Космическая академия

Подготовка на тренажерах

Особая роль в профессиональной подготовке космонавтов принадлежит тренажерам.

Учебно-тренировочный макет станции «Салют»

Обусловлено это тем, что космические тренажеры являются единственными техническими средствами подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов. Выполнение тренировочных космических полетов подобно тренировочным полетам на самолетах вследствие их большой стоимости и небезопасности практически невозможно. Поэтому на космических тренажерах различного назначения создаются такие информационные модели воспроизводимых полетных условий в реальном масштабе времени, чтобы зрительное восприятие и двигательная реакция тренируемого космонавта не отличались от таковых в реальных условиях. С этой целью в кабине (или ее фрагменте) космического тренажера устанавливается, как правило, оборудование, идентичное реальному. Геометрические размеры макетов кабин ПКА, расположение приборов, индикаторных устройств и органов управления соответствуют реальному кораблю. Однако общее подобие, хотя и имеет большое значение, еще не обеспечивает воспроизведения на тренажере наиболее существенных моментов трудовой деятельности космонавта, позволяющих формировать необходимые профессиональные навыки.

Вопрос о том, какие факторы условий полета ПКА, в какой полноте и с какой точностью должны имитироваться на тренажере, решается на основе психологического анализа взаимодействия космонавта с реальной средой и определяется спецификой решаемых космонавтом задач. При этом учитывается психологическая структура формируемых навыков, которая включает цель выполнения действия, особенности восприятия, внимание, мышление, характер движений.

Для восприятия условий реального процесса на тренажере реализуется математическая модель движения ПКА и модели всех его основных систем. При этом в соответствии с управляющими воздействиями обучаемого космонавта, которые вводятся в модель, воспроизводятся в реальном масштабе времени ситуации, аналогичные возникающим в космическом полете.

Тренажёр космического корабля «Союз»

Полученные в результате моделирования параметры выводятся на приборы и средства индикации пульта космонавта. Одновременно в оптических приборах и иллюминаторах в возможно полной мере воспроизводится внешняя визуальная обстановка, посредством соответствующих имитаторов, связанных с моделью динамики ПКА таким образом, чтобы наблюдаемая на тренажере картина соответствовала реальной при аналогичном состоянии в полете.

Как правило, на тренажерах моделируются физические факторы условий космического полета (исключая невесомость), вызывающие у тренируемых космонавтов ощущения, адекватно связанные с их деятельностью в реальных условиях полета.

Вместе с тем эффективность применения тренажеров в ходе подготовки космонавтов к предстоящему космическому полету зависит не только от степени приближения условий тренировок к реальным, но и от методик обучения, которые разрабатываются с учетом закономерностей становления профессиональных навыков. В программу тренировочного процесса входят прежде всего наиболее сложные критические ситуации, навыки работы в которых невозможно сформировать в реальном полете. Кроме того, тренажер позволяет инструктору изменять ситуации, вводить новые или дополнительные условия, усложняющие управление кораблем, а также формировать поэтапно упражнения дозированно-прогрессирующей сложности. При этом профессиональные навыки ранжируются по значимости, а характер задач, ставящихся в процессе тренировки, индивидуализируется с учетом функциональных обязанностей и предшествующего опыта космонавтов.

Оптимизация обучения космонавтов на тренажерах достигается также такими методическими приемами, как повторное воспроизведение особо сложных элементов управления ПКА, ввод неисправностей, фиксация тренировочного упражнения для оперативного разбора инструктором ошибок, допущенных обучаемым, самоконтроль и другие методические приемы.

В ряде случаев, например, для формирования навыков выполнения быстротечных процессов управления ПКА возникает необходимость в их более медленном воспроизведении (обучение в нереальном масштабе времени) с последующим постепенным переходом к реальному времени.

