УЧЕБНЫЙ ТРЕНАЖЕРНО-МОДЕЛИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПОДГОТОВКИ КОСМОНАВТОВ К ВНУТРИКОРАБЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ Российский патент 2020 года по МПК G09B9/52 B64G7/00 

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики и предназначено для подготовки космонавтов (астронавтов) экипажей международных космических станций (МКС) и транспортных пилотируемых кораблей (ТПК) к, так называемой, «внутрикорабельной деятельности» при имитации в земных условиях невесомости на орбите Земли и, в частности, при взаимодействии членов экипажа при выполнении работ по эксплуатации и ремонту бортовых систем и оборудования, различных технологических операций и научно-исследовательских экспериментов во внутреннем объеме отсеков орбитальных модулей МКС, а также при выполнении индивидуальных и совместных операций по пилотированию ТПК «Союз МС» и ТПК нового поколения «Орел».

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: 16.11.2011, 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 «Стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности» (см. Статью «Использование средств виртуальной реальности в процессе подготовки космонавтов» Кондрат А.И., Кондратьев А.С., Маликов А.Е. в сборнике трудов конференции «Идеи К.Э. Циолковского в инновациях науки и техники», г. Калуга, 01 сентября 2016 г. - с. 327-328, https://elibrary.ru/item.asp?id=27650035), обеспечивающий моделирование бортовых систем и «погружение» в виртуальный мир Российского сегмента Международной космической станции, а также отработку группового взаимодействия членов экипажа при их совместной работе по эксплуатации и ремонту бортовых систем.

Данные система и стенд, относясь к автоматизированным обучающим системам, использующим синтезированные изображения бортового оборудования и визуализацию отдельных факторов космического пространства (на базе технологий виртуальной реальности), предназначены, преимущественно, для теоретической и первоначальной практической подготовки (то есть, так называемой, предтренажной подготовки: знакомство с устройством космического аппарата и принципами его управления, привитие первоначальных навыков по управлению космическим аппаратом, визуализация процессов и явлений космического пространства и т.д.).

Известен имитатор космических условий (Патент РФ №173655 от 05.09.2017 «Имитатор космических условий на основе виртуальной реальности», МПК 2006.01: B64G 7/00, Патентообладатели: Вавилов Олег Кимович (RU), Черняков Евгений Леонидович (RU), включающий в себя шлем виртуальной реальности, соединенный с вычислительным модулем, который соединен с датчиками движения рук тренирующегося, размещаемых на тренирующемся, причем, шлем виртуальной реальности, вычислительный модуль и датчики движения рук тренирующегося закреплены в скафандре, выполняющего функцию единого корпуса, на котором также размещены соединенные с вычислительным модулем источник питания и датчики положения конечностей.

Данный имитатор позволяет включить человека в пространственную, полностью интерактивную виртуальную среду, позволяющую: определять положения пользователя в пространстве, как всего целиком, так и отдельных его частей, рук, ног, головы; в зависимости от положения пользователя в пространстве формировать изображение в шлеме виртуальной реальности; обеспечивать позиционирование пользователя на общей площадке, на которой также могут находиться другие пользователи; обеспечивать им видео и аудио связь между собой; за счет единого общего корпуса в виде скафандра удерживать все элементы во взаимосвязи и обеспечивать увеличение эффекта имитации. То есть, пользователь может видеть полностью не только свое тело в виртуальной сцене, но также и своих коллег, выполняющих индивидуальную или групповую задачу, заданную тем или иным сценарием конкретной ситуации.

Общим недостатком, рассмотренных выше технических средств обучения: «Многофункциональная система имитации космического корабля» и «Стенд подготовки экипажей международной космической станции с использованием элементов виртуальной реальности» и «Имитатор космических условий на основе виртуальной реальности», является отсутствие имитации такого важного фактора космического полета, как состояние невесомости и, соответственно, не обеспечивается приобретение обучаемыми космонавтами (астронавтами) перцептуальных и сенсорно-моторных навыков при выполнении операций в космическом полете в процессе осуществлении внутрикорабельной деятельности.

Известны способ и система для моделирования пониженной силы тяжести (Патент РФ №2099256 от 20.12.1997 «Способ пилотирования летательного аппарата, совершенствующий состояние искусственной невесомости и система для реализации этого способа», МПК: B64G7/00 (1995.01), Патентообладатель: Сантр Насьональ Д'Этюд Спасьаль [FR]), а также самолет-лаборатория Ил-76МДК ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» (см. Web-страницу: https://www.instagram.com/p/B42YJEsH2RN/), в которых для создания невесомости используется самолет, летящий по параболической траектории (по, так называемой, «параболе Кеплера»).

