УЧЕБНЫЙ ТРЕНАЖЕРНО-МОДЕЛИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ЭКИПАЖЕЙ КОСМОНАВТОВ К ПРОВЕДЕНИЮ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ НА БОРТУ МКС Российский патент 2017 года по МПК G09B9/52 

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики - космическому тренажеростроению, в частности к наземным техническим средствам, предназначенным для профессиональной подготовки экипажей космонавтов (летчики-космонавты, бортинженеры и космонавты-исследователи) Российского сегмента Международной космической станции.

Известна «Многофункциональная система имитации космического корабля» (Европейская патентная заявка CN 202042069 (U) MULTI-ROLE SPACE SIMULATION SYSTEM AND SPACE SHIP SIMULATION SYSTEM, Int. Class.: G09B 9/52, H04L 29/06, Priority Data: 05.03.2011, Applicants: BEIJING SUPER VIEW TECHNOLOGY CO LTD [CN]), содержащая систему имитации бортовых систем космического корабля и отдельных факторов космического пространства, функционирующую на базе сервера, сетевые коммуникационные устройства и персональные компьютеры обучаемых с основным и дополнительным дисплеями и с устройством управления компьютером.

Также известен «Компьютерный стенд подготовки экипажей Международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности» (см. Web-страницу: http://www.gctc.ru/main.php?id=2908 на официальном сайте ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина»), предназначенный для проведения предтренажной подготовки космонавтов и астронавтов на различных этапах подготовки к космическому полету на Российском сегменте Международной космической станции и транспортном пилотируемом корабле «Союз ТМА-М».

Общим недостатком «Многофункциональной системы…» и «Компьютерного стенда…» является то, что они относятся к автоматизированным обучающим системам, использующим синтезированные изображения бортового оборудования (на базе технологий виртуальной реальности), которые предназначены, преимущественно, для теоретической и первоначальной практической подготовки (так называемой предтренажной подготовки: знакомство с устройством космического аппарата и принципами его управления, привитие первоначальных навыков по управлению космическим аппаратом), в составе которой отсутствуют штатные органы управления и средства отображения информации (или органы управления и средства отображения информации в тренажном исполнении, внешне полностью идентичные штатным) и, соответственно, не обеспечивается приобретение обучаемыми операторами элементов устойчивых сенсорно-моторных навыков по управлению космическим аппаратом.

Кроме этого, в «Компьютерном стенде…» не предусмотрена возможность подготовки космонавтов к выполнению научно-прикладных и фундаментальных исследований и космических экспериментов, которые, начиная с 2000 года, реально выполняются на МКС, являющейся космической платформой для установки научной аппаратуры и эффективно используемой как полигон для технологической и методической отработки различного оборудования и методик в космических условиях.

Наиболее близким по исполнению аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, являются комплекс «ФМС Наука» тренажерно-стендовой базы подготовки космонавтов ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина» (ТСПК Центра), представленный на официальном Web-сайте: http://www.gctc.ru/ (см. Web-страницу: Комплекс «ФМС Наука», http://www.gctc.ru/main.php?id=2980 - доступна по состоянию на 03.09.2015 и/или распечатку информации с этой Web-страницы в Приложении 1 - Описание заявляемого изобретения).

Комплекс «ФМС Наука» включает в свой состав:

- функционально-моделирующий стенд учебного класса (ФМС УК), состоящий из автоматизированного рабочего места (АРМ) преподавателя, четырех АРМ обучаемых, объединенных аппаратурой (коммутатором) в радиальную локальную вычислительную сеть (ЛВС);

- функционально-моделирующий стенд комплексного тренажера (ФМС КТ), состоящий из двух мобильных АРМ обучаемых, подключенных по беспроводным каналам связи к аппаратуре (роутеру) ЛВС;

- специальное программное обеспечение (СПО).

Основными недостатками прототипа является то, что в комплексе «ФМС Наука»:

- не предусмотрена возможность привития элементов сенсорно-моторных навыков по использованию научной аппаратуры (НА) в процессе проведения космических экспериментов (КЭ);

- отсутствуют (в явном виде) существенные признаки (элементы комплекса и связи между ними), технически обеспечивающие решение продекларированных функциональных задач, связанных с использованием компьютерных виртуальных тренажеров при выполнении научных исследований на основе интерактивных 3D-моделей НА.

