КОСМОС

43 года назад первый пилотируемый космический корабль "Восток" с Ю. А. Гагариным на борту открыл космическую эру. С тех пор советская, а потом и российская космонавтика по праву считается лучшей в мире во многом благодаря передовой и постоянно совершенствующейся отечественной школе подготовки космонавтов. Все лучшие технические решения своего времени всегда были основой подготовки советских и российских космических путешественников. Конечно, тем, кто отправляется в космос, необязательно знать, что конкретно позволяет им еще на Земле смоделировать все нештатные ситуации и работу бортовых систем в различных режимах, обеспечить реальную "картинку" звездного неба или земной поверхности. И не каждый из них разбирается в открытых международных стандартах построения компьютерных систем или может расшифровать аббревиатуру VME. Техника, созданная профессионалами Центра подготовки космонавтов, не получает правительственных наград, о ней обычно не пишут в газетах. Но без нее на сегодняшний день немыслимо освоение космоса...

Немного истории

В этом году исполняется 35 лет Второму управлению Российского государственного научно-исследовательского испытательного центра подготовки космонавтов им. Ю. А. Гагарина (РГНИИ ЦПК). Решение об образовании этого управления было обусловлено тем, что РГНИЦ ЦПК "вырос из маленьких штанишек", - стало понятно, что созданным к тому времени небольшим коллективом невозможно решать все более сложные проблемы подготовки космонавтов. И в 1969 г. было создано Второе управление РГНИИ ЦПК, перед которым была поставлена задача - разработка, производство и эксплуатация технических средств подготовки космонавтов. Под сухим термином "технические средства" в первую очередь понимаются тренажеры летательных аппаратов. Их активное развитие стало следствием увеличения объема задач, стоящих перед экипажами космических кораблей. С появлением новых средств визуализации, вычислительной техники начали увеличиваться и возможности средств моделирования, используемых при разработке летных тренажеров.

Рис. 1. Комплексный тренажер российского сегмента МКС - "Заря"

Период конца 70-х - начала 80-х годов ознаменовался отказом от автономных тренажеров и переходом к созданию комплексов тренажных средств. Это было обусловлено целым рядом причин. Любой тренажер паровоза или космического аппарата состоит из нескольких общих частей: рабочее место тренируемого со всем тем оборудованием, которое существует в реальности; вычислительные системы, моделирующие работу бортовых систем; средства визуализации и рабочие места инструктора. Важнейшим связующим звеном между этими компонентами является устройство связи с объектом (УСО). Все подобные элементы имеются в каждом тренажере. Хорошо, если такой тренажер один. А когда их десятки, необходимо для каждого делать вычислительные системы, что ведет к резкому удорожанию комплекса в целом и неэффективному использованию вычислительных мощностей. К тому же средства визуализации, особенно имитации внешней визуальной обстановки, очень дороги. Вот и было решено объединить вычислительные средства моделирования (в частности звездного неба, Земли, подстилающей поверхности и т. д.).

Первый тренажный комплекс и первая международная программа

Именно по такому пути - создания тренажных комплексов - пошли в ЦПК в те уже далекие годы. Первыми серьезными проектами в этом направлении стали тренажные комплексы транспортных кораблей "Союз" и орбитальных станций "Салют-6", а затем и "Салют-7". Но наиболее успешно все проблемы удалось решить при разработке комплекса тренажеров по программе орбитальной станции "Мир". Пятнадцать лет его эксплуатации подтвердили правильность выбранного решения. Еще лет через пятнадцать по этому пути пошли атомщики, построившие тренажный комплекс по подготовке дежурных смен на Ленинградской АЭС. При этом специалисты из Минатома использовали опыт ЦПК.

Опыт создания тренажного комплекса по программе "Мир" лег в основу разработки имитаторов полетов на Международной космической станции (МКС). Принцип подготовки кадров для МКС прост: каждая страна-участница строит тренажные средства по своему сегменту у себя. Окончательная отработка действий экипажей происходит только в России (Звездный городок) и в Хьюстоне (центр NASA).

Здесь есть важный момент: тренажеры находятся в двух странах, а на орбите станция одна и работает она как единая система. Эту ситуацию разрешили с помощью специально созданных программных средств, полностью моделирующих работу двух сегментов МКС. Программа моделирования работы всех систем американского сегмента получила название AST (American Segment Trainer), российская программа - RST (Russian Segment Trainer). В результате у специалистов двух стран появились возможность моделировать события на всей космической станции, не имея физической модели одной из ее частей. На практике происходит следующее: в Звездном при тренировке космонавтов задается, к примеру, вводная "разгерметизация американского сегмента МКС". При этом AST реализует алгоритм отклика систем американского сегмента в этой нештатной ситуации, что позволяет нашим космонавтам уже "физически" отреагировать должным образом: например, закрыть переходной люк в американский сегмент и провести другие мероприятия по спасению станции. Для точной работы тренажных систем при изменении бортовых систем модулей обязательно проводится обновление программных средств как с американской, так и с российской стороны.