Специфика профессиональной подготовки космонавта на тренажерах связана с такой особенностью, как невозможность создать на одном тренажере весь комплекс физических условий и факторов, сопровождающих космический полет. Поэтому становление необходимых профессиональных навыков у космонавтов осуществляется поэлементно на тренажерах различного назначения. На конечном этапе подготовки космонавтов у них осознанно интегрируется обобщенный внутренний образ предстоящей деятельности. Задача формирования такого образа у космонавтов на тренажерах решается психологами и инструкторами, осуществляющими руководство подготовкой. В этой связи особое значение приобретает планирование циклограмм тренировок. В его основе лежит этапность, связанная с поэлементным овладением сложными видами профессиональных навыков. Последовательность этапов подготовки к выполнению динамических операций на тренажерах представляется следующим образом [99]:

• теоретическое обучение и приобретение общей операторской культуры;

• формирование спектра частных навыков, входящих в состав интегрального навыка, необходимого для выполнения данной динамической операции;

• формирование навыков выполнения отдельных изолированных операций;

• формирование навыков выполнения отдельных операций в комплексе последовательных действий;

• формирование навыков выполнения динамической операции в аварийных ситуациях и нестандартными способами;

• перенос навыков с учебных моделей на реальный объект управления.

Схема поэтапной подготовки экипажа ПКА для выполнения операции причаливания и стыковки, как наиболее сложной типовой динамической операции, показана на рис. 7.

Рис. 7. Схеме поэтапной подготовки экипажа ПКА

Сочетание принципов теоретического обучения, образующего базу, на которой строится вся дальнейшая подготовка космонавтов, с практической работой на тренажерах позволяет слушателям активно усваивать материал в процессе обучения и формировать гибкие навыки, которые могут быть безболезненно скорректированы в реальном космическом полете, исходя из складывающейся ситуации. В этой связи необходимо отметить, что процесс обучения и подготовки осуществляется на основе сознательного и активного участия в нем самих космонавтов, формирующих в себе навыки выполнения не отдельных операций и режимов полета, а на основе познания способов выполнения конкретных операций вырабатывать в себе общую концепцию решения задач программы полета как в штатных, так и нештатных или аварийных ситуациях. Это высшая ступень достижения профессионализма в ходе подготовки к предстоящему полету. И достигается она прежде всего индивидуальным методом обучения при соблюдении максимального уровня слаженности экипажа в целом.

Ведущая роль в достижении этой цели принадлежит инструктору экипажа, который непосредственно осуществляет учебный процесс и определяет готовность экипажа к полету. При этом он решает ряд задач в двух основных направлениях.

В психологическом плане:

• изучение индивидуальных психологических особенностей членов экипажа, их речи и стиля деятельности;

• исследование влияния психической напряженности, утомления, эмоциональных воздействий и особенностей нервно-психической организации космонавта на эффективность его деятельности и варьирование в зависимости от этого интенсивности его загрузки;

• выявление «резервов» и возможности использования их в экстремальных условиях;

• учет цены физических и психических затрат космонавта при достижении заданного уровня профессионализма с целью обеспечения надежности решения поставленной задачи;

• выявление особенностей взаимодействия членов экипажа при различных видах трудовой деятельности и их психологической совместимости.

В плане профессиональной подготовки:

• организация обучения на тренажерах;

• определение содержания тренировочных упражнений и распределение их по времени;

• раскрытие индивидуальных профессиональных качеств каждого члена экипажа;

• анализ хода становления навыков и при необходимости его корректировка;

• оптимизация количества тренировок;

• раскрытие сущности процессов и явлений, протекающих при подготовке космонавтов;

• управление процессом обучения, исходя из задач предстоящего полета;

• оценка профессионализма экипажа и его готовности к полету.

Многолетний опыт подготовки космонавтов в ЦПК имени Ю. А. Гагарина подтверждает, что решение инструктором экипажа этих задач — залог эффективной и надежной работы космонавтов в длительных космических полетах.

Для успешного достижения этой цели инструктор экипажа должен обладать высоким уровнем профессиональных знаний, педагогическим мастерством, большими организаторскими способностями и авторитетом.

Класс программированного обучения

Как уже отмечалось, в ходе подготовки у космонавтов последовательно и целенаправленно формируется концептуальная модель предстоящего полета. Однако мысленный образ и общий интеллектуальный багаж космонавта представляют только базу для осуществления его трудовой деятельности. В ее содержание входит гамма психологических процессов, таких, как активное восприятие, память, мышление, принятие решений, а затем двигательные операции, требующие не физических нагрузок, а точных и координированных движений.

