ управляющей наземной службы, например РМ руководителя полетов, РМ руководителя зоны посадки, РМ группы наземного управления и РМ инструктора, а также локальной сетью РМ инспектора, при этом локальные сети включают последовательно соединенные с серверами вычислительные модули реализации сценариев тренировок и устройства визуализации, выполненные в виде индивидуальных экранов или системы мониторов, а обмен информации в локальных сетях и между функционально-ориентированными серверами осуществляется через центральный сервер.

Общим недостатком данного комплекса и данной системы является неполный спектр задач, решаемых в процессе профессиональной подготовки корабельных и авиационных специалистов и, в частности, отсутствие в их составе учебных средств для теоретической и предтренажерной подготовки.

Известен тренажно-моделирующий комплекс «Ермак-27» для подготовки космонавтов по программе орбитальной станции «Мир» (см. Тренажерные комплексы и тренажеры. Технологии разработки и опыт эксплуатации / В.Е. Шукшунов, В.В. Циблиев, С.И. Потоцкий и др. Под ред. В.Е. Шукшунова. - М.: Машиностроение, 2005. - с.317-327), состоящий из комплексного тренажера базового блока орбитальной станции «Мир», комплексных тренажеров целевых орбитальных модулей «Квант», «Кристалл», «Квант-2», «Спектр» и «Природа», специализированных тренажеров главного поста управления базового блока орбитального комплекса «Мир», спускаемого аппарата транспортного корабля «Союз-ТМ», рабочего места телеоператора ручного управления базового блока орбитальной станции «Мир», комплекса средств шлюзования в скафандре «Орлан» и средства перемещения космонавта в открытом космосе «Летающее кресло». В тренажерном комплексе «Ермак-27» в качестве рабочих мест обучаемых космонавтов использованы полноразмерные макеты базового блока, целевых орбитальных модулей и спускаемого аппарата транспортного корабля, сопряженные с вычислительной системой с помощью терминальных комплектов устройств связи с объектом. Функционирование тренажеров комплекса «Ермак-27» обеспечивалось, так называемыми, «средствами коллективного пользования» из состава системы управления тренировкой, вычислительной системы, систем визуализации, имитации связи «Борт-земля» и электропитания.

Использование «средств коллективного пользования» помимо очевидных преимуществ (уменьшение стоимости, занимаемых площадей и трудоемкости технического обслуживания), наложило определенные ограничения на количество одновременно функционирующих тренажеров комплекса «Ермак-27». Кроме этого, существенными недостатками данного тренажерного комплекса является отсутствие в его составе учебных средств для теоретической и предтренажной подготовки.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения выбран комплекс технических средств подготовки космонавтов учебной и тренажерно-стендовой базы ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина» (ТСПК Центра), представленный на официальном Web-сайте: http://www.gctc.ru/ (см. Web-страницы: Карта сайта, http://www.gctc.ru/main.php?id=20. Комплексный тренажер «СМ», http://www.gctc.ru/main.php?id=138 и т.д. - доступны по состоянию на 20.01.2014.

ТСПК Центра включает в свой состав следующие основные объекты:

- Комплексный тренажер «СМ»;

- Комплексный тренажер «ФГБ»;

- Специализированный тренажер «CO1»;

- Комплексный тренажер «МЛМ»;

- Специализированный тренажер «Телеоператор-2»;

- Специализированный тренажер «Выход-2»;

- Комплексные тренажеры «ТДК-7СТ3», «ТДК-7СТ4»;

- Специализированные тренажеры «Дон-Союз ТМА» и «Дон-Союз ТМА2»;

- Стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности.

Основным недостатком комплекса технических средств подготовки космонавтов по прототипу является то, что комплексные и специализированные тренажеры не имеют информационной взаимосвязи между собой и, по существу, функционируют автономно, что исключает возможность проведения совместных режимов тренировки, например, обучаемого экипажа в тренажерах орбитальных модулей МКС и обучаемого экипажа транспортного корабля «Союз-ТМА» (такая возможность предусмотрена только при комплексной работе двух специализированных тренажеров «Дон-Союз ТМА» и «Дон-Союз ТМА2», например, при отработке на них режима срочного покидания МКС экипажем на двух кораблях одновременно).

Кроме этого, в ТСПК Центра не предусмотрены:

- возможность автоматизированного планирования процесса подготовки космонавтов;

- технические средства для проведения теоретических занятий и самоподготовки;

- возможность для широкого круга лиц доступа к интересующей информации и, в частности, оперативного контроля хода предтренажной подготовки и тренировок.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей комплекса технических средств подготовки космонавтов учебной и тренажерно-стендовой базы ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина».