Кроме этого, в рассматриваемом комплексе его составные части: ФМС УК и ФМС КТ функционируют автономно, так как не предусмотрено их информационное взаимодействие, а также отсутствует возможность предъявления обучаемым аудиовидеоинформации в режиме коллективного пользования (вводная лекция, сопровождаемая показом графических материалов; просмотр учебных видеофильмов; совместный «разбор полетов» по результатам тренировки и т.д.), что несколько снижает эффективность процесса обучения в целом.

Для удобства изложения дальнейшего описания предлагаемого изобретения авторы используют термины «учебный класс» и «комплекс тренажеров Российского сегмента МКС» вместо соответственно терминов «функционально-моделирующий стенд учебного класса» и «функционально-моделирующий стенд комплексного тренажера», как в прототипе.

Целью изобретения является расширение объема решаемых задач, возлагаемых на комплекс функционально-моделирующих стендов и учебно-тренировочных натурных макетов тренажерно-стендовой базы подготовки космонавтов ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» по отработке экипажами космонавтов операций при выполнении исследовательских работ на борту МКС.

Поставленная цель достигается тем, что в учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей космонавтов к проведению научных исследований на борту МКС, включающий

учебный класс, в котором расположены автоматизированное рабочее место (АРМ) преподавателя, четыре АРМ обучаемых, при этом вход-выход АРМ преподавателя подключен к первому входу-выходу коммутатора локальной вычислительной сети (ЛВС), ко второму, третьему, четвертому и пятому входам-выходам которого подключены соответственно первое, второе, третье и четвертое АРМ обучаемых;

комплекс тренажеров Российского сегмента МКС, включающий первый и второй мобильные АРМ комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, роутер беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, при этом вход-выход первого мобильного АРМ подключен ко второму входу-выходу роутера беспроводной ЛВС, вход-выход второго мобильного АРМ подключен к третьему входу-выходу роутера беспроводной ЛВС, согласно изобретению введены

экран коллективного пользования учебного класса, акустическая система учебного класса, принтер и сканер;

первый выход АРМ преподавателя учебного класса подключен к входу экрана коллективного пользования учебного класса, второй выход - к входу акустической системы учебного класса, третий выход - к входу принтера, а вход - к выходу сканера;

учебная лаборатория, в которой расположен первый экран коллективного пользования учебной лаборатории, акустическая система учебной лаборатории, второй экран коллективного пользования учебной лаборатории, монитор-планшет преподавателя, АРМ преподавателя учебной лаборатории, коммутатор ЛВС учебной лаборатории, роутер беспроводной ЛВС учебной лаборатории, бортовой лэптоп, бортовой планшет, первый, второй, … и «n-й» мобильные АРМ обучаемых учебной лаборатории, комплект бортовой научной аппаратуры (НА), комплект макетов НА и комплект фрагментов интерьера орбитальных модулей Российского сегмента МКС с рабочими местами для НА;

первый выход АРМ преподавателя учебной лаборатории подключен к входу первого экрана коллективного пользования учебной лаборатории, второй выход - к входу акустической системы учебной лаборатории;

первый вход-выход коммутатора ЛВС учебной лаборатории подключен к шестому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса, второй вход-выход - к входу-выходу АРМ преподавателя учебной лаборатории, третий вход-выход - через монитор-планшет преподавателя к входу второго экрана коллективного пользования учебной лаборатории, четвертый вход-выход - к первому входу-выходу роутера беспроводной ЛВС учебной лаборатории;

второй вход-выход роутера беспроводной ЛВС учебной лаборатории подключен к входу-выходу бортового планшета, третий вход-выход - к входу-выходу бортового лэптопа, четвертый вход-выход - к входу-выходу первого мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории, пятый вход-выход - к входу-выходу второго мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории, … и шестой вход-выход - к входу-выходу «n-го» мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории;

коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, первый вход-выход которого подключен к седьмому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса, второй вход-выход - к первому входу-выходу роутера беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС.

Сущность изобретения состоит в том, что для повышения эффективности процесса подготовки экипажей космонавтов к операциям при выполнении исследовательских работ на борту МКС предлагается дооснащение тренажерно-стендовой базы ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» территориально распределенным комплексом, состоящим из учебного класса, в котором активно применяются интерактивные 3D-модели разнообразной научной аппаратуры, из учебной лаборатории с комплектами бортовой научной аппаратурой (в различных исполнениях), а также из множества учебных рабочих мест внутри учебно-тренировочных макетов орбитальных модулей комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, информационно взаимодействующими в реальном масштабе времени.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена функционально-структурная схема учебного тренажерно-моделирующего комплекса для подготовки экипажей космонавтов к проведению научных исследований на Российском сегменте МКС.