Зал вычислительного комплекса тренажёрной системы

Отсюда очевидно, как важна роль условий, воссоздаваемых на тренажере, которые воздействуют на сенсорное поле космонавта. В идеальном случае они не должны отличаться от условий, сопровождающих космический полет на всех его этапах. Однако достижение такого соответствия, несмотря на последние достижения космического тренажеростроения, практически невозможно. Прежде всего, технически невозможно воссоздать все специфические факторы космического полета в одном тренажере. Поэтому для подготовки космонавтов в зависимости от программы полета, решаемых задач и их специализации, применяется серия специализированных и комплексных тренажеров транспортных кораблей и орбитальных станций, которые позволяют осуществлять всестороннюю профессиональную подготовку, несмотря на некоторые отличия наземных условий и полетных. Достигается это, прежде всего, проверенными практикой методическими приемами.

Обобщенная структурная схема современного космического тренажера независимо от его типа и назначения (рис. 8) содержит пять основных блоков: рабочее место космонавта (РМК), систему имитации визуальной обстановки (СИВО), вычислительную систему (ВС), пульт контроля и управления (ПКУ) и устройства согласования (УС). Технический уровень реализации этой структуры определяет соотношения условий тренировки и условий космического полета, т. е. меру их подобия.

Рис. 8. Обобщённая структурная схема космического тренажёра

Современные тренажеры профессиональной подготовки космонавтов, представляющие уже третье поколение, реализуются на базе тренажерных систем или сетей [106].

Рассмотрим характеристики устройств космического тренажера, определяющих меру подобия воссоздаваемых на тренажере условий и в реальном полете, а также допустимые их отличия, обеспечивающие адекватность психических процессов, протекающих в том и другом случаях, благодаря адаптивным и мотивационным свойствам человека.

Рабочее место космонавта (РМК)

На специализированных и комплексных тренажерах транспортных кораблей и орбитальных станций установлены полноразмерные макеты или фрагменты ПКА, интерьер которых соответствует реальному ПКА. Все оборудование, система отображения информации (СОИ) и органы управления КА, с которыми работает или соприкасается экипаж, по всем характеристикам соответствует штатным. Та же часть оборудования, которая не включена в контур моделирования процессов управления ПКА (это относится прежде всего к специализированным тренажерам или стендам-тренажерам), выполнена в виде габаритно-весовых макетов.

Основным устройством контроля и управления ПКА, устанавливаемым на всех РМК, является пульт космонавта (рис. 9). Это многофункциональное оборудование, включающее командно-сигнальное устройство (КСУ), командно-сигнальные поля (КСП), индикатор контроля программ (ИКП), комбинированный электронный индикатор (КЭИ), БЧК, «Глобус» и другие приборы [43].

Рис. 9. Пульт космонавта: 1 — командно-сигнальное устройство (КСУ); 2 — приборная доска; 3 — командно-сигнальное поле; 4 — комбинированный электронный индикатор (КЭИ; 5 — индикатор контроля программ (ИКП)

Клавишами и сигнализаторами КСУ космонавт в нужные моменты времени управляет многочисленными системами ПКА или контролирует их параметры. КСП информирует экипаж о работе всех контролируемых систем корабля и обеспечивает управление ими. Информационное устройство КЭИ пульта космонавта также заменяет большое количество измерительных приборов, одновременно отображая на экране параметры функционирования систем ПКА. Так, при контроле системы жизнеобеспечения на КЭИ индицируется: температура, влажность, давление и концентрация СО₂ в кабине ПКА. Кроме того, КЭИ подключен к наружным и внутренним телевизионным камерам, что позволяет контролировать с его помощью процесс стыковки.

Пульт управления тренажёра станции «Салют»

Посредством ИКП экипаж информируется о текущей автоматической программе управления ПКА, ее содержании, длительности, текущем времени и исполнении команд. Каждая команда имеет свой индекс исполнения, который гаснет после ее выполнения, что позволяет экипажу контролировать правильность прохождения программы.

Внутренний интерьер тренажёра транспортного корабля «Союз Т»

Средства информации, которыми оснащено РМК на тренажере, облегчает создание у космонавтов мысленного представления полета ПКА, его положения в пространстве и работы различных систем и агрегатов. Иллюзия полета космонавтов в ходе тренировочного упражнения усиливается также созданием в макете ПКА реальной акустической обстановки имитацией шума двигателей коррекции и ориентации, шума от срабатывания пиромеханизмов, а также имитацией радиосвязи с Центром управления полетом и наземными пунктами.