Поставленная цель достигается тем, что в интегрированный учебно-тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей Российских пилотируемых космических аппаратов, включающий комплексные тренажеры «СМ» и «ФГБ», специализированные тренажеры «CO1» и «Телеоператор-2», комплексный тренажер «МЛМ», специализированный тренажер «Выход-2», комплексный тренажер «ТДК-7СТ4», специализированные тренажеры «Дон-Союз ТМА» и «Дон-Союз ТМА2», стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности, введены первый, второй, … «n-й» унифицированные автоматизированные рабочие места (АРМ), вычислительно-моделирующая система, включающая локальную вычислительную сеть серверного сегмента, массив вычислительных серверов, централизованную систему хранения данных, массив графических серверов, точку доступа к локальной вычислительной сети и локальную вычислительную сеть клиентского сегмента; первый, второй, … «m-й» персональный мобильный терминал; первый, второй, третий, четвертый и пятый клиентский сегмент локальной вычислительной сети; первый, второй, третий, четвертый и пятый клиентский сегмент локальной вычислительной сети, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый коммуникационный шлюз; комплексные тренажеры «Узловой модуль», «Малый исследовательский модуль МИМ1» и «Малый исследовательский модуль МИМ2»; функционально-моделирующие стенды «Орлан» и «Наука», стенд-тренажер «ВИН»;

к первому входу-выходу локальной вычислительной сети серверного сегмента подключен первый вход-выход массива вычислительных серверов, ко второму входу-выходу - вход-выход централизованной системы хранения данных, к третьему входу-выходу - первый вход-выход массива графических серверов;

к первому входу-выходу локальной вычислительной сети клиентского сегмента подключен вход-выход первого унифицированного АРМ, ко второму входу-выходу - вход-выход второго унифицированного АРМ, … к третьему входу-выходу - вход-выход «n-го» унифицированного АРМ, к четвертому входу-выходу - второй вход-выход массива вычислительных серверов, к пятому входу-выходу - второй вход-выход массива графических серверов, к шестому входу-выходу - четвертый вход-выход точки доступа к локальной вычислительной сети, к седьмому входу-выходу - первый вход-выход первого клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к восьмому входу-выходу - первый вход-выход второго клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к девятому входу-выходу - первый вход-выход третьего клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к десятому входу-выходу - первый вход-выход четвертого клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к одиннадцатому входу-выходу - первый вход-выход пятого клиентского сегмента локальной вычислительной сети;

к первому входу-выходу точки доступа к локальной вычислительной сети подключен вход-выход первого персонального мобильного терминала, ко второму входу-выходу - вход-выход второго персонального мобильного терминала, … к третьему входу-выходу - вход-выход «m-го» персонального мобильного терминала:

ко второму входу-выходу первого клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через первый коммуникационный шлюз комплексный тренажер «СМ», к третьему входу-выходу - через второй коммуникационный шлюз 20 комплексный тренажер «ФГБ», к четвертому входу-выходу - через третий коммуникационный шлюз специализированный тренажер «CO1», к пятому входу-выходу - через четвертый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Телеоператор-2»:

ко второму входу-выходу второго клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через пятый коммуникационный шлюз комплексный тренажер «МЛМ», к третьему входу-выходу - через шестой коммуникационный шлюз комплексный тренажер «Узловой модуль», к четвертому входу-выходу - через седьмой коммуникационный шлюз комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ1», к пятому входу-выходу - через восьмой коммуникационный шлюз комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ2»;

ко второму входу-выходу третьего клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через девятый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Выход-2», к третьему входу-выходу - через десятый коммуникационный шлюз функционально-моделирующий стенд «Орлан»;

ко второму входу-выходу четвертого клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через одиннадцатый коммуникационный шлюз комплексный тренажер «ТДК-7СТ4», к третьему входу-выходу - через двенадцатый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА», к четвертому входу-выходу - через тринадцатый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА2»;

ко второму входу-выходу пятого клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через четырнадцатый коммуникационный шлюз стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности, к третьему входу-выходу - через пятнадцатый коммуникационный шлюз функционально-моделирующий стенд «Наука», к четвертому входу-выходу - через шестнадцатый коммуникационный шлюз стенд-тренажер «ВИН».

Причем, первый, второй, … «n-й» унифицированные АРМ реализованы на базе программно-аппаратных средств типа «тонкий клиент», а в качестве первого, второго, … «m-го» персонального мобильного терминала может быть использован ноутбук, планшетный компьютер или смартфон, имеющий встроенный адаптер подключения к беспроводной сети стандарта Wi-Fi, а соединение (подключение) персонального мобильного терминала к точке доступа к локальной вычислительной сети выполнено беспроводным по стандарту Wi-Fi.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом комплексе, с целью повышения эффективности процесса подготовки космонавтов, с помощью вычислительно-моделирующей системы и коммуникационных шлюзов реализован многосторонний высокоскоростной обмен разнообразной информацией между централизованной системой хранения данных, унифицированными АРМ, тренажерами и функционально-моделирующими стендами учебной и тренажерно-стендовой базы.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На фиг.1 представлена функционально-структурная схема интегрированного учебно-тренажерно-моделирующего комплекса для подготовки экипажей Российских пилотируемых космических аппаратов.

