КОНЦЕПЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕМЕНТАМИ ИНФРАСТРУКТУРЫ ДЛЯ КОСМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА С ПРИМЕНЕНИЕМ ИНТЕРФЕЙСА ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ

© А.Н.Бабкин
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2009 г.

В настоящее время проектирование инфраструктуры пилотируемых космических аппаратов (ПКА) как основы для развертывания космического производства вышло на новый уровень. В ближнесрочной перспективе планируется создание космического корабля нового поколения, межорбитальных буксиров и автономных технологических модулей. Расширение возможностей этих базовых элементов для составляющих экспериментальной и производственной деятельности на околоземной орбите напрямую связано с кардинальным системным обновлением интерфейса человек-машина.

В традиционном плане интерфейс «человек-машина» проектируется совместно с ПКА в рамках понятных на этот период времени объектов и алгоритмов управления. Когда интерфейс воплощается в конкретный пульт управления, он проходит цикл испытаний в составе ПКА. Если позднее возникнет необходимость расширения его функций, то потребуется заново изготовить пульт и перекомпоновать приборы и агрегаты, которые расположены в непосредственной близости к рабочему месту оператора, и вновь провести весь цикл испытаний. Жесткий интерфейс эргономически привязан к рабочему месту оператора и в ограниченном объеме шестиместного ПКА удается разместить не более двух традиционных пультов управления. Отмеченная инертность таких интерфейсов затрудняет их оперативное развитие, и это не единственный недостаток по сравнению с предлагаемой концепцией управления с применением интерфейса виртуальной реальности (ИВР).

В случае применения ИВР весь объем моторного поля досягаемости рук оператора представляет собой виртуальный пульт с виртуальными органами управления с возможностью выбора любой удобной формы для конкретного оператора. Изображения индикаторов и модулей управления может проецироваться на остекление (светофильтр) скафандра. Преимущества использования ИВР в системе управления ПКА и роботизированными комплексами следующие:

– малая масса аппаратных средств;

– программное обеспечение позволяет реализовать гибкое изменение вида интерфейса в зависимости от реализуемого алгоритма, а также оперативное добавление или упразднение функций и объектов управления;

– все члены экипажа на своих рабочих местах могут воспользоваться любым форматом контура управления, что увеличивает общую надежность системы;

– в зависимости от реализуемого режима полета (перегрузки или невесомость) могут использоваться различные объемы моторного поля от досягаемости рук до подвижности пальцев;

– точность управляемой операции регулируется в зависимости от наличия наддува скафандра;

– отсутствует необходимость создания разнообразного количества пультов для широкого диапазона управляемой техники.

Требование высокой помехоустойчивости в контуре управления ПКА пока не допускает широкого применения беспроводных технологий, поэтому на данном этапе предпочтительнее использовать систему датчиков в перчатке с выводом на объединенный электроразъем скафандра.

Особую актуальность имеет применение ИВР в области развития внекорабельной деятельности, что может превратить скафандр в полноценный пост управления в открытом космосе, причем любого уровня: от управления системами самого скафандра до управления роботизированными комплексами на орбите.

Дальнейшее развитие космического производства предполагает широкое использование на поверхности других планет автоматической техники, которую должен контролировать оператор в скафандре, а в некоторых случаях и управлять ею. Наличие ИВР в этом случае позволяет решать разноплановые задачи одновременного контроля различных объектов и управления отдельными параметрами. Гибкость подобного ИВР заключается в возможности его оперативного перепрограммирования для добавления новых объектов или программных модулей в контур управления.

Несмотря на перечисленные преимущества, в настоящее время в пилотируемой космонавтике ИВР применяются лишь как тренажеры астронавтов для зрительной имитации условий внекорабельной деятельности. Ни в одном из проектов космических кораблей нового поколения, разрабатываемых в разных странах, пока не заложены ИВР. Между тем, их внедрение надо осуществлять уже в настоящее время, сначала через дублирование функций основного пульта управления ПКА как резервное средство управления, испытываемое в условиях действия совокупности факторов космического полета. Тогда к началу полетов ПКА на другие планеты станет возможным использование ИВР как основного средства управления с достаточным уровнем надежности, освоенности экипажем и ресурсом элементной базы.