Основным недостатком данных устройств является сравнительная кратковременность имитации состояния невесомости (до 15 режимов невесомости, каждый длительностью ориентировочно 15-30 с, причем, общее время пребывания в состоянии невесомости составляет не более 450 с), что позволяет обучаемым лишь ознакомиться с влиянием невесомости на организм, с особенностями пространственной ориентировки в безопорном пространстве и, в лучшем случае, выполнить, только некоторые простейшие операции из комплекса процедур многомесячной внутрикорабельной деятельности.

Известен ряд технических решений Общества с ограниченной ответственностью «Центр тренажеростроения и подготовки персонала» (RU): Патент РФ №2506648 от 10.02.2014 «Тренажер внекорабельной деятельности космонавтов», МПК 2006.01: G09B 9/52, B64G 7/00; Патент РФ №2518478 от 10.06.2014 «Функционально-моделирующий стенд для создания условий интерактивного безопорного пространства и пониженной гравитации», МПК 2006.01: B64G 7/00, G09B9/52; Патент РФ №2524503 от 27.07.2014 «Многофункциональный учебно-тренировочный комплекс для подготовки космонавтов (астронавтов) к внекорабельной деятельности (варианты)», МПК 2006.01: G09B 9/52, B64G7/00; включающих выходные скафандры, которые предназначены для размещения обучаемых; средства обеспечения жизнедеятельности в скафандрах; устройства, имитирующие невесомость обучаемых в скафандрах и полезных грузов; полномасштабные макеты орбитальных модулей МКС и т.д.

Также известен комплексный тренажер (Патент РФ №174475 от 16.10.2017 «Комплексный тренажер для подготовки космонавтов к внекорабельной деятельности», МПК 2006.01: B64G 7/00, G09B 9/52, Патентообладатель: Федеральное государственное бюджетное учреждение «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина» (RU), включающий скафандры, устройства размещения полезных грузов, рабочие места, мосты устройства обезвешивания скафандров и полезного груза, тележки устройства обезвешивания скафандров и полезного груза, механизмы горизонтального перемещения по эстакаде устройств обезвешивания скафандров и полезного груза, эстакады устройств обезвешивания скафандров и полезного груза, опорную конструкцию тренажера, передвижную универсальную платформу и т.д.

Общими недостатками, рассмотренных выше технических средств обучения, по Патентам РФ №2506648, 2518478, 2524503 и 174475 являются:

- отсутствие возможности проведения обучения без выходных скафандров, которые значительно сковывают свободу движений, в связи с тем, что эти средства предназначены для подготовки космонавтов, облаченных в Российский выходной скафандр типа «Орлан», к внекорабельной деятельности (то есть, в основном, к работе на внешних поверхностях космических аппаратов - в открытом космическом пространстве).

- отсутствие возможности имитации невесомости для рук обучаемых космонавтов, на которые в процессе тренировок приходится значительная физическая нагрузка, так как имитация невесомости осуществляется путем силокомпенсирующего обезвешивания тела обучаемого космонавта в целом.

Известны гидролабораторное сооружение (Патент РФ №2131597 от 10.06.1999 «Гидролабораторное сооружение», МПК 2006.01: G01M 10/00, B64G 7/00, Патентообладатель: Акционерное общество закрытого типа «Центральный научно-исследовательский и проектный институт строительных металлоконструкций им. Н.П. Мельникова»), а также Гидролаборатория ФГБУ «НИИ ЦПК им. Ю.А. Гагарина» (см. Web-страницу: https://www.instagram.com/p/B18xNT6H19M/). предназначенные для тренировок по внекорабельной деятельности космонавтов в космических скафандрах (специально адаптированных для нахождения в водной среде) в условиях пребывания их в течение длительного времени в гидросреде, которая обеспечивает, так называемую, «гидроневесомость».