Согласно фиг.1 комплекс включает первый 1, второй 2, … «n-й» 3 унифицированные автоматизированные рабочие места (АРМ), вычислительно-моделирующую систему 4, локальную вычислительную сеть серверного сегмента 5, массив вычислительных серверов 6, централизованную систему хранения данных 7, массив графических серверов 8, точку доступа к локальной вычислительной сети 9, локальную вычислительную сеть клиентского сегмента 10, первый 11, второй 12, … «m-й» 13 персональный мобильный терминал, первый 14, второй 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18 клиентский сегмент локальной вычислительной сети, первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22, пятый 23, шестой 24, седьмой 25, восьмой 26, девятый 27, десятый 28, одиннадцатый 29, двенадцатый 30, тринадцатый 31, четырнадцатый 32, пятнадцатый 33 и шестнадцатый 34 коммуникационный шлюз, комплексные тренажеры «СМ» 35 и «ФГБ» 36, специализированные тренажеры «CO1» 37 и «Телеоператор-2» 38, комплексные тренажеры «МЛМ» 39, «Узловой модуль» 40, «Малый исследовательский модуль МИМ1» 41 и «Малый исследовательский модуль МИМ2» 42, специализированный тренажер «Выход-2» 43, функционально-моделирующий стенд «Орлан» 44, комплексный тренажер «ТДК-7СТ4» 45, специализированные тренажеры «Дон-Союз ТМА» 46 и «Дон-Союз ТМА2» 47, стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности 48, функционально-моделирующий стенд «Наука» 49 и стенд-тренажер «ВИН» 50.

К первому входу-выходу локальной вычислительной сети серверного сегмента 5 подключен первый вход-выход массива вычислительных серверов 6, ко второму входу-выходу - вход-выход централизованной системы хранения данных 7, к третьему входу-выходу - первый вход-выход массива графических серверов 8.

К первому входу-выходу локальной вычислительной сети клиентского сегмента 10 подключен вход-выход первого унифицированного АРМ 1, ко второму входу-выходу - вход-выход второго унифицированного АРМ 2, … к третьему входу-выходу - вход-выход «n-го» унифицированного АРМ 3, к четвертому входу-выходу - второй вход-выход массива вычислительных серверов 6, к пятому входу-выходу - второй вход-выход массива графических серверов 8, к шестому входу-выходу - четвертый вход-выход точки доступа к локальной вычислительной сети 9, к седьмому входу-выходу - первый вход-выход первого клиентского сегмента локальной вычислительной сети 14, к восьмому входу-выходу - первый вход-выход второго клиентского сегмента локальной вычислительной сети 15, к девятому входу-выходу - первый вход-выход третьего клиентского сегмента локальной вычислительной сети 16, к десятому входу-выходу - первый вход-выход четвертого клиентского сегмента локальной вычислительной сети 17, к одиннадцатому входу-выходу - первый вход-выход пятого клиентского сегмента локальной вычислительной сети 18.

К первому входу-выходу точки доступа к локальной вычислительной сети 9 подключен вход-выход первого персонального мобильного терминала 11, ко второму входу-выходу - вход-выход второго персонального мобильного терминала 12, … к третьему входу-выходу - вход-выход «m-го» персонального мобильного терминала 13.

Ко второму входу-выходу первого клиентского сегмента локальной вычислительной сети 14 подключен через первый коммуникационный шлюз 19 комплексный тренажер «СМ» 35, к третьему входу-выходу - через второй коммуникационный шлюз 20 комплексный тренажер «ФГБ» 36, к четвертому входу-выходу - через третий коммуникационный шлюз 21 специализированный тренажер «CO1» 37, к пятому входу-выходу - через четвертый коммуникационный шлюз 22 специализированный тренажер «Телеоператор-2» 38.

Ко второму входу-выходу второго клиентского сегмента локальной вычислительной сети 15 подключен через пятый коммуникационный шлюз 23 комплексный тренажер «МЛМ» 39, к третьему входу-выходу - через шестой коммуникационный шлюз 24 комплексный тренажер «Узловой модуль» 40, к четвертому входу-выходу - через седьмой коммуникационный шлюз 25 комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ1» 41, к пятому входу-выходу - через восьмой коммуникационный шлюз 26 комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ2» 42.

Ко второму входу-выходу третьего клиентского сегмента локальной вычислительной сети 16 подключен через девятый коммуникационный шлюз 27 специализированный тренажер «Выход-2» 43, к третьему входу-выходу - через десятый коммуникационный шлюз 28 функционально-моделирующий стенд «Орлан» 44.

