ТРЕНАЖЕР ДЛЯ КОСМОНАВТОВ Российский патент 2016 года по МПК G09B9/00 

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.

Тренажер для космонавтов содержит модель системы управления бортовым комплексом, модель датчиков, модель движения космического корабля, ручку управления спуском, модель системы управления движением, модель системы исполнительных органов, пульт контроля и управления тренировкой, генератор изображения Земли и станции МКС, имитатор визира специального космонавта, ручки управления ориентацией и движением, пульт и систему управления центрифугой, кабину космонавтов центрифуги, пульт космонавта, комплект усилительно-преобразовательных устройств, система преобразования и передачи информации, вычислитель показателя психофизиологического состояния, комплект медико-физиологических датчиков и съемно-преобразовательного оборудования, соединенные определенным образом. Обеспечивается безопасность и надежность пилотируемых космических полетов за счет специальной подготовки космонавтов. 1 ил.

Тренажер для космонавтов, содержащий 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 космонавтов (ВСК), ручку управления ориентацией (РУО), ручку управления движением (РУД), пульт управления центрифугой, систему управления центрифугой, кабину космонавтов центрифуги, пульт космонавта, выход которого параллельно соединен со вторым входом кабины космонавтов центрифуги и с третьим входом пульта контроля и управления тренировкой, пятый выход которого соединен со вторым входом модели движения космического корабля, четвертый выход которой соединен с первым входом модели датчиков, третий выход которой соединен с седьмым входом модели системы управления движением, первый вход которой соединен с шестым выходом пульта контроля и управления тренировкой, четвертый выход которого соединен с первым входом модели системы управления бортовым комплексом, третий выход которой соединен с входом пульта космонавта, а второй выход модели системы управления бортовым комплексом параллельно соединен со вторым входом модели датчиков, со вторым входом модели исполнительных органов и со вторым входом модели системы управления движением, третий выход которой соединен с первым входом модели исполнительных органов, третий выход которой соединен с первым входом модели движения космического корабля, пятый выход которой соединен с вторым входом системы управления центрифугой, а третий выход модели движения космического корабля соединен с входом генератора изображения Земли и станции МКС, выход которого соединен с входом имитатора визира специального космонавта (ВСК), выход которого соединен с третьим входом кабины космонавтов центрифуги, первый выход пульта контроля и управления тренировкой соединен с входом пульта управления центрифугой, выход которого соединен с первым входом системы управления центрифугой, третий выход которой соединен с первым входом кабины космонавтов центрифуги, ручка управления ориентацией (РУО) соединена с шестым входом модели системы управления движением, пятый вход которой соединен с ручкой управления спуском (РУС), ручка управления движением (РУД) соединена с четвертым входом модели системы управления движением, отличающийся тем, что дополнительно введены комплект усилительно-преобразовательных устройств, система преобразования и передачи информации, вычислитель показателя психофизиологического состояния, комплект медико-физиологических датчиков и съемно-преобразовательного оборудования, вход которого соединен с четвертым выходом кабины космонавтов центрифуги, а выход комплекта медико-физиологических датчиков и съемно-преобразовательного оборудования соединен с входом комплекта усилительно-преобразовательных устройств, выход которого соединен с входом системы преобразования и передачи информации, выход которой соединен с входом вычислителя показателя психофизиологического состояния, выход которого соединен со вторым входом пульта контроля и управления тренировкой.