Дальнейшее приближение условий тренажера к полетным при отработке операции спуска ПКА с орбиты осуществляется имитацией физического движения ПКА посредством установки его макета на подвижной платформе. В общем случае подвижная платформа должна иметь шесть степеней свободы—три линейных перемещения и угловые: по курсу, крену и тангажу. Акселерационные ощущения космонавта в этом случае синхронизуются с изменениями внешней визуальной обстановки в иллюминаторах и оптических приборах макета ПКА.

Погрешность синхронизации составляет менее 0,1 с, так как время запаздывания визуального восприятия движения по отношению к моменту стимуляции вестибулярного аппарата у человека составляет менее 0,1 с [112].

Воспроизведение реальных скоростей и ускорений ПКА на этапе спуска ПКА с орбиты на динамическом тренажере во всей полноте невозможно. Но в этом нет особой необходимости. Обусловлено это особенностями вестибулярного аппарата человека, который воспринимает прежде всего переходные процессы как линейных, так и угловых скоростей.

С целью создания адекватного восприятия на тренажере реальных ускорений ПКА и имитируемых, фронты переходных процессов воспроизводятся в масштабе 1:1 до моментов, соответствующих пределу чувствительности, т. е. насыщению вестибулярного аппарата человека. Космонавт, выполняющий динамические операции в подвижной кабине, получает от фронта ускорения все первоначальные ощущения движения, которые необходимы для адекватного восприятия реальных и имитируемых условий.

После воспроизведения реального фронта ускорения платформа тормозится, причем спад фронта торможения проходит ниже порога чувствительности вестибулярного аппарата космонавта [44], иначе у него могут возникнуть ложные ощущения. При этом, исходя из предельных величин перемещения подвижной платформы по линейным и угловым перемещениям, она переводится в нейтральное положение со скоростями и ускорениями, неощутимыми для вестибулярного аппарата космонавта.

Созданию на РМК обстановки психологически адекватной реальной в значительной мере способствует также «реакция» внешней визуальной обстановки в иллюминаторах и оптических средствах наблюдения макета ПКА на управляющие воздействия космонавта при выполнении тренировочного упражнения.

Система имитации визуальной обстановки (СИВО)

Из всей информации о состоянии ПКА, воспринимаемой сенсорным полем космонавта, более 80% поступает по зрительному каналу. Поэтому так важна на космическом тренажере роль средств имитации визуальной обстановки.

Посредством СИВО на тренажере воспроизводится обстановка орбитального полета ПКА, поиск, обнаружение и стыковка с орбитальной станцией, спуск с орбиты и приземление с воспроизведением изображений звезд. Земли, Луны, Солнца и других космических объектов, находящихся на орбите, во всех пространственных и угловых положениях ПКА.

Космонавт, воспринимая на тренажере визуальную информацию и информацию, поступающую по другим каналам сенсорного поля (слуховому, вестибулярному и др.), формирует воздействия на органы управления ПКА, отчего изменяется пространственное положение ПКА, а следовательно, и визуальная обстановка. По ее изменению космонавт контролирует движения ПКА, выполняет необходимые маневры с ориентированием на местности или в пространстве. По соответствующим ориентирам он определяет углы ориентации ПКА, приращения этих углов, угловые скорости, скорость и направление движения, а также текущие координаты (плоскостные или пространственные).

Характер изменения визуальной обстановки в иллюминаторах и оптических средствах наблюдения ПКА определяется особенностями объектов наблюдения и динамическими характеристиками ПКА.

В связи с тем, что движение ПКА в общем случае осуществляется в трехмерном пространстве, структура изображения визуальной обстановки находится в зависимости от шести координат (трех декартовых и трех эйлеровых), что требует правильной передачи перспективы воспроизводимых визуальных условий. Немаловажную роль играют при этом характеристики средств наблюдения.

Кроме того, «реакция» визуальной обстановки на заданные тренируемым космонавтом управляющие воздействия должна быть идентична полетным условиям, иначе характеристики управления ПКА на тренажере будут искажены и восприятие условий тренажера не будет адекватно реальным.

В целом же воспроизведение визуальных условий на космическом тренажере относится к наиболее сложным техническим задачам. Обусловлено это такими обстоятельствами, как:

• необходимость сочетания в воспроизводимой визуальной обстановке компонентов с различной динамикой относительного движения (космические аппараты, звезды, планеты, Луна, Солнце, поверхность Земли с ориентирами на различном удалении и т. д.);

• широкий диапазон изменения масштаба отдельных объектов визуальной обстановки в процессе выполнения отдельной операции (орбитальной станции при стыковке, поверхности Земли при спуске транспортного корабля с орбиты и т. д.);

• большое разнообразие средств наблюдения ПКА с различными полями зрения и увеличением;

• необходимость существенного различия в характеристиках воссоздаваемых визуальных условий в зависимости от задач (динамическое управление ПКА, астронавигационные наблюдения и детальное, наблюдение объектов на поверхности Земли).