Ко второму входу-выходу четвертого клиентского сегмента локальной вычислительной сети 17 подключен через одиннадцатый коммуникационный шлюз 29 комплексный тренажер «ТДК-7СТ4» 45, к третьему входу-выходу - через двенадцатый коммуникационный шлюз 30 специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА» 46, к четвертому входу-выходу - через тринадцатый коммуникационный шлюз 31 специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА2» 47.

Ко второму входу-выходу пятого клиентского сегмента локальной вычислительной сети 18 подключен через четырнадцатый коммуникационный шлюз 32 стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности 48, к третьему входу-выходу - через пятнадцатый коммуникационный шлюз 33 функционально-моделирующий стенд «Наука» 49, к четвертому входу-выходу - через шестнадцатый коммуникационный шлюз 34 стенд-тренажер «ВИН» 50.

Унифицированные АРМ 1-3 реализованы на базе программно-аппаратных средств типа «тонкий клиент» (например, типа «Dell Wyse Р25»), компьютерных LCD-мониторов (в зависимости от сложности решаемых задач, от одного до двух LCD-мониторов, а при необходимости, до 3-4 LCD-мониторов), клавиатуры и манипулятора «Мышь». В программно-аппаратных средствах «тонких клиентов» используется технология виртуализации рабочих мест, которая позволяет гибко распределять вычислительные ресурсы в соответствии с потребностями пользователя.

Унифицированные АРМ 1-3 предназначены для решения широкого круга задач, например, таких как: планирование (формирование скоординированных и взаимоувязанных по времени и ресурсам графиков выполнения всех этапов подготовки к полетам и расписаний использования объектов учебной и тренажерно-стендовой базы и т.д.); теоретическая подготовка (индивидуальное изучение разделов учебных дисциплин общекосмической подготовки), предтренажная подготовка (выполнение отдельных заданий и упражнений по самоподготовке), получение интересующей информации, например, о ходе и результатах тренировок (естественно, с защитой информации от несанкционированного доступа) и т.д.

Вычислительно-моделирующая система 4 предназначена для интеграции в единый комплекс уже существующих тренажеров, а также для обеспечения возможности пополнения учебной и тренажерно-стендовой базы ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина» новыми объектами (например, тренажеры «Пилотируемого транспортного корабля нового поколения», Орбитального модуля «НЭМ-1» и т.д.) с минимальными затратами ресурсов.

Предполагается поэтапная реализация нескольких уровней интеграции.

1 уровень. Для этого в централизованной системы хранения данных 7, входящей в состав вычислительно-моделирующей системы 4, сконцентрированы данные, которые могут быть условно разделены на функциональные модули учебной и тренажерно-стендовой базы, например, такие как: модуль управления (планирование и контроль процесса подготовки космонавтов), учебно-методические материалы, базы данных отряда космонавтов с результатами подготовки членов экипажей на тренажерах и функционально-моделирующих стендах, медиаконтент по космической тематике (фотоаудио-видеоматериалы) и т.д.

2 уровень. В дополнении к данным, характерным для 1-го уровня, в централизованной системе хранения данных 7 установлены образы виртуальных машин (включая модули программно-математического моделирования информационного пространства) существующих тренажеров (и функционально-моделирующих стендов), для которых целесообразна реализация совместных режимов тренировки, например, при отработке операций по шлюзованию, подготовке к выходу космонавтов в открытый космос и внекорабельная деятельность как в комплексном тренажере «Малый исследовательский модуль МИМ2» 42, так и в специализированном тренажере «Выход-2» 43.

3 уровень. В дополнении к данным 2-го уровня, в централизованной системе хранения данных 7 создаются образы виртуальных машин вновь создаваемых тренажеров и функционально-моделирующих стендов, например, тренажера «Пилотируемого транспортного корабля нового поколения» и т.д. Причем, в качестве средств вычислительной техники в этих тренажерах (и функционально-моделирующих стендах) используются программно-аппаратные средства типа «тонкий клиент», информационно взаимодействующие с виртуальными машинами, запущенными в массивах вычислительных 6 и графических 8 серверов, по единому протоколу, например, по специализированному протоколу PCoIP (Perconal Computer over Internet Protocol), что позволяет отказаться от использования коммуникационных шлюзов и значительно уменьшить как затраты на комплектацию тренажеров, так и размеры площадей, выделяемых для размещения средств вычислительной техники.

Локальная вычислительная сеть серверного сегмента 5, локальная вычислительная сеть клиентского сегмента 10, первый 14, второй 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18 клиентские сегменты локальной вычислительной сети реализованы на базе высокоскоростных сетевых коммутаторов локальной вычислительной сети с интерфейсом «Ethernet» и кабелей типа «витая пара категории 6», а, при необходимости, для увеличения пропускной способности и помехоустойчивости - на волоконно-оптических линиях связи.