Основным недостатком данных устройств является необходимость использования гидросреды для обезвешивания обучаемого космонавта, помещенного в специальный скафандр. Сравнительный анализ работы космонавтов в условиях открытого космоса и в гидросреде (см. Тренажерные комплексы и тренажеры. Технологии разработки и опыт эксплуатации / В.Е. Шукшунов, В.В. Циблиев, С.И. Потоцкий и др. Под ред. проф. В.Е. Шукшунова. - М.: Машиностроение, 2005. - с. 258-260, https://www.elibrary.ru/item.asp?id-19637061) показывает, что при работе в гидросреде возникают дополнительные нагрузки на обучаемого (являющихся предпосылками для привития некоторых, так называемых, «ложных навыков»), которые вызваны рядом факторов (необходимость крепления на скафандр грузов для создания нулевой плавучести, гидродинамическое сопротивление жидкости как при движениях рук, так и особенно ощутимое гидродинамическое сопротивление при перемещениях обучаемых космонавтов в гидросреде, в то время как, в открытом космосе перемещение осуществляется по инерции и при отсутствии каких-либо сил сопротивления и т.д.).

Наиболее близким по технической сущности аналогом, принятым в качестве прототипа предлагаемого изобретения, является моделирующий комплекс для имитации сенсорно-моторных ощущений, испытываемых в космическом пространстве (Патент США №US8195084 «Apparatus and method of simulating a somatosensory experience in space», IPC: A63F 9/24, Publication Date: 05.06.2012, Inventor and Applicant: XIAO, Quan [US]).

Моделирующий комплекс для имитации сенсорно-моторных ощущений, испытываемых в космическом пространстве (см. Фиг. 1), содержит гидросреду, в которую погружен пользователь (обучаемый космонавт) 1 в водолазном костюме 2, включающем водонепроницаемый шлем 6, перчатки 23 и сапоги 24; дыхательный аппарат (этот компонент на Фиг. 1 не показан), использующий сжатый воздух в баллонах, которые размещены в рюкзаке 5, или воздух, поступающий с помощью шланга 4, от внешней системы подачи воздуха 9; устройство визуализации (очки) 3, микротелефонная гарнитура (наушники) 7, датчики положения рук и головы 17, контроллер 19, компьютерную систему 20 и устройство управления миром виртуальной реальности 22, причем, к входам контроллера 19 подключены как выходы датчиков положения рук 17, так и выход датчика положения головы 17 (на Фиг. 1 эта связь, для упрощения не показана), а также выход устройства управления миром виртуальной реальности 22 (на Фиг. 1 эта связь, так же для упрощения не показана), а к входу-выходу - вход-выход компьютерной системы 20; выходы компьютерной системы 20 подключены к входу устройства визуализации (очки) 3, входы-выходы - к входу-выходу микротелефонной гарнитуры (наушников) 7 (на Фиг. 1 эта связь, так же для упрощения не показана).

Помимо этого, в описании изобретения по патенту US8195084 отмечается, что устройство визуализации (очки) 3 (помимо или в дополнении к датчику положения головы 17) может быть оснащено первым комплектом датчиков (такими, как акселерометры или датчики угловых скоростей, или другими системами инерциального слежения) для обнаружения движений головы с целью определения поля зрения пользователя, перчатки 23 (помимо датчиков положения рук 17) - вторым комплектом датчиков (такими, как дифференцированные датчики положения, датчики скорости и ускорения) для уточнения положения в пространстве пальцев рук пользователя и сапоги 24 - третьим комплектом датчиков (такими, как датчики положения, скорости и ускорения) для определения положения ног пользователя. Причем, в описании изобретения по патенту US8195084 подразумевается, что выходы первого, второго и третьего комплектов датчиков подключаются к входам контроллера 19.

Кроме этого, в пункте 27 формулы изобретения по патенту US8195084 указывается на возможность (для повышения реалистичности моделирования) передачи через контроллер 19 из виртуального мира, генерируемого компьютерной системой 20, сигналов тактильного воздействия пользователю на специальные компоненты обратной связи перчаток 23.

Основным недостатком этого моделирующего комплекса является необходимость использования гидросреды с водолазным костюмом (или космического скафандра, специально адаптированного для нахождения в воде) для обезвешивания обучаемого космонавта. Причем, если для подготовки к внекорабельной деятельности в открытом космосе использование выходных скафандров типа «Орлан» является вполне обоснованным решением, то для подготовки на тренажере к внутрикорабельной деятельности, например, в отсеках орбитальных модулей МКС - это вряд ли допустимо из-за значительного сковывания действий достаточно жесткой конструкцией скафандра. Что же касается реальной внутрикорабельной деятельности в спускаемом аппарате и бытовом отсеке ТПК «Союз МС» или в возвращаемом аппарате ТПК нового поколения «Орел», то в них космонавты находятся с полетных скафандрах типа «Сокол», предоставляющих относительную свободу действий, что позволяет (в большинстве случаев) во вновь создаваемых перспективных технических средствах обучения вовсе отказаться от использования каких-либо скафандров в процессе тренировки.