Согласно фиг. 1 комплекс включает учебный класс 1, экран коллективного пользования учебного класса 2, акустическую систему учебного класса 3, принтер 4, сканер 5, АРМ преподавателя учебного класса 6, коммутатор ЛВС учебного класса 7, первый 8, второй 9, третий 10 и четвертый 11 АРМ обучаемых;

учебную лабораторию 12, первый экран коллективного пользования учебной лаборатории 13, акустическую систему учебной лаборатории 14, второй экран коллективного пользования учебной лаборатории 15, монитор-планшет преподавателя 16, АРМ преподавателя учебной лаборатории 17, коммутатор ЛВС учебной лаборатории 18, роутер беспроводной ЛВС учебной лаборатории 19, бортовой лэптоп 20, бортовой планшет 21, первое 22, второе 23, … и «n-е» 24 мобильные АРМ обучаемых учебной лаборатории, комплект бортовой НА 25, комплект макетов НА 26, комплект фрагментов интерьера орбитальных модулей Российского сегмента МКС с рабочими местами для НА 27;

комплекс тренажеров Российского сегмента МКС 28, коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 29, роутер беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30, первое 31 и второе 32 мобильные АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС.

К первому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса 7 подключен вход-выход АРМ преподавателя учебного класса 6, ко второму входу-выходу - вход-выход первого АРМ обучаемого 8, к третьему входу-выходу - вход-выход второго АРМ обучаемого 9, к четвертому входу-выходу - вход-выход третьего АРМ обучаемого 10, к пятому входу-выходу - вход-выход четвертого АРМ обучаемого 11.

Ко второму входу-выходу роутера беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30 подключен вход-выход первого мобильного АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 31, к третьему входу-выходу - вход-выход второго мобильного АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 32.

Первый выход АРМ преподавателя учебного класса 6 подключен к входу экрана коллективного пользования учебного класса 2, второй выход - к входу акустической системы учебного класса 3, третий выход - к входу принтера 4, а вход - к выходу сканера 5.

Первый выход АРМ преподавателя учебной лаборатории 17 подключен к входу первого экрана коллективного пользования учебной лаборатории 13, второй выход - к входу акустической системы учебной лаборатории 14.

Первый вход-выход коммутатора ЛВС учебной лаборатории 18 подключен к шестому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса 7, второй вход-выход - к входу-выходу АРМ преподавателя учебной лаборатории 17, третий вход-выход - через монитор-планшет преподавателя 16 к входу второго экрана коллективного пользования учебной лаборатории 15, четвертый вход-выход - к первому входу-выходу роутера беспроводной ЛВС учебной лаборатории 19.

Второй вход-выход роутера беспроводной ЛВС учебной лаборатории 19 подключен к входу-выходу бортового планшета 21, третий вход-выход - к входу-выходу бортового лэптопа 20, четвертый вход-выход - к входу-выходу первого мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории 22, пятый вход-выход - к входу-выходу второго мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории 23, … и шестой вход-выход - к входу-выходу «n-го» мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории 24.

Первый вход-выход коммутатора ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 29 подключен к седьмому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса 7, второй вход-выход - к первому входу-выходу роутера беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30.

Учебный класс 1 представляет собой отдельное помещение, в котором скомпоновано оборудование, предназначенное преимущественно для теоретической и первоначальной практической подготовки на базе элементов технологии виртуальной реальности (визуализация интерактивных 3D-моделей научной аппаратуры и синтез сопровождающего звука) одновременно для 4-х обучаемых.

В качестве экрана коллективного пользования учебного класса 2, первого 13 и второго 15 экранов коллективного пользования учебной лаборатории используются широкоформатные LED-телевизоры, например, типа Samsung UE55D8000.

В качестве акустических систем учебного класса 3 и учебной лаборатории 14 используются высококачественные акустические системы (полоса пропускания сигнала 45-24000 Гц, объемный окружающий звук с числом каналов 5.1 и т.д.), например, типа Microlab Н-510.

В качестве принтера 4 и сканера 5 используется так называемое многофункциональное устройство, например, типа Xerox WorkCentre 6015N.