Массив вычислительных серверов 6 состоит из нескольких высокопроизводительных компьютеров в промышленном исполнении (в корпусе, предназначенном для установки в стойку с форм-фактором 19-ть дюймов). На 1-м уровне интеграции в единый комплекс уже существующих тренажеров достаточно только одного высокопроизводительного компьютера, например, типа «Dell PowerEdge R520».

Основное назначение массива - обеспечение высокоскоростного обмена данными по локальным вычислительным сетям между централизованной системой хранения данных 7 и средствами вычислительной техники, встроенными в объекты учебной и тренажерно-стендовой базы. Кроме этого, в централизованную систему хранения данных 7 из основных объектов учебной и тренажерно-стендовой базы с помощью массива вычислительных серверов 6 поступает информация о результатах учебного процесса, например, от персонального компьютера в пульте контроля и управления тренировкой - результаты зачетной тренировки экипажа в комплексном тренажере «СМ» 35, которая в дальнейшем может быть предоставлена заинтересованным лицам.

В качестве централизованной системы хранения данных 7 использована система RAID-массива SAS-дисков, например, типа «Dell PowerVault».

Массив графических серверов 8 состоит из высокопроизводительных компьютеров в промышленном исполнении, оснащенных мощными графическими платами. Основное назначение массива - обеспечение расчета графических данных в реальном масштабе времени с последующей трансляцией результатов в программно-аппаратные средства визуализации тренажеров и функционально-моделирующих стендов.

Точка доступа к локальной вычислительной сети 9 предназначена для обеспечения беспроводного подключения персональных мобильных терминалов 11-13 к локальным вычислительным сетям по стандарту Wi-Fi.

В качестве персональных мобильных терминалов 11-13 могут быть использованы: ноутбук, планшетный компьютер или смартфон, имеющие встроенный адаптер подключения к беспроводной сети стандарта Wi-Fi. Персональные мобильные терминалы 11-13 предназначены для обеспечения возможности решения, при необходимости, следующих основных задач:

- планирование, теоретическая и предтренажная подготовка (то есть, всех задач, решаемых на базе унифицированных АРМ 1-3, но только с помощью индивидуальных и компактных устройств);

- использование в качестве дополнительного АРМ инструктора, позволяющего при нахождении непосредственно вместе с обучаемыми (например, во внутреннем объеме макета орбитального модуля) значительно повысить эффективность контроля за ходом тренировки.

Коммуникационный шлюз 19-34 предназначен для обеспечения интеграции информационных потоков объектов учебной и тренажерно-стендовой базы в единое информационное пространство (иными словами, для сопряжения протоколов информационного взаимодействия имеющихся тренажеров и функционально-моделирующих стендов с протоколом клиентских сегментов локальной вычислительной сети 14-18). Возможны два варианта реализации данных шлюзов - как специализированного программного средства на отдельных компьютерах, специально выделенных для этой задачи, или на средствах вычислительной техники, входящих в состав тренажеров (или функционально-моделирующих стендов) и имеющих резервы вычислительной мощности.

Комплексный тренажер «СМ» 35 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=138) предназначен для подготовки экипажей к выполнению программы полета при работе на борту служебного модуля Российского сегмента МКС.

Комплексный тренажер «ФГБ» 36 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=139) предназначен для подготовки экипажей к выполнению программы полета при работе на борту функционально-грузового блока Российского сегмента МКС.

Специализированный тренажер «CO1» 37 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: ) предназначен для подготовки экипажей к выполнению программы полета при работе на борту Стыковочного отсека Российского сегмента МКС.

Специализированный тренажер «Телеоператор-2» 38 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: ) предназначен для подготовки экипажей долговременных экспедиций к реализации режима ручного телеуправления (с борта МКС) сближением и стыковкой беспилотных объектов (таких как транспортный грузовой корабль «Прогресс», модули дооснащения, европейский транспортный корабль ATV и др.).

Комплексный тренажер «МЛМ» 39 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: ) предназначен для отработки всей последовательности действий космонавтов при подготовке и проведении космических экспериментов: монтаж, подключение аппаратуры к бортовым системам Российского сегмента МКС, проведение эксперимента, экспресс-обработка результатов исследований и их передача на Землю.

Комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ1» 41 предназначен для отработки действий космонавтов при подготовке и проведении космических экспериментов, при подготовке и использовании бортовой аппаратуры и систем стыковки.

Комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ2» 42 предназначен для отработки действий космонавтов при подготовке и проведении научно-прикладных исследований и экспериментов внутри и снаружи модуля, при проведении операций по шлюзованию и подготовке к выходу космонавтов в открытый космос.