Кроме этого, к недостаткам моделирующего комплекса относится следующее:

- при выполнении учебно-тренировочных действий неизбежна значительная физическая нагрузка на руки обучаемого космонавта из-за дополнительного гидродинамического сопротивления водной среды, которое отсутствует в невесомости на орбите Земли;

- в водной среде появляется необходимость в эффективных мерах по обеспечению безопасности обучаемого космонавта, например, использование группы водолазов-спасателей для экстренного извлечения обучаемого из воды и т.п.;

- отсутствие в составе моделирующего комплекса средств оперативного медицинского контроля психофизиологического состояния обучаемого космонавта.

Авторы предполагаемого изобретения предлагают, содержащиеся в прототипе «устройство визуализации (очки)» 3, «датчик положения головы» 17 и «первый комплект датчиков», считать единым интегрированным устройством и обобщенно называть термином «шлем виртуальной реальности», а «перчатки» 23, «датчик положения рук» 17, «устройство управления миром виртуальной реальности» 22, «второй комплект датчиков» и «компоненты обратной связи перчаток 23» - «перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью».

Целью изобретения является обеспечение возможности эффективной подготовки космонавтов к внутрикорабельной деятельности за счет «погружения» в мир виртуальной реальности, дополненный отдельными физическими ощущениями, которые проявляются в невесомости на орбите Земли.

Поставленная цель достигается тем, что в учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки космонавтов к внутрикорабельной деятельности, состоящий из контроллера, компьютерной системы, перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью, шлема виртуальной реальности и микротелефонной гарнитуры; первый вход-выход контроллера подключен к первому входу-выходу компьютерной системы, второй вход-выход - к первому входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью; второй вход-выход компьютерной системы подключен к входу-выходу микротелефонной гарнитуры; вход шлема виртуальной реальности подключен к выходу компьютерной системы, выход - к входу контроллера; введены рабочее место, включающее экзоскелет верхних конечностей и комплект датчиков медицинского контроля; причем, вход-выход экзоскелета верхних конечностей подключен ко второму входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью, а выход комплекта датчиков медицинского контроля подключен к входу компьютерной системы.

Кроме этого, в состав рабочего места учебного тренажерно-моделирующего комплекса включены перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью, шлем виртуальной реальности и микротелефонная гарнитура.

Сущность изобретения заключается в том, что в предлагаемом учебном тренажерно-моделирующем комплексе осуществляется «погружение» обучаемого космонавта в интерактивный виртуальный мир, необходимого по программе подготовки, космического аппарата (орбитальные модули МКС, ТПК «Союз МС» и ТПК нового поколения «Орел») при одновременном создании иллюзии невесомости рук с помощью экзоскелета верхних конечностей.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами.

На Фиг. 1 представлено изображение моделирующего комплекса для имитации сенсорно-моторных ощущений, испытываемых в космическом пространстве (это Fig. 1 Патента США №US8195084 - прототипа предполагаемого изобретения).

На Фиг. 2 представлена функционально-структурная схема предлагаемого учебного тренажерно-моделирующего комплекса для подготовки космонавтов к внутрикорабельной деятельности.

На Фиг. 3 представлен пример одного из вариантов практической реализации экзоскелета верхних конечностей - фотографии экзоскелета верхних конечностей типа «REX-S (Robotic EXoskeleton - Surgical)» (закрепленного на операторе), которые опубликованы на Web-странице: https://www.volgograd.kp.ru/daily/26965.4/4020182/

На Фиг. 4 и 5 представлены синтезированные изображения интерьера и оборудования виртуального мира соответственно Служебного модуля Российского сегмента МКС и спускаемого аппарата ТПК «Союз МС».

Согласно Фиг. 2 учебный тренажерно-моделирующий комплекс включает: контроллер 1, компьютерную систему 2, рабочее место 3, перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4, шлем виртуальной реальности 5, микротелефонную гарнитуру 6, экзоскелет верхних конечностей 7 и комплект датчиков медицинского контроля 8.

Первый вход-выход контроллера 1 подключен к первому входу-выходу компьютерной системы 2, второй вход-выход - к первому входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4, вход - к выходу шлема виртуальной реальности 5.

Второй вход-выход компьютерной системы 2 подключен к входу-выходу микротелефонной гарнитуры, выход - к входу шлема виртуальной реальности 5, вход - к выходу комплекта датчиков медицинского контроля 8.