В качестве АРМ преподавателя учебного класса 6 используется высокопроизводительный сервер, состоящий из системного блока, монитора, компьютерной клавиатуры, манипулятора «Мышь» и микротелефонной стреогарнитуры, причем системный блок содержит модуль управления тренировкой (серверная часть), модуль моделирования объектов виртуального мира (серверная часть), модуль генерации виртуального мира (серверная часть), модуль хранения данных (серверная часть) и модуль удаленного администрирования средствами вычислительной техники (серверная часть).

В качестве коммутаторов ЛВС учебного класса 7, учебной лаборатории 18 и комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 29 используются коммутаторы сети Ethernet 10/100/1000 Мбит/сек, например, типа D-Link DGS-3200.

В качестве первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых используются настольные персональные компьютеры, состоящие из системного блока, монитора, компьютерной клавиатуры, манипулятора «Мышь» и микротелефонной стреогарнитуры, причем системные блоки этих АРМ содержат модули управления тренировкой (клиентская часть), модули моделирования объектов виртуального мира (клиентская часть), модули генерации виртуального мира (клиентская часть), модули хранения данных (клиентская часть) и модули удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть).

Учебная лаборатория 12 представляет собой отдельное помещение, в котором скомпоновано оборудование, предназначенное, преимущественно, для закрепления теоретических знаний и приобретения устойчивых сенсорно-моторных навыков обучаемых экипажей космонавтов при работе с НА.

В качестве монитора-планшета преподавателя 16 используется планшетный компьютер с сенсорным экраном, предоставляющий преподавателю возможность формирования с помощью специального эргономичного пера произвольной графической информации (рисунки, схемы, формулы и т.д.), например, типа моноблочного компьютера Asus ЕТ2300 или графического планшета Wacom LCD PL-720.

В качестве АРМ преподавателя учебной лаборатории 17 используется высокопроизводительный ноутбук с микротелефонной стреогарнитурой, содержащий модуль управления тренировкой (серверная часть), модуль моделирования объектов виртуального мира (серверная часть), модуль генерации виртуального мира (серверная часть), модуль хранения данных (серверная часть) и модуль удаленного администрирования средствами вычислительной техники (серверная часть).

В качестве роутеров беспроводной ЛВС учебной лаборатории 19 и комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30 используется, например, Wi-Fi роутер типа D-Link DIR-300.

В качестве бортового лэптопа 20 применяются лэптопы тех же типов, которые реально используются экипажем космонавтов на МКС, например Lenovo THINKPAD W520, работающий под управлением операционной системы Microsoft Windows, и/или Lenovo А31/Т61Р, работающий под управлением операционной системы Linux.

В качестве бортового планшета 21 применяются планшеты тех же типов, которые реально используются экипажем космонавтов на МКС, например iPad, Samsung Galaxy и Lenovo ThinkPad Tablet.

В качестве первого 22, второго 23, … и «n-го» 24 мобильных АРМ обучаемых учебной лаборатории используются ноутбуки с микротелефонной стереогарнитурой, содержащие модули управления тренировкой (клиентская часть), модули моделирования объектов виртуального мира (клиентская часть), модули генерации виртуального мира (клиентская часть), модули хранения данных (клиентская часть) и модули удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть).

Комплект бортовой НА 25 состоит из приборов, оборудования и принадлежностей бортовой НА, состав которых оперативно пополняется (заменяется) в зависимости от задач, отрабатываемых на учебном тренажерно-моделирующем комплексе при подготовке экипажей космонавтов к научным исследованиям на борту МКС.

Комплект макетов НА 26 состоит из макетов приборов, оборудования и принадлежностей бортовой НА (действующие макеты и/или макеты в массово-габаритном исполнении, внешне идентичные бортовой НА), состав которых оперативно пополняется (заменяется) в зависимости от задач, отрабатываемых на учебном тренажерно-моделирующем комплексе.

В качестве комплекта фрагментов интерьера орбитальных модулей Российского сегмента МКС с рабочими местами для НА 27 используются фрагменты (рабочие зоны) орбитальных модулей (Служебный модуль, Функционально-грузовой блок, Узловой модуль и т.д.) с подготовленными в них рабочими местами для размещения как бортовой НА, так и макетов НА. Причем номенклатура фрагментов интерьера оперативно пополняется (заменяется) в зависимости от задач, отрабатываемых на учебном тренажерно-моделирующем комплексе.

В качестве первого 31 и второго 32 мобильных АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС используются бортовые лэптопы (см. элемент 20) и/или бортовые планшеты (см. элемент 21), отличающиеся от штатного исполнения наличием модулей управления тренировкой (клиентская часть), модулей моделирования объектов виртуального мира (клиентская часть), модулей генерации виртуального мира (клиентская часть), модулей хранения данных (клиентская часть) и модулей удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть).

