ИСТИНА

В рамках планируемых [1] космических полётов актуальна задача тренировки управления различными транспортными средствами. В том числе управление лунным транспортным средством («луномобилем» или «ровером») в условиях воздействия существенно меньшей, чем на Земле, силы гравитации и после воздействия на организм космонавтов условий микрогравитации. Имитировать функциональную невесомость [2] позволяют алгоритмы динамической имитации внутрилабиринтного сенсорного конфликта [3], созданные для центрифуги с управляемым кардановым подвесом кабины. Этот подвес с тремя степенями свободы, закреплённый на плече центрифуги ЦФ-18, позволяет реализовать динамическую имитацию изменения направления вектора ускорения, воздействующего на организм человека. Для тренировок действий оператора в нештатных ситуациях центрифуга ЦФ-18 позволяет создать длительные, знакопеременные и циклические перегрузки. Основным недостатком центрифуг для задач тренировок пилотов и операторов транспортных средств считают [4] существенное влияние эффекта Кориолиса на вестибулярный аппарат человека при поворотах головы в процессе операторской деятельности. В другом источнике [5] сообщается о незначительности влияния эффекта, вызванного воздействием силы Кориолиса, на вестибулярный аппарат человека в случае, если радиус траектории движения центра кабины более 16 метров (у ЦФ-18 радиус на два метра больше). Для реализации на центрифуге ЦФ-18 тренажёра по управлению маломаневренным транспортным средством требуется проверить: соответствие технических возможностей системы подвижности центрифуги требованиям, предъявляемым к динамической имитации на тренажёрном стенде; соответствие технических возможностей каналов связи оборудования, расположенного в кабине центрифуги, с блоком управления системой подвижности; работоспособность выбранного оборудования визуализации в условиях воздействия ускорений, действующих в процессе выполнения программы тренировки; качество синхронизации динамической имитации и визуализации. Для реализации тренажёра требуется осуществлять управление центрифугой в реальном времени на основе данных математической модели транспортного средства. Расположение вычислительного и графического комплекса непосредственно в кабине центрифуги необходимо для минимизации задержки отображения визуальной обстановки. В ходе проверки было выполнено: изучение заявленных производителем характеристик датчиков и приводов системы подвижности центрифуги для определения технических ограничений; измерение (при помощи встроенных датчиков и дополнительных регистрирующих датчика угловых скоростей и инклинометра) фактических значений углов положения кабины, воспроизводимых угловых скоростей и ускорений, оценка их отклонения от заданных величин; тестирование в процессе вращений консоли центрифуги и подвеса кабины скорости и стабильности ethernet-соединения размещённого внутри кабины оборудования с расположенным в помещении пультовой ЦФ-18 компьютером, управляющим системой подвижности; тестирование в процессе движения центрифуги расположенной в её кабине высокопроизводительной системы виртуальной реальности, нагруженной моделированием и визуализацией управляемого движения лунного транспортного средства; измерение значений температуры ядра вычислительной системы при воздействии сил Кориолиса на вентиляторы системы охлаждения; считывание и анализ потока команд, управляющих системой подвижности; создание программного модуля формирования команд управления центрифугой; адаптация тренажёра, созданного в лаборатории МОИДС МГУ имени М.В. Ломоносова для системы подвижности опорного типа с двумя вращательными и одной поступательной степенями свободы, к центрифуге; оценка испытателями, управляющими лунным транспортным средством из кабины центрифуги, соответствия визуализации в шлеме виртуальной реальности движениям модели и динамической имитации направления вектора перегрузки; определение величины отставания фазы положения кабины от соответствующей фазы отображаемой в системе визуализации модели движущегося лунного транспортного средства. Получены результаты: достигнута скорость передачи данных по ethernet-каналу более 43 Мбит/с и не меняется при вращении центрифуги на всём диапазоне испытанных перегрузок (до 40 м/с²); потерь пакетов не зафиксировано, среднее время задержки прохождения пакетов - 7 мс, максимальное зафиксированное значение - 34 мс: при воздействии линейных ускорений до 40 м/с² и угловой скорости до 1,6 рад/с на систему охладждения расположенной в кабине ЦФ-18 графической станции, температура центрального процессора не менялась более, чем на 5%, ядра видеоакселератора - не превышала 78°С и не более, чем на 20°С отличалась от температуры в неподвижном состоянии, а скорость вращения вентилятора менялась в пределах 20% от начальной. при скоростях изменения направления гравитоинерциального вектора до 0,3 рад/с положение кабины соответствует визуализации с задержкой (менее 200 мс), приемлемой для динамической имитации движения лунного транспортного средства: результат получен при установленных в целях безопасности ограничениях (1 рад/с) на скорость исполнительных механизмов; оборудование (портативная графическая станция — ноутбук с видеокартой nVidia GTX1070 и шлем виртуальной реальности TotalVision VR4) исправно работало в кабине на всём протяжении испытаний при длительных ускорениях до 40 м/с². Выводы: доказана техническая возможность создания на базе центрифуги ЦФ-18 тренажёра управления маломаневренным транспортным средством; доказана техническая возможность адаптации тренажёров с n-степенных платформ опорного типа к системе подвижности центрифуги с управляемым кардановым подвесом; доказана техническая возможность увеличения пропускной способности и снижения задержек канала передачи данных, а также повышения быстродействия системы подвижности для улучшения динамической имитации и расширения применимости ЦФ-18 для создания тренажёров по управлению транспортными средствами. Литература [1] Высадка первого россиянина на Луну намечена на 2031 год. URL: https://tass.ru/kosmos/3784256 (дата обращения 03.09.2019) [2] Экспериментальные исследования по оценке выполнения космонавтами сложной операторской деятельности после длительного космического полета на МКС в интересах осуществления полетов в дальний космос. С.К. Крикалёв, Б.И. Крючков, М.М. Харламов, О.В. Новицкий, Е.И. Тарелкин, А.А. Курицын, П.П. Долгов, В.И. Почуев, И.Г. Сохин, Г.Д. Орешкин, В.А. Копнин, В.Н. Алексеев, В.Н. Киршанов, Н.А. Бачмановский, А.С. Кондратьев, Н.Р. Жамалетдинов, А.В. Васильев. - Пилотируемые полеты в космос. 2013. № 4 (9). С. 24-35. [3] Математические задачи динамической имитации аэрокосмических полётов. В.В. Александров, Л.И. Воронин, Ю.Н. Глазков, А.Ю. Ишлинский, В.А. Садовничий; под ред. В.А. Садовничего. - М.: Изд-во МГУ, 1995. С. 66-68. [4] Исследовательский стенд Desdemona. Владимир Бирюков. - Форум. 2018. № 1 (21). С. 26-27. [5] Моделирование сенсорного конфликта в невесомости. В.А. Садовничий, В.В. Александров, С.С. Лемак, С.С. Поздняков. - Фундаментальная и прикладная математика, том 11 (2005), № 8. С. 167-169.