Вход-выход экзоскелета верхних конечностей 7 подключен ко второму входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4.

В качестве контроллера 1 используется персональная ЭВМ с операционной системой MS Windows.

В качестве компьютерной системы 2 используется высокопроизводительная ЭВМ с операционной системой MS Windows, в которой установлено программное обеспечение системы генерации виртуальных миров, системы медицинского контроля и цифровой системы речевого обмена.

Рабочее место 3 представляет собой, выделенную в помещении, зону, в которой на кресле автомобильного типа с отклоняемой спинкой размещается обучаемый космонавт, оснащенный перчатками виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4, шлемом виртуальной реальности 5, микротелефонной гарнитурой 6, экзоскелетом верхних конечностей 7 и комплектом датчиков медицинского контроля 8.

Перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4, в качестве которых используется, например, комплект «Another Hand», предназначены для управления обучаемым космонавтом миром виртуальной реальности.

Шлем виртуальной реальности 5, в качестве которого используется, например, комплект «НТС Vive», предназначен для «погружения» обучаемого космонавта в мир виртуальной реальности.

Микротелефонная гарнитура 6 предназначена для речевого обмена обучаемого космонавта с руководителем обучения (или другими членами экипажа космических аппаратов при выполнении совместных операций), в качестве которой целесообразно применение беспроводной гарнитуры с технологией костной проводимости звука, например, «Aftershokz Trekz Titanium», так как в шлем виртуальной реальности 5 уже встроены классические стереонаушники с воздушной проводимостью звука.

Комплект датчиков медицинского контроля 8, предназначенный для оперативного мониторинга в процессе тренировки психофизиологического состояния обучаемого космонавта, обеспечивает съем электрокардиограммы и пневмограммы, определение частоты сердечных сокращений и частоты дыхания.

Предлагаемый комплекс работает следующим образом.

Перед началом подготовки обучаемый космонавт закрепляет экзоскелет верхних конечностей 7 на плечевом поясе и руках (см. Фиг. 3), размещается в рабочем месте 3 на кресле, в положении (сидя, полулежа и лежа), которое соответствует положению для отработки конкретных операций по внутрикорабельной деятельности в реальном космическом аппарате. Затем, закрепляет шлем виртуальной реальности 5 и микротелефонную гарнитуру 6 на голове, а перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4 надевает на кисти рук. Далее, обучаемый космонавт с помощью эксплуатационного персонала подключает кабели от контроллера 1 к перчаткам виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4 и к шлему виртуальной реальности 5, а кабели от компьютерной системы 2 - к шлему виртуальной реальности 5, микротелефонной гарнитуре 6 и комплекту датчиков медицинского контроля 8.

После этого, включается электропитание контроллера 1 и компьютерной системы 2, запускается программное обеспечение системы генерации виртуальных миров в компьютерной системе 4, осуществляющее генерацию виртуального интерактивного мира, необходимого по программе подготовки, космического аппарата (орбитальные модули МКС, ТПК «Союз МС» и ТПК нового поколения «Орел»), а также программное обеспечение системы медицинского контроля, осуществляющее оперативный мониторинг психофизиологического состояния обучаемого космонавта, и программное обеспечение цифровой системы речевого обмена.

При этом, аудио-видеоинформация (звуки акустической обстановки и синтезированные изображения), поступая на наушники и индикаторы шлема виртуальной реальности 5, «погружают» обучаемого космонавта во внутренний объем космического аппарата, выбранного для проведения тренировки (см. Фиг. 4 или Фиг. 5).

Наличие датчика положения головы и комплекта датчиков системы инерциального слежения в шлеме виртуальной реальности 5, а также датчика положения рук и комплекта датчиков скорости и ускорения в перчатках виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4 позволяет программному обеспечению системы генерации виртуальных миров с помощью контроллера 1 осуществлять непрерывный мониторинг действий обучаемого космонавта.

Обучаемому космонавту с помощью перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью 4 предоставляется возможность управлять объектами виртуального мира (например, нажимать кнопки, переключать тумблеры и т.п.). Причем, в ответ на свои действия, обучаемый космонавт получает тактильные воздействия на пальцы рук от компонентов обратной связи (электромагнитные вибрационные микроустройства, пьезоэлементы и т.п.) перчаток 4, а также визуально наблюдает изменение состояния изображения управляемого объекта и попутно слышит соответствующие звуки, сопровождающий данное действие (например, щелчки, тональные сигналы и т.п.).