Учет этих особенностей существенно осложняет выбор способов реализации СИВО и диктует многообразие принципиальных подходов по воспроизведению визуальной обстановки на тренажерах.

При создании СИВО космических тренажеров применяются два основных направления. Первый базируется на физическом моделировании визуальных условий, в качестве носителей изображений которых используются масштабные модели, объемные или плоские макеты, диапозитивы и кинофильмы. Второе—основывается на математическом моделировании визуальной обстановки, изображение которой в виде математической модели хранится в памяти ЦВМ.

Применение того или иного способа реализации СИВО вытекает из анализа следующих, наиболее существенных, характеристик воспроизводимых условий космического полета.

Ширина поля зрения

Чем шире поле зрения, тем больший объем визуальной информации потенциально доступен космонавту. Однако пространственная разрешающая способность человеческого глаза за пределами небольшого участка центрального зрения сильно ограничена. Поэтому как бы ни велики были размеры поля зрения, объем оперативной информации, доступный космонавту, сравнительно невелик. С другой стороны, относительно высокая чувствительность периферийных участков сетчатки к восприятию движения в сравнении с пространственной разрешающей способностью обеспечивает фиксацию появления новых движущихся объектов почти в любом участке поля зрения. Определение оптимальных размеров имитируемого поля зрения всегда было одним из основных вопросов при создании СИВО космического тренажера.

Так исследования по определению влияния ограничения горизонтального размера поля зрения пилота на качество управления самолетом показали возможность его уменьшения без серьезного ухудшения качества [110]. Однако уменьшение горизонтального размера поля зрения до 20° оказалось уже неприемлемым. Вместе с тем доказано, что сравнительно ограниченное поле зрения может быть вполне приемлемо в случаях, когда пилоту хорошо известна местность, над которой он выполняет полет.

В СИВО космических тренажеров, исходя из технических возможностей, ширина поля зрения обычно ограничена 40—60° для иллюминаторов, а в других случаях эти значения определяются полями зрения оптических средств наблюдения, установленных на ПКА.

Диапазон яркости имитируемых изображений

В существующих СИВО диапазон яркости воспроизводимых визуальных объектов ограничен по сравнению с тем, что наблюдается в реальных условиях. Однако вследствие адаптивных свойств зрительного анализатора человека главную роль играет пространственное распределение относительных, а не абсолютных уровней яркости. Как только в поле имитируемого изображения достигнуты минимальные уровни яркости, необходимые для его эффективного восприятия, дальнейшее ее увеличение нецелесообразно [110].

Цвет имитируемых изображений

Цвет является одним из важных параметров, воспроизводимых на тренажерах визуальных условий. Однако стремиться к абсолютной точности воссоздания цветов, наблюдаемых в реальных условиях, нецелесообразно, поскольку сочетания цветов непрерывно изменяются, например, для поверхности Земли в течение дня, при изменении погоды и времени года. Цветовой диапазон существующих телевизионных систем в большинстве случаев достаточен для отображения визуальной обстановки на космических тренажерах.

Цвет, как параметр, важен там, где сочетаниями цветов кодируется необходимая пилоту информация (например, огни посадочной полосы), а в целом он относится к желательным параметрам СИВО, которые способствуют опознаванию наблюдаемых объектов, их относительных размеров и расстояний до них.

Разрешающая способность имитируемых изображений

Глаз человека способен различать пространственные детали с угловыми размерами в 1 у гл. мин и менее.

Разрешающая способность современных СИВО, построенных на телевизионной основе, дает разрешение не лучше 6—7 угл. мин и уступает разрешающей способности глаза человека, однако доказательств того, что это сказывается в сильной мере на формировании необходимых навыков у космонавтов, не имеется.

Несколько лучшее разрешение имеют СИВО, в которых используются диапозитивы и кинофильмы, но их применение дает значительные ограничения по другим параметрам.

