Повышение эффективности аэрокосмических тренажеров для подготовки космонавтов к действиям в чрезвычайных ситуациях

Введение

В настоящее время известно множество способов моделирования психофизиологических эффектов в обучающих тренажерах [1], согласно которым вычисляют в реальном времени параметры поведения объекта, синтезируют в информационных каналах психофизиологические эффекты и преобразуют их в ощущения пространственного движения, визуальной внутрикабинной и внекабинной информации, слуховой (шумовой, речевой), тактильно-кинестетической информации (от органов управления).

Общим недостатком существующих способов моделирования является отсутствие воспроизведения некоторых психофизиологических ощущений дискомфорта, возникающих у экипажа в условиях реального полета, таких как: укачивание, затуманивание зрения, усталости, страха, тревоги, болевых ощущений, эйфории, нарушение чувства равновесия и т.п. Разработчики комплексных средств обучения считали невозможным с помощью технических средств имитировать полную ин­формационную среду реальных условий, включая пси­хофизиологическую напряженность персонала. Поэтому при моделирова­нии экстремальных режимов работы объекта всегда имела место предметная неполнота, некая условность и отсутствие имитации эмоционального фона, что сказывалось на эффективности обучения, не обеспечивая возможность приобретения навыков, более высокого уровня для принятия правильных решений в штатных и ава­рийных режимах.

В процессе изучения информации по этой проблеме было выявлено, что профессиональная деятельность персонала, в том числе и космического экипажа, является разновидностью сложного умст­венного, нервно-эмоционального и физического труда, отличающегося большой психофизиологической напряженностью. По результа­там экспертного опроса [2] были выделены че­тыре блока профес­сионально важных качеств:

• дисциплинарно-профессиональные (ис­полни­тельность, ответственность, трудолюбие, дисциплинированность, работоспособность и др.);

• специально-профессиональные качества (техническая культура, творче­ское мышление, способность предвидеть развитие ситуации, знания теоретиче­ского и практического характера и др.);

• организаторские (умение организовывать работу, требователь­ность, способность принимать осмысленные решения, навыки воспитательной ра­боты и др.);

• психологические (целеустремленность, быстрота принятия ре­ше­ний, эмоциональная устойчивость, инициативность, решительность, внима­тель­ность, самостоятельность и др.).

Следует отметить, что их формирование и оценка осуще­ствляется непосредственно в процессе управления и эксплуатации с реального стратегически важного объекта. Анализ показывает, что пер­вые три блока качеств интегрированы с психологическими качествами обучае­мого и определяют не только поведение персонала в релевантной области, но и влияют на эффективность их деятель­ности.

Кроме того, в ходе исследований было выявлено, что большая часть психофизиологических ощущений испытываемых человеком на реальном объекте, вызвана действием инфразвукового поля, образуемого транспортным средством, которое выступает в роли своеобразного инфра-низкочастотного акустического преобразователя [3…5]. Поэтому обучающие системы, к которым относится тренажер, должны обеспечить наиболее полную и точную имитацию информационной среды реального объекта, учитывая особенности функционирования различных анализаторов человека (слух, зрение, обоняние, тактильно-кинестетические, акселерационные и психофизиологические ощущения и т.д.) [1].

Принимая во внимание эти важные составляющие в системе подготовки космического экипажа, нами разработана модель тренажера с более высокой обучающей эффективностью, за счет дополнительного воспроизведения новых информационных потоков, которые имеют место на реальных объектах с учетом реализации человеческого фактора на более высоком качественном уровне. Все это, в конечном итоге, будет способствовать укреплению доверия к тренажеру в целом, под­тверж­дая правильность и подобие его характери­стик реальному объекту. За основу предлагаемой модели взят способ моделирования психофизиологических эффектов в тренажере транспортных средств [6].

Описание

На рисунке 1 приведена структурная схема устройства, реализующая способ моделирования психофизиологических эффектов на аэрокосмическом тренажере. В состав тренажера входят:

• имитатор 1 параметров поведения реального объекта (ИППРО);

• пульт 2 инструктора (ПИ);

• имитатор 3 акселерационного воздействия (ИАВ);

• имита­тор 4 слуховой информации (ИСИ);

• имитатор 5 зрительной внекабинной информации (ИЗВКИ);

• имитатор 6 зрительной внутрикабинной информации (ИЗКИ);

• имитатор 7 тактильно-ки­нестетической информации (ИТКИ);

• генератор 8 инфра-низкочастотных (ГИНЧ);

• регу­лируемый усилитель 9 интенсивнос­ти инфра-низкочастотный (УИНЧ);

• преобразователь 10 акустический инфра-низкочастотный (ПАИНЧ);

• анализатор 11 инфразвуковых колебаний (АИЗК);

• рабочее место 12 опера­тора (РМО);

• демпфер 13 инфразвуковых колебаний (ДИЗК).

Рис. 1. Структурная схема тренажера

В процессе выполнения тренировочного задания оператор 12 воздейс­твует на органы управления, расположенные в имитаторе 7 тактильно-кинестетической информации. При этом электрические сигналы, сформированные в имитаторе 7 по шине данных, поступают в имитатор 1 параметров поведения реального объекта. Имитатор 1 представляет собой комплекс вычислительных и программных средств, с помощью которых обеспечивается решение уравнений для моделирования в реальном масштабе времени работы имитатора поведения реального объекта, например аэрокосмического средства, вычисление динамических, аэродинамических и других коэффициентов, ки­нематических соотношений, логических и дифференциальных уравнений, описывающих динамику поведения имитируемого объекта и его бортовых систем.