При этом, экзоскелет верхних конечностей 7 уменьшает нагрузку на мышцы и суставы рук, несколько обезвешивая и облегчая их движения, и, тем самым, создает некоторую иллюзию космической невесомости.

У персонала, осуществляющего эксплуатацию (инструктор, инженер и т.п.), в процессе тренировки предусмотрена возможность оперативного ввода с помощью терминалов компьютерной системы 2 разнообразных отказов, например, отказ отдельных органов управления (клавиши, тумблеры), отдельных средств отображения информации (индикаторы, сигнальные табло, транспаранты) и т.д. моделируемого оборудования в виртуальном мире космического аппарата, что значительно расширяет функциональные возможности комплекса.

В связи с тем, что тренировки по внутрикорабельной деятельности, в общем случае, могут занимать достаточно длительное время, причем, с постоянным использованием шлема виртуальной реальности 5 (зачастую вызывающего неоднозначную реакцию организма человека), в предлагаемом комплексе программное обеспечение системы медицинского контроля с помощью комплекта датчиков медицинского контроля 8 позволяет своевременно выявить опасные для здоровья психофизиологические состояния обучаемого космонавта и «рекомендовать» инструктору остановить тренировку. В этом случае, инструктор с помощью цифровой системы речевого обмена выдает на микротелефонную гарнитуру 6 команду обучаемому космонавту об останове тренировки.

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

В настоящее время, основные компоненты и технические решения предполагаемого изобретения проработаны Заявителем в инновационной НИОКР «Создание виртуальных интерактивных миров космических аппаратов, дополненных физическими устройствами имитации невесомости для подготовки космонавтов к внутрикорабельной деятельности» (Шифр «Виртуальная невесомость») и практически реализованы на экспериментально-исследовательской и опытно-производственной базе Донского филиала Центра тренажеростроения (г.Новочеркасск, Ростовская обл.).

Широкие функциональные возможности предлагаемого учебного тренажерно-моделирующего комплекса для подготовки космонавтов, к внутрикорабельной деятельности, в котором сочетаются процессы взаимодействия с виртуальным интерактивным миром и реальные (физические) ощущения с воздействиями на органы чувств и отдельные сенсорные рецепторы обучаемых космонавтов, позволят (на тренажерно-стендовых базах заинтересованных организаций Государственной корпорации «Роскосмос») обеспечить всестороннюю высокопрофессиональную подготовку членов экипажей МКС к предстоящей работе внутри отсеков разнообразных орбитальных модулей (как уже находящихся на орбите Земли, так и только планируемых к запуску), а также членов экипажей ТПК (как, для широко используемого корабля «Союз МС», так и для перспективного корабля «Орел»).

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

Изобретение относится к разделу пилотируемой космонавтики и предназначено для подготовки космонавтов экипажей международных космических станций (МКС) и транспортных космических кораблей (ТПК) к так называемой внутрикорабельной деятельности при имитации в земных условиях невесомости на орбите Земли. Учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки космонавтов к внутрикорабельной деятельности включает: контроллер, компьютерную систему, рабочее место, перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью, шлем виртуальной реальности, микротелефонную гарнитуру, экзоскелет верхних конечностей и комплект датчиков медицинского контроля. Причем вход-выход экзоскелета верхних конечностей подключен ко второму входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью, а выход комплекта датчиков медицинского контроля подключен к входу компьютерной системы. Повышается уровень подготовки обучаемых. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Учебный тренажерно-моделирующий комплекс для подготовки космонавтов к внутрикорабельной деятельности, содержащий контроллер, компьютерную систему, перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью, шлем виртуальной реальности и микротелефонную гарнитуру; первый вход-выход контроллера подключен к первому входу-выходу компьютерной системы, второй вход-выход - к первому входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью; второй вход-выход компьютерной системы подключен к входу-выходу микротелефонной гарнитуры; вход шлема виртуальной реальности подключен к выходу компьютерной системы, выход - к входу контроллера; отличающийся тем, что в него введены рабочее место, включающее экзоскелет верхних конечностей и комплект датчиков медицинского контроля; причем вход-выход экзоскелета верхних конечностей подключен ко второму входу-выходу перчаток виртуальной реальности с тактильной обратной связью, а выход комплекта датчиков медицинского контроля подключен к входу компьютерной системы.

2. Учебный тренажерно-моделирующий комплекс по п. 1, отличающийся тем, что в состав рабочего места включены перчатки виртуальной реальности с тактильной обратной связью, шлем виртуальной реальности и микротелефонная гарнитура.