Разрешающая способность телевизионной проекционной системы, сопряженной с коллимационной оптикой, выше, чем у обычных телевизионных устройств. Коллимационная оптика увеличивает кажущуюся глубину пространства, но ее недостаток связан с тем, что глаза космонавта должны постоянно находиться в зоне выходного зрачка коллиматора. В целом же коллимация обеспечивает формирование на тренажере картин внешней визуальной обстановки, более правдоподобных реальным условиям.

Перспектива и синхронизм имитируемых изображений с динамикой ПКА

При перемещении ПКА в пространстве в поле зрения космонавта происходит непрерывное изменение перспективы и относительных размеров наблюдаемых объектов по мере изменения расстояния до них. Изменение перспективы визуальной обстановки жестко связано с движением ПКА во времени и пространстве. Наблюдаемое космонавтом движение в реальных условиях согласуется с физическим движением, которое воздействует на вестибулярный аппарат и тактильную систему пилота. Поэтому на тренажере особая роль отводится синхронизации динамики визуальной обстановки с управляющими воздействиями космонавта. При появлении запаздываний визуальная обстановка может быть неправильно интерпретирована, что может привести к формированию у космонавтов отрицательных навыков.

Кроме того, на динамических тренажерах спуска ПКА с орбиты серьезное внимание, как уже отмечалось ранее, уделяется синхронизации акселерационных воздействий при имитации физического движения ПКА и визуального отображения этого движения. В реальных условиях эти процессы едины. Нарушения на тренажере синхронизма воздействия этих процессов на сенсорное поле космонавта может приводить к «конфликту в его ощущениях» [111].

Представленный анализ наиболее существенных сторон условий тренировки отражает как сложность технической реализации космических тренажеров, так и многогранность психических процессов, протекающих при обучении космонавтов на тренажерах. С позиций педагогической психологии эти процессы должны быть контролируемы и управляемы.

Обучение космонавтов на современных тренажерах относится к управляемому процессу, в ходе которого их профессиональные качества целенаправленно изменяются. Этот процесс осуществляется поэтапно под руководством инструктора экипажа и психолога.

Пульт инструктора комплексного тренажёра

На начальном этапе космонавты знакомятся с интерьером рабочего места космонавта (РМК), его оборудованием, с расположением средств отображения информации, оптическими приборами и органами управления ПКА.

На этапе подготовки на специализированных тренажерах космонавты закрепляют теоретические знания и приобретают профессиональное мастерство по выполнению отдельных операций, приемов, режимов управления в штатных и аномальных режимах полета ПКА. Продолжительность подготовки на каждом из тренажеров зависит от индивидуальных способностей, уровня знаний, специализации и прошлого опыта членов экипажа. После формирования уверенных навыков выполнения отдельных операций и приемов осуществляется переход на комплексные тренажеры, где осуществляется наиболее всесторонняя подготовка экипажа.

Комплексные тренировки — это завершающий этап подготовки, когда последовательно отрабатываются все этапы полета ПКА: запуск, выведение на орбиту, ориентация и маневрирование на орбите, поиск, обнаружение и стыковка с орбитальной станцией или другим космическим аппаратом, расстыковка, спуск с орбиты и другие промежуточные операции. На комплексных тренажерах командир экипажа, по сравнению с другими его членами, выполняет наибольшее количество тренировок, что вызвано его личной ответственностью за реализацию жизненно важных этапов полета. Значительное количество тренировок на комплексных тренажерах направлено на приобретение экипажем навыков выявления нештатных и аварийных ситуаций полета и нахождения способов выхода из них.

Каждое занятие на тренажере включает инструктаж и разбор тренировки. Инструктаж охватывает наиболее важные аспекты предстоящего тренировочного упражнения: характеристики отрабатываемых этапов полета ПКА, информацию о системах ПКА, порядок действий экипажа в обычной и аварийной обстановке, сведения об ограничениях, накладываемых особенностями тренажера, и т. д.

По окончании каждой тренировки инструктор делает разбор, в ходе которого детально анализируется выполненное тренировочное упражнение и делаются выводы о достигнутых успехах, отмечаются ошибки и вскрываются неусвоенные разделы теоретического курса.

По мере накопления профессионального опыта, продолжительность и частота инструктажа и разбора уменьшается.

На всех этапах подготовки в состав космических тренажеров включаются устройства и приборы, которые обеспечивают: контроль за ходом обучения, оценку действий