Специализированный тренажер «Выход-2» 43 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: ) позволяет осуществлять обучение космонавтов практическому использованию скафандра типа «Орлан», его техническому обслуживанию и ремонту, работе в скафандре, управлению его системами в штатных режимах и в нештатных ситуациях, управление комплексом средств шлюзования при выполнении операций в шлюзовых отсеках в соответствии с требуемыми циклограммами работ.

Функционально-моделирующий стенд «Орлан» 44 предназначен для изучения устройства, конструкции и компоновки, подготовки к использованию выходных скафандров Российского сегмента МКС типа «Орлан» (предтренажерная подготовка внекорабельной деятельности).

Комплексный тренажер «ТДК-7СТ4» 45 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=146) предназначен для подготовки космических экипажей к управлению транспортным кораблем «Союз-ТМА» на всех участках полета, включая: предстартовую подготовку транспортного корабля, выведение на орбиту, орбитальное маневрирование, сближение, причаливание, стыковку, полет в связке с МКС, расстыковку с МКС, спуск с орбиты, приземление и проведение заключительных операций после посадки.

Специализированные тренажеры «Дон-Союз ТМА» 46 и «Дон-Союз ТМА2» 47 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=147) предназначены для формирования и поддержания у экипажа навыков ручного управления транспортным пилотируемым кораблем и его системами при выполнении сближения, причаливания, облета, стыковки и расстыковки с комплексом, а также для отработки режимов срочного покидания МКС экипажем на двух кораблях одновременно (комплексная работа двух тренажеров).

Стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности 48 (см. Web-страницу ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»: http://www.gctc.ru/main.php?id=135) предназначен для проведения предтренажной подготовки космонавтов на различных этапах подготовки к космическому полету.

Функционально-моделирующий стенд «Наука» 49 предназначен для отработки экипажами МКС операций по выполнению исследовательских работ на борту станции на базе компьютерных виртуальных тренажеров, позволяющих моделировать космические эксперименты и синтезировать интерактивные 3D - модели научной аппаратуры.

Стенд-тренажер «ВИН» 50 предназначен для подготовки космонавтов к решению задач в области географических исследований и мониторинга Земли с борта МКС методами визуально-инструментальных наблюдений.

Предлагаемый комплекс функционирует следующим образом.

Вначале включается в работу вычислительно-моделирующая система 4 (как вариант, целесообразно функционирование вычислительно-моделирующей системы в круглосуточном режиме). Причем факт функционирования вычислительно-моделирующей системы 4 может быть идентифицирован с любого из унифицированных АРМ 1-3 или персонального мобильного терминала 11-13.

Далее, унифицированные АРМ 1-3 и/или персональные мобильные терминалы 11-13 используются для решения широкого круга задач, наиболее существенными из которых являются задачи планирования, теоретической и предтренажной подготовки.

Одновременно, с этим включаются в работу функционально-моделирующий стенд «Орлан» 44 и стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности 48 (оснащенные современными АРМ и средствами отображения информации коллективного пользования), которые позволяют помимо выполнения своих основных задач (соответственно предтренажерная подготовка внекорабельной деятельности и предтренажерная подготовка космического полета на МКС) по цепочке: централизованная система хранения данных 7 - локальная вычислительная сеть серверного сегмента 5 - массив вычислительных 6 и графических 8 серверов - локальная вычислительная сеть клиентского сегмента 10 - третий 16 (пятый 18) клиентский сегмент локальной вычислительной сети 16 - десятый 28 (четырнадцатый 32) коммуникационный шлюз организовать теоретическую и предтренажную подготовку по тематике контента, имеющегося в централизованной системе хранения данных 7. При этом в ходе теоретической и предтренажной подготовки осуществляется фиксация действий, выполняемых обучаемыми космонавтами (в том числе данные от видеокамер наблюдения), а также накопление результатов тестирования теоретических знаний и оценки первоначальных практических навыков, полученных по результатам предтренажной подготовки, в централизованной системе хранения данных 7, причем, с возможностью их последующего анализа и «разбора полетов» обучаемых.

В предлагаемом комплексе, в соответствии с планом, параллельно решению задач планирования, теоретической и предтренажной подготовки выполняется профессиональная подготовка на специализированных и комплексных тренажерах. Результаты тренировок по цепочке: тренажер - коммуникационный шлюз - клиентский сегмент локальной вычислительной сети - локальная вычислительная сеть клиентского сегмента 10 - массив вычислительных серверов 6 - локальная вычислительная сеть серверного сегмента 5 - централизованная система хранения данных 7 записываются в базе данных отряда космонавтов.