Предлагаемый комплекс функционирует следующим образом.

Учебный класс

1. Подготовка к работе.

В учебном классе 1 включается электропитание оборудования, происходит загрузка операционных систем АРМ преподавателя учебного класса 6, первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых. Далее происходит запуск прикладных программ, реализующих на базе аппаратно-программных средств высокопроизводительного сервера АРМ преподавателя учебного класса 6 серверные части модуля управления тренировкой, модуля моделирования объектов виртуального мира, модуля генерации виртуального мира, модуля хранения данных, модуля удаленного администрирования средствами вычислительной техники, а на базе аппаратных аппаратно-программных персональных компьютеров первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых - аналогичные клиентские части этих же модулей.

2. Режим совместного обучения.

Преподаватель, управляя с помощью монитора, компьютерной клавиатуры и манипулятора «Мышь» высокопроизводительным сервером своего АРМ 6, в соответствии с программой подготовки выбирает с помощью модуля управления тренировкой (серверная часть) требуемую тему обучения с определенным списком изучаемых приборов, оборудования и принадлежностей конкретной бортовой НА. Этот список из модуля управления тренировкой (серверная часть) пересылается в модуль моделирования объектов виртуального мира (серверная часть), где активируются математические модели, описывающие изучаемые приборы, оборудование и принадлежности конкретной бортовой НА. Далее параметры этих математических моделей пересылаются в модуль генерации виртуального мира (серверная часть), который осуществляет визуализацию 3D-моделей необходимой НА. Изображение 3D-моделей выводится на монитор высокопроизводительного сервера АРМ преподавателя учебного класса 6, а также на экран коллективного пользования учебного класса 2, причем интерактивность (то есть возможность управления) 3D-моделей обеспечивается с помощью компьютерной клавиатуры и манипулятора «Мышь», взаимодействующих с модулем моделирования объектов виртуального мира (серверная часть) высокопроизводительного сервера АРМ преподавателя учебного класса 6. Как правило, изменения состояния 3D-моделей сопровождаются сопутствующими звуками, шумами и т.д., которые предъявляются обучаемым с помощью акустической системы учебного класса 3. Причем ход и результаты процесса «работы» с интерактивными 3D-моделями изучаемой научной аппаратуры, при необходимости, фиксируются модулем хранения данных (серверная часть), например, для последующей повторной демонстрации обучаемым. Для обеспечения возможности демонстрации обучаемым произвольных материалов на бумажных носителях (документы, рисунки, схемы и т.д.) в составе учебного класса 1 предусмотрен сканер 5.

3. Режим самостоятельного обучения.

В режиме самостоятельного обучения используется технология «клиент-сервер», в соответствии с которой клиентские части модулей управления тренировкой, модулей моделирования объектов виртуального мира, модулей генерации виртуального мира и модулей хранения данных первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых в реальном масштабе времени запрашивают через коммутатор ЛВС учебного класса 7 у серверных частей аналогичных модулей АРМ преподавателя учебного класса 6 (реализованного на базе высокопроизводительного сервера) необходимые данные. Данная технология позволяет обеспечить высокодинамичный процесс «работы» с интерактивными 3D-моделями изучаемой научной аппаратуры на настольных персональных компьютерах первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых, ноутбуках первого 22, второго 23, … и «n-го» 24 мобильных АРМ обучаемых учебной лаборатории, бортовых лэптопах и бортовых планшетах первого 31 и второго 32 мобильных АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, обладающих по сравнению с сервером АРМ преподавателя учебного класса 6 несколько меньшей производительностью.

Для прослушивания сопутствующих звуков обучаемые используют микротелефонные стереогарнитуры настольных персональных компьютеров первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых.

Контроль со стороны преподавателя за ходом и результатами обучения осуществляется с помощью модуля удаленного администрирования средствами вычислительной техники (серверная часть, в качестве которой используется, например, модуль Radmin Server), взаимодействующего в реальном масштабе времени с модулями удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть, в качестве которой используется, например, модуль Radmin Viewer) первого 8, второго 9, третьего 10 и четвертого 11 АРМ обучаемых.

После усвоения необходимой порции учебного материала обучаемые, как правило, проходят тестирование и подвергаются экзаменационным испытаниям.