Сейчас перед ЦПК стоит задача номер один - развитие тренажного комплекса российского сегмента МКС. В этом году специалисты будут заняты проектированием тренажеров нового модуля, который появится в составе МКС в 2006 г. Опыт четырех лет эксплуатации тренажного комплекса российского сегмента МКС в Звездном городке позволяет сделать вывод, что совершенству нет предела - постоянно происходит доводка и доработка уже существующих систем. Кроме того, происходит непрерывное строительство самой орбитальной станции, причем модернизируется не только "железо" (например, ставятся новые антенны), но и "математика", управляющая системами, что, в свою очередь, ведет к необходимости наращивания и развития возможностей тренажеров. Эти изменения касаются как орбитальной станции, так и транспортных кораблей.

Недавно российская пилотируемая космонавтика перешла на новый "транспортник" - "Союз-ТМА", отличающийся от своего предшественника "Союз-ТМ". По прогнозам специалистов ЦПК, в ближайшем десятилетии сотрудники Второго управления будут в основном разрабатывать и совершенствовать новые тренажные комплексы под разворачиваемые элементы МКС. Тренажный комплекс по программе "Мир" (рис. 1) модернизировался до самого последнего дня существования станции на орбите, и опыт его эксплуатации ясно показал, что земные модели космических кораблей живут и развиваются иногда даже интенсивнее своих небесных двойников.

Техника

Классическая схема любого тренажера (рис. 2) включает рабочие места операторов (РМО), пульт инструктора (ПИ), систему имитации внешней обстановки, моделирующую вычислительную систему, и устройство связи с объектом.

Рис. 2. Структурная схема тренажера

Как уже говорилось выше, связующим звеном между бортовым оборудованием и всем остальным является УСО. По опыту еще программы "Мир" это устройство является наиболее ответственным. Ведь любое изменение на борту или в вычислительных средствах, как правило, требует доработки УСО. Конечно, сейчас эти средства совершенно другого качества. Они более безотказные, но тоже имеют свои нюансы. Необходимость постоянного изменения тренажного комплекса продиктовала выбор открытых международных стандартов для построения УСО.

Сегодня УСО тренажера российского сегмента МКС основано на открытых магистральных модульных системах стандарта VME формата 3U и 6U. В качестве управляющей ОС используется специально написанная оболочка реального времени ТРИО на основе OS-9, позволяющая связать распределенные комплексы с УСО в единую сеть. Число управляющих каналов лежит в диапазоне 2000-2500 ед.

Открытые международные стандарты специалистам ЦПК с самого начала помогала осваивать компания "РТСофт" (www.rtsoft.ru), активно продвигавшая открытые технологии на российском рынке и к тому моменту имевшая большой опыт в построении систем контроля и управления, основанных на этих стандартах. "Эксплуатация тренажных комплексов и конкретно УСО - хлопотное дело, - сказал начальник тренажерного Управления ЦПК Б. А. Наумов. - Постоянно возникают нюансы, о которых мы первоначально даже и не подозревали. Поэтому в ближайшем будущем планируются совместные научно-исследовательские работы с "РТСофт" именно по вопросам эксплуатации".

Космос - экономике

Космические тренажеры являются единственными техническими средствами подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов. Строгая официальная формулировка предназначения тренажера обязывает эти системы "обеспечивать управляемый процесс, в ходе которого целенаправленно изменяются профессиональные качества будущего космонавта", иначе говоря, - учить. Что же касается космической компьютеризации, то ее корни находятся, конечно, в области технологий и средств промышленной автоматизации, и космические достижения в полной мере используются в промышленности. Стоит ли ожидать в ближайшем будущем тренажеров для подготовки операторов и управленцев предприятий, будь то промышленный гигант или отраслевой "работяга", покажет время. Но уже сейчас можно с уверенностью сказать, что интерес к подобным проектам со стороны топ-менеджеров крупных производств уже есть. Ведь несомненно, что издержки производства кроются не только в слабой профессиональной подготовке, например оператора сложной технологической установки, но и в несогласованной работе всех звеньев управления. Поэтому тренажеры операторов, системы прогнозирования нештатных ситуаций, Центры управления предприятиями в реальном времени и т. д. - прямой путь к значительному сокращению производственных издержек, а значит, к повышению конкурентоспособности. Благо, что в России в этой области имеется свой, годами наработанный опыт космических первопроходцев.

С автором статьи можно связаться по по е-mail: rtsoft@rtsoft.msk.ru.