Для тренажеров, требующих совместных режимов работы, запускаются из централизованной системе хранения данных 7 образы виртуальных машин, исполняемые в массивах вычислительных 6 и графических 8 серверов, которые функционируя в едином информационном пространстве, осуществляют информационный обмен через локальную вычислительную сеть клиентского сегмента 10, соответствующие клиентские сегменты локальной вычислительной сети и коммуникационные шлюзы с программно-аппаратными средствами (персональные компьютеры пультов контроля и управления, контроллеры устройств сопряжения с объектом, графические станции системы визуализации и т.д.) этих тренажеров. При этом использование персональных мобильных терминалов 11-13 в качестве дополнительного АРМ инструктора предоставляет возможность значительно повысить эффективность контроля за обучаемыми, а широкому кругу лиц осуществлять дистанционной наблюдение за ходом тренировки.

Кроме этого, в предлагаемом комплексе одновременно с решением вышеуказанных задач, обеспечивается подготовка космонавтов к выполнению предстоящих научно-исследовательских работ на борту МКС и мониторинга Земли с космической орбиты с помощью функционально-моделирующего стенда «Наука» 49 и стенда-тренажера «ВИН» 50 с последующей передачей результатов подготовки в базу данных отряда космонавтов.

К техническим результатам, полученным в результате расширения функциональных возможностей комплекса, относится следующее:

- создание единого информационного пространства для интеграции разнородных объектов, в том числе, для отработки взаимодействия нескольких экипажей (например, одновременной подготовки основного и дублирующего экипажа), работающих одновременно на разных тренажерах в процессе решения общей задачи;

- возможность использование унифицированных АРМ и персональных мобильных терминалов для решения разнообразных задач с защитой информации от несанкционированного доступа;

- возможность фиксации действий, выполняемых обучаемыми на объектах учебной и тренажерно-стендовой базы, в том числе данных видеонаблюдения, в централизованной системе хранения данных, их последующего анализа и разбора;

- возможность использования широким кругом заинтересованных лиц персональных мобильных терминалов в качестве дополнительного АРМ инструктора непосредственно на месте обучения.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый комплекс может быть изготовлен на базе известных комплектующих изделий и технологического оборудования.

Предлагаемое техническое решение предполагается в объеме, обоснованном технико-экономически, поэтапно реализовать при выполнении работ по дооснащению и модернизации учебной и тренажерно-стендовой базы ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» (Звездный городок, Московская обл.).

Таким образом, предлагаемый интегрированный учебно-тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей Российских пилотируемых космических аппаратов является высокотехнологичной разработкой и обладает весьма широкими функциональными возможностями, создавая объективные условия для организации и проведения на объектах учебной и тренажерно-стендовой базы ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» эффективного учебного процесса.

На основании вышеизложенного и по результатам проведенного патентно-информационного поиска считаем, что предлагаемый комплекс отвечает критериям «Новизна», «Изобретательский уровень» и «Промышленная применимость» и может быть защищен патентом РФ на изобретение.