Таким образом, в учебном классе 1 учебный материал предоставляется обучаемым в демонстрационном, тренировочном и экзаменационном режимах. Демонстрационный режим предполагает наблюдение обучаемым на мониторе последовательности действий по работе с НА в трехмерном пространстве. В тренировочном режиме обучаемому предоставляется возможность самостоятельно выполнить действия с НА при помощи компьютерной клавиатуры и манипулятора «Мышь». В процессе этого режима обучаемому по его запросу демонстрируются подсказки, что позволяет ему тверже запомнить и, при необходимости, уверенно восстановить в памяти необходимую последовательность действий. Результаты воздействий обучаемого на виртуальные объекты фиксируются клиентской частью системы моделирования объектов виртуального мира и передаются на серверную часть. В ответ система моделирования выдает измененное состояние объектов, которое отображается клиентской частью системы генерации виртуального мира. С помощью модуля хранения данных (клиентской и серверной частей) осуществляется сохранение результатов работы на сервере АРМ преподавателя 6, причем результаты, при необходимости, распечатываются на принтере 4. Экзаменационный режим аналогичен тренировочному за тем лишь исключением, что обучаемому недоступна подсказка и все действия он должен выполнить по памяти (то есть на основе усвоенных знаний).

Учебная лаборатория

После прохождения теоретической и первоначальной практической подготовки в учебном классе 1 обучаемые перемещаются в учебную лабораторию 12. Подготовка к «работе» в учебной лаборатории 12 аналогична подготовке в учебном классе 1. В учебной лаборатории 12 преподаватель имеет возможность предъявления видеоинформации на двух экранах одновременно (первом 13 и втором 15 экранах коллективного пользования). Причем предоставляется возможность выводить на второй экран 15 произвольную графическую информацию, которую преподаватель нарисует на мониторе-планшете 16.

Кроме этого, оснащение учебной лаборатории 12 бортовой НА, к которой относятся: комплект бортовой НА 25 и комплект макетов НА 26, а также универсальные компьютерные терминалы (бортовой лэптоп 20 и бортовой планшет 21), предоставляет возможность привития элементов сенсорно-моторных навыков у обучаемых по использованию НА в процессе проведения КЭ. Причем размещение НА в рабочих зонах фрагментов интерьера орбитальных модулей Российского сегмента МКС 27 позволяет воссоздать для обучаемых обстановку для работы с НА, максимально приближенную к реальной.

Для обеспечения возможности свободного перемещения по помещению учебной лаборатории 12 и непосредственного доступа к изучаемой НА бортовой лэптоп 20, бортовой планшет 21, первое 22, второе 23, … и «n-е» 24 мобильные АРМ обучаемых учебной лаборатории подключены к коммутатору ЛВС учебной лаборатории 18 по каналам беспроводной связи через роутер беспроводной ЛВС учебной лаборатории 19.

Комплекс тренажеров Российского сегмента МКС

После завершения обучения в учебной лаборатории 12 обучаемым для закрепления полученных знаний и навыков предоставляется возможность посещения с мобильным АРМ 31 и 32 множества учебных рабочих мест внутри учебно-тренировочных макетов (выполненных с максимальной степенью подобия реальным изделиям) орбитальных модулей комплекса тренажеров Российского сегмента МКС.

При этом в учебном тренажерно-моделирующем комплексе обеспечивается информационное взаимодействие в реальном масштабе времени первого 31 и второго 32 мобильных АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС (являющихся универсальными компьютерными терминалами) с серверными частями модуля управления тренировкой, модуля моделирования объектов виртуального мира, модуля генерации виртуального мира и модуля хранения данных по цепям: АРМ преподавателя учебного класса 6 - коммутатор ЛВС учебного класса 7 - коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 29 - роутер беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30; АРМ преподавателя учебной лаборатории 17 - коммутатор ЛВС учебной лаборатории 18 - коммутатор ЛВС учебного класса 7 - коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 29 - роутер беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30.

Помимо этого, комплексом обеспечивается возможность для обучаемых получения дистанционных консультаций в режиме «On-line» у преподавателя учебной лаборатории 12 с использованием широких возможностей монитора-планшета преподавателя 16 по цепи: монитор-планшет преподавателя 16 - коммутатор ЛВС учебной лаборатории 18 - коммутатор ЛВС учебного класса 7 - коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 29 - роутер беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС 30 - мобильные АРМ обучаемых 31 и 32.