По сигналам, полученным с имитатора 7 тактильно-кинестетической информации, имита­тор 1 синтезирует параметры режима работы реального объекта и по шинам данных воздействует на имитаторы 3...7, пульт 2 инструкто­ра, генератор 8 инфра-низкочастотный, регулируемый усилитель 9 интенсив­ности инфра-низкочастотный. В ответ на эти сигналы:

• имитатор 3 акселерационного воздействия, по программе синтеза имитации ощущения движения с помощью динамического стенда, воздействует на оператора 12 и создает у него иллюзию пространственного перемещения;

• имитатор 4 слуховой информации синтезирует звуковые сигналы и воздействует на органы слуха оператора 12, создавая у него иллюзию о работе дви­гателей, агрегатов внутреннего оборудования, имитируемого объекта, шумовой внекабинной и внутрикабинной обстановки и т.п.;

• имитатор 5 зрительной внекабинной информации генерирует изображения внекабинной обстановки, создавая у оператора 12 иллюзию зрительного присут­ствия в некотором пространстве;

• имитатор 6 зрительной внутрикабинной информации выдает оператору 12 информацию о параметрах дви­жения имитируемого объекта с помощью бортовых приборов и индикаторов;

• имитатор 7 тактильно-кинестетической информации обеспечивает реалистические характеристики ощущения усилий на органах управления в зависимости от имитируемой обстановки;

• пульт 2 инструктора выдает инструктору информацию о работе систем имитируемого объекта, действиях оператора 12 в текущий момент времени, по которым, в дальнейшем дается объективная оценка о его профессиональной подготовке. В процессе выполнения тренировочного задания, инструктор, не предупреждая опе­ратора 12, вводит с пульта 2 на вход имитатора 1 раз­личные аварийные внештатные ситуации, которые могут иметь место на реальном объекте;

• инфра-низкочастотный акустический преобразователь 10 преобразует электрические си­гналы, поданные на его вход с регулируемого усилите­ля 9 в инфразвуковые колебания. Частота и интенсивность этих колебаний оп­ределяется состоянием электрических сигналов на входах ге­нератора 8 и усилителе 9;

• анализатор 11 осуществляет непрерывный контроль вре­менных, энергетических и частотных характеристик инфразвуковых колебаний источника 10. При достижении или пре­вышении предельного значения уровня интенсивности инфраз­вука, формируется аварийный сигнал, который подается на регулируемый вход усилителя 9 и уменьшает коэффициент усиления до безопасного значения. Требования к эффективности работы акустической системы в тренажере определяет жесткие нормы на параметры их качества, которые должны соблюдаться в течении всего срока эксплуатации. Из разнообразия таких систем наиболее приемлемым является магнитострикционный преобразитесь параметров движения акустической колебательной системы ПАИНЧ 10.

Для ограничения воздействия инфразвука на окружающую обстановку кабину тренажера с рабочим местом оператора 12, анализатором 11 с источником 10 помещают в демпфер 13.

Заключение

Предложенный способ моделирования также может быть применен для подготовки операторов объектов стратегического назначения, работа которых связана с нервно-психологическим напряжением, требуют высокого уровня эмоционально-волевых качеств, памяти, воспри­ятия, физической и психологической выносливости. Многопла­новое воздействие имитатора на оператора обеспечивает возможность оптимизиро­вать психофизиологическое состояние обучаемого персонала, повышает его профессионально важные качества необходимые для работы в нормальных и экстремальных условиях.

В ходе проведения научно-исследовательской работы студентов по данной тематике на кафедре «Автоматизация и управле­ние» Пензенской государственной технологической академии были получены следующие наиболее значимые результаты:

• подана заявка на предполагаемое изобретение, по которой получен патент РФ [6];

• диплом лауреата в номинации «Интеллектуальные тренажеры и тренажерные комплексы» во Всероссийском смотре-конкурсе научно-технического творчества студентов высших учебных заведений «Эврика-2007», г. Новочеркасск;

• медаль «За успехи в научно-техническом творчестве» по номина­ции «Лучший научно-исследовательский проект в области технических наук» по проекту «Исследование и разработка автоматизированной сис­темы управления аэрокосмическим тренажером» во Всероссий­ском конкурсе молодежных проектов и программ (выставка «НТТМ июнь 2009» г. Москва).

• диплом победителя конкурса «Участник Молодежного Научно-Инновационного Конкурса» (У.М.Н.И.К. - 2010).

Литература:

1. Л.А. Прошкина Совершенствование управления предприятиями авиационного тренажеростроения в условиях модернизации экономики: монография. – Пенза, ПГУ, 2008. – 156 с.

2. Самолаев Ю.Н. Классификация профессионально важных качеств авиаци­онного спе­циа­листа. IV Всероссийская научно-методическая конференция «Тренажеры и компьюте­ризация профессиональной подго­товки» ГАНГ им. И.М. Губкина – Москва, 1994. – С. 14 – 16.

3. Н.Ф. Измеров и др. Инфразвук как фактор риска здоровью человека (гигиенические, медико-биологические и патогенетические механизмы) – Воронеж, 1998. – 276 с.

4. Е.Е. Новогрудский и др. Инфразвук: враг или друг. – М.: Машиностроение, 1989.– 64 с.

5. Б.Л. Покровский Летчику о психологии. – М.: Военное издательство министерства обороны СССР, 1974. – 83 с.

6. Патент 2369909 РФ. МКИ: G09В9/00. Способ для моделирования психофи­зиологических эффектов в тренажере и устройство для его реализации / В.Н. Прошкин и др. // Опубл. 10.10.09 Бюл. № 28.