МОДЕЛИРОВАНИЕ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ МАЛОЙ ТЯГИ В КОСМИЧЕСКИХ ТРЕНАЖЕРАХ

© М.В.Михайлюк, Е.В.Страшнов, Д.М.Логинов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2015 г.

Для выполнения задач ориентации, коррекции орбиты, сближения, причаливания, торможения и т.д. на космических видеотренажерах необходимо моделировать работу реактивных двигателей. Такое моделирование включает описание параметров двигателя в системе 3D моделирования, создание виртуальной системы управления двигателем, расчет динамики его работы и визуализацию работы двигателя в виртуальной сцене. Программный комплекс, разработанный в Научно-исследовательском институте системных исследований Российской академии наук (ФГУ ФНЦ НИИСИ РАН), включает в себя все эти подсистемы.

В специально разработанном конструкторе в рамках системы трехмерного моделирования 3DS MAX для объекта типа реактивный двигатель можно задать следующие параметры: максимальную силу тяги, время непрерывной работы, минимальную продолжительность одного включения, величину паузы между включениями и т.д. Эти параметры используются при моделировании работы двигателя в подсистемах управления и динамики.

Для выполнения некоторой операции подсистема управления по степени воздействия оператора на управляющий элемент (ручка управления, джойстик и т.д.) и показаниям датчиков скоростей определяет набор двигателей и вычисляет силы тяги, которые они развивают при данном воздействии. Эти значения управляющих сигналов передаются в подсистему динамики.

Подсистема динамики вычисляет новые положения и ориентации (углы Эйлера или кватернионы) всех управляемых виртуальных объектов (моделей космических модулей) с учетом их масс-инерционных характеристик (масс, тензоров инерции и т.д.). При этом моделируется как непрерывный режим работы двигателя (когда тяговое усилие создается на протяжении всей его работы), так и импульсный режим (двигатель включается и выключается с определенной частотой).

Подсистема визуализации синтезирует изображение виртуальной сцены видеотренажера (на большом экране, мониторе компьютера или шлеме виртуальной реальности) с учетом данных, полученных из подсистемы динамики. Выполняется также визуализация газов, вытекающих из сопла двигателя.

Работа всех подсистем происходит в масштабе реального времени, т.е. полный цикл выполняется за время, не превышающее 40 мсек. Это позволяет обеспечить частоту синтеза кадров изображения не менее 25 к./с, что создает у оператора видимость непрерывного и гладкого движения динамических объектов. Данные разработки могут быть использованы в космических тренажерах для отработки задач сближения, стыковки, торможения, посадки и т.д.