Таким образом, с помощью мобильных АРМ обучаемых 31 и 32 обеспечивается запрос и получение из учебного класса 1 и из учебной лаборатории 12 любой необходимой учебной информации непосредственно на учебные рабочие места внутри учебно-тренировочных макетов орбитальных модулей комплекса тренажеров Российского сегмента МКС.

К техническим результатам, полученным в результате расширения функциональных возможностей комплекса, относятся следующие:

- обеспечение Российской «Долгосрочной программы научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на Российском сегменте МКС» (в соответствии с этой программой на период с 2012-2019 гг. запланировано проведение как минимум 109 космических экспериментов на борту МКС) современными техническими средствами обучения, в том числе на базе элементов технологии виртуальной реальности;

- возможность привития элементов сенсорно-моторных навыков по использованию научной аппаратуры в процессе проведения космических экспериментов;

- возможность информационного взаимодействия в реальном масштабе времени в процессе обучения между всеми составными частями комплекса;

- возможность предъявления обучаемым аудиовидеоинформации в режиме коллективного пользования (вводная лекция, просмотр учебных видеофильмов, совместный разбор полетов по результатам тренировки и т.д.);

- возможность для обучаемых получения дистанционных консультаций в режиме «On-line» у преподавателя учебной лаборатории с использованием широких возможностей монитора-планшета.

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 комплекса «ФМС Наука» (см. Web-страницу: http://www.gctc.ru/print.php?id-2980 на официальном сайте ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина») тренажерно-стендовой базы подготовки космонавтов ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» (Звездный городок, Московская обл.).

Таким образом, предлагаемый «Учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей космонавтов к проведению научных исследований на борту МКС» является высокотехнологичной разработкой и обладает весьма широкими функциональными возможностями, создавая объективные условия для организации и проведения на тренажерно-стендовой базе подготовки космонавтов 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.

Учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей космонавтов к проведению научных исследований на борту международной космической станции (МКС) содержит учебный класс, комплекс тренажеров Российского сегмента МКС, учебную лабораторию. Учебный класс содержит автоматизированное рабочее место (АРМ) преподавателя, четыре АРМ обучаемых, соединенных определенным образом через локальную вычислительную сеть (ЛВС), экран коллективного пользования, акустическую систему, принтер и сканер. Комплекс тренажеров содержит два мобильных АРМ комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, роутер беспроводной ЛВС, соединенные определенным образом. Учебная лаборатория содержит два экрана коллективного пользования, акустическую систему, монитор-планшет преподавателя, АРМ преподавателя, коммутатор ЛВС, роутер беспроводной ЛВС, бортовой лэптоп, бортовой планшет, n мобильных АРМ обучаемых, комплект бортовой научной аппаратуры (НА), комплект макетов НА, комплект фрагментов интерьера орбитальных модулей Российского сегмента МКС с рабочими местами для НА, соединенные определенным образом. Обеспечивается расширение объема задач по отработке экипажами космонавтов операций при выполнении исследовательских работ на борту МКС. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки экипажей космонавтов к проведению научных исследований на борту международной космической станции (МКС), включающий

учебный класс, в котором расположены автоматизированное рабочее место (АРМ) преподавателя, четыре АРМ обучаемых, при этом вход-выход АРМ преподавателя подключен к первому входу-выходу коммутатора локальной вычислительной сети (ЛВС), ко второму, третьему, четвертому и пятому входам-выходам которого подключены соответственно первое, второе, третье и четвертое АРМ обучаемых;

комплекс тренажеров Российского сегмента МКС, включающий первый и второй мобильные АРМ комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, роутер беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, при этом вход-выход первого мобильного АРМ подключен ко второму входу-выходу роутера беспроводной ЛВС, вход-выход второго мобильного АРМ подключен к третьему входу-выходу роутера беспроводной ЛВС, отличающийся тем, что в него введены

экран коллективного пользования учебного класса, акустическая система учебного класса, принтер и сканер;

первый выход АРМ преподавателя учебного класса подключен к входу экрана коллективного пользования учебного класса, второй выход - к входу акустической системы учебного класса, третий выход - к входу принтера, а вход - к выходу сканера;

учебная лаборатория, в которой расположен первый экран коллективного пользования учебной лаборатории, акустическая система учебной лаборатории, второй экран коллективного пользования учебной лаборатории, монитор-планшет преподавателя, АРМ преподавателя учебной лаборатории, коммутатор ЛВС учебной лаборатории, роутер беспроводной ЛВС учебной лаборатории, бортовой лэптоп, бортовой планшет, первый, второй, … и «n-й» мобильные АРМ обучаемых учебной лаборатории, комплект бортовой научной аппаратуры (НА), комплект макетов НА и комплект фрагментов интерьера орбитальных модулей Российского сегмента МКС с рабочими местами для НА;