Изобретение относится к космическому тренажеростроению. Интегрированный учебно-тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей Российских пилотируемых космических аппаратов включает первый 1, второй 2, …, «n-й» 3 унифицированный АРМ. Комплекс также содержит вычислительно-моделирующую систему 4, локальную вычислительную сеть серверного сегмента 5, массив вычислительных серверов 6, централизованную систему хранения данных 7, массив графических серверов 8, точку доступа к локальной вычислительной сети 9, локальную вычислительную сеть клиентского сегмента 10, первый 11, второй 12, …, «m-й» 13 персональный мобильный терминал. Комплекс также включает первый 14, второй 15, третий 16, четвертый 17 и пятый 18 клиентский сегмент локальной вычислительной сети, первый 19, второй 20, третий 21, четвертый 22, пятый 23, шестой 24, седьмой 25, восьмой 26, девятый 27, десятый 28, одиннадцатый 29, двенадцатый 30, тринадцатый 31, четырнадцатый 32, пятнадцатый 33 и шестнадцатый 34 коммуникационный шлюз. Комплекс также имеет комплексные тренажеры «СМ» 35 и «ФГБ» 36, специализированные тренажеры «CO1» 37 и «Телеоператор-2» 38, комплексные тренажеры «МЛМ» 39, «Узловой модуль» 40, «Малый исследовательский модуль МИМ1» 41 и «Малый исследовательский модуль МИМ2» 42, специализированный тренажер «Выход-2» 43, функционально-моделирующий стенд «Орлан» 44, комплексный тренажер «ТДК-7СТ4» 45, специализированные тренажеры «Дон-Союз ТМА» 46 и «Дон-Союз ТМА2» 47, стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности 48, функционально-моделирующий стенд «Наука» 49 и стенд-тренажер «ВИН» 50. В результате расширяются функциональные возможности комплекса, повышается эффективность подготовки космонавтов. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Интегрированный учебно-тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей Российских пилотируемых космических аппаратов, включающий комплексные тренажеры «СМ» и «ФГБ», специализированные тренажеры «СO1» и «Телеоператор-2», комплексный тренажер «МЛМ», специализированный тренажер «Выход-2», комплексный тренажер «ТДК-7СТ4», специализированные тренажеры «Дон-Союз ТМА» и «Дон-Союз ТМА2», стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности, отличающийся тем, что в него введены первый, второй, …, «n-й» унифицированные автоматизированные рабочие места (АРМ), вычислительно-моделирующая система, включающая локальную вычислительную сеть серверного сегмента, массив вычислительных серверов, централизованную систему хранения данных, массив графических серверов, точку доступа к локальной вычислительной сети и локальную вычислительную сеть клиентского сегмента; первый, второй, …, «m-й» персональный мобильный терминал; первый, второй, третий, четвертый и пятый клиентский сегмент локальной вычислительной сети; первый, второй, третий, четвертый и пятый клиентский сегмент локальной вычислительной сети, первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый, десятый, одиннадцатый, двенадцатый, тринадцатый, четырнадцатый, пятнадцатый и шестнадцатый коммуникационный шлюз; комплексные тренажеры «Узловой модуль», «Малый исследовательский модуль МИМ1» и «Малый исследовательский модуль МИМ2»; функционально-моделирующие стенды «Орлан» и «Наука», стенд-тренажер «ВИН»; к первому входу-выходу локальной вычислительной сети серверного сегмента подключен первый вход-выход массива вычислительных серверов, ко второму входу-выходу - вход-выход централизованной системы хранения данных, к третьему входу-выходу - первый вход-выход массива графических серверов; к первому входу-выходу локальной вычислительной сети клиентского сегмента подключен вход-выход первого унифицированного АРМ, ко второму входу-выходу - вход-выход второго унифицированного АРМ, …, к третьему входу-выходу - вход-выход «n-го» унифицированного АРМ, к четвертому входу-выходу - второй вход-выход массива вычислительных серверов, к пятому входу-выходу - второй вход-выход массива графических серверов, к шестому входу-выходу - четвертый вход-выход точки доступа к локальной вычислительной сети, к седьмому входу-выходу - первый вход-выход первого клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к восьмому входу-выходу - первый вход-выход второго клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к девятому входу-выходу - первый вход-выход третьего клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к десятому входу-выходу - первый вход-выход четвертого клиентского сегмента локальной вычислительной сети, к одиннадцатому входу-выходу - первый вход-выход пятого клиентского сегмента локальной вычислительной сети; к первому входу-выходу точки доступа к локальной вычислительной сети подключен вход-выход первого персонального мобильного терминала, ко второму входу-выходу - вход-выход второго персонального мобильного терминала, …, к третьему входу-выходу - вход-выход «m-го» персонального мобильного терминала; ко второму входу-выходу первого клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через первый коммуникационный шлюз комплексный тренажер «СМ», к третьему входу-выходу - через второй коммуникационный шлюз комплексный тренажер «ФГБ», к четвертому входу-выходу - через третий коммуникационный шлюз специализированный тренажер «СO1», к пятому входу-выходу - через четвертый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Телеоператор-2»; ко второму входу-выходу второго клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через пятый коммуникационный шлюз комплексный тренажер «МЛМ», к третьему входу-выходу - через шестой коммуникационный шлюз комплексный тренажер «Узловой модуль», к четвертому входу-выходу - через седьмой коммуникационный шлюз комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ1», к пятому входу-выходу - через восьмой коммуникационный шлюз комплексный тренажер «Малый исследовательский модуль МИМ2»; ко второму входу-выходу третьего клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через девятый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Выход-2», к третьему входу-выходу - через десятый коммуникационный шлюз функционально-моделирующий стенд «Орлан»; ко второму входу-выходу четвертого клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через одиннадцатый коммуникационный шлюз комплексный тренажер «ТДК-7СТ4», к третьему входу-выходу - через двенадцатый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА», к четвертому входу-выходу - через тринадцатый коммуникационный шлюз специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА2»; ко второму входу-выходу пятого клиентского сегмента локальной вычислительной сети подключен через четырнадцатый коммуникационный шлюз стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности, к третьему входу-выходу - через пятнадцатый коммуникационный шлюз функционально-моделирующий стенд «Наука», к четвертому входу-выходу - через шестнадцатый коммуникационный шлюз стенд-тренажер «ВИН».

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что первый, второй, …, «n-й» унифицированный АРМ реализованы на базе программно-аппаратных средств типа «тонкий клиент».

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что в качестве первого, второго, …, «m-го» персонального мобильного терминала может быть использован ноутбук, планшетный компьютер или смартфон, имеющий встроенный адаптер подключения к беспроводной сети стандарта Wi-Fi.

4. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что соединение персонального мобильного терминала к точке доступа к локальной вычислительной сети выполнено беспроводным по стандарту Wi-Fi.