первый выход АРМ преподавателя учебной лаборатории подключен к входу первого экрана коллективного пользования учебной лаборатории, второй выход - к входу акустической системы учебной лаборатории;

первый вход-выход коммутатора ЛВС учебной лаборатории подключен к шестому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса, второй вход-выход - к входу-выходу АРМ преподавателя учебной лаборатории, третий вход-выход - через монитор-планшет преподавателя к входу второго экрана коллективного пользования учебной лаборатории, четвертый вход-выход - к первому входу-выходу роутера беспроводной ЛВС учебной лаборатории;

второй вход-выход роутера беспроводной ЛВС учебной лаборатории подключен к входу-выходу бортового планшета, третий вход-выход - к входу-выходу бортового лэптопа, четвертый вход-выход - к входу-выходу первого мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории, пятый вход-выход - к входу-выходу второго мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории, … и шестой вход-выход - к входу-выходу «n-го» мобильного АРМ обучаемых учебной лаборатории;

коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС, первый вход-выход которого подключен к седьмому входу-выходу коммутатора ЛВС учебного класса, второй вход-выход - к первому входу-выходу роутера беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС.

2. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что экран коллективного пользования учебного класса, акустическая система учебного класса, принтер и сканер входят в состав учебного класса.

3. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве АРМ преподавателя учебного класса используется высокопроизводительный сервер, состоящий из системного блока, монитора, компьютерной клавиатуры, манипулятора «Мышь» и микротелефонной стереогарнитуры, причем системный блок содержит модуль управления тренировкой (серверная часть), модуль моделирования объектов виртуального мира (серверная часть), модуль генерации виртуального мира (серверная часть), модуль хранения данных (серверная часть) и модуль удаленного администрирования средствами вычислительной техники (серверная часть).

4. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого, второго, третьего и четвертого АРМ обучаемых используются настольные персональные компьютеры, состоящие из системного блока, монитора, компьютерной клавиатуры, манипулятора «Мышь» и микротелефонной стереогарнитуры, причем системные блоки этих АРМ содержат модули управления тренировкой (клиентская часть), модули моделирования объектов виртуального мира (клиентская часть), модули генерации виртуального мира (клиентская часть), модули хранения данных (клиентская часть) и модули удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть).

5. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве АРМ преподавателя учебной лаборатории используется высокопроизводительный ноутбук с микротелефонной стереогарнитурой, содержащий модуль управления тренировкой (серверная часть), модуль моделирования объектов виртуального мира (серверная часть), модуль генерации виртуального мира (серверная часть), модуль хранения данных (серверная часть) и модуль удаленного администрирования средствами вычислительной техники (серверная часть).

6. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого, второго, … и «n-го» мобильных АРМ обучаемых учебной лаборатории используются ноутбуки с микротелефонной стереогарнитурой, имеющие встроенные адаптеры подключения к беспроводной сети стандарта Wi-Fi и содержащие модули управления тренировкой (клиентская часть), модули моделирования объектов виртуального мира (клиентская часть), модули генерации виртуального мира (клиентская часть), модули хранения данных (клиентская часть) и модули удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть).

7. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что коммутатор ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС входит в состав комплекса тренажеров Российского сегмента МКС.

8. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в качестве первого 31 и второго 32 мобильных АРМ обучаемых комплекса тренажеров Российского сегмента МКС используются бортовые лэптопы и/или бортовые планшеты, имеющие встроенные адаптеры подключения к беспроводной сети стандарта Wi-Fi и содержащие модули управления тренировкой (клиентская часть), модули моделирования объектов виртуального мира (клиентская часть), модули генерации виртуального мира (клиентская часть), модули хранения данных (клиентская часть) и модули удаленного администрирования средствами вычислительной техники (клиентская часть).

9. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что соединение (подключение) первого, второго, … и «n-го» мобильных АРМ обучаемых учебной лаборатории к роутеру беспроводной ЛВС учебной лаборатории выполнено беспроводным по стандарту Wi-Fi.

10. Комплекс по п. 1, отличающийся тем, что соединение (подключение) бортового лэптопа и бортового планшета к роутеру беспроводной ЛВС комплекса тренажеров Российского сегмента МКС выполнено беспроводным по стандарту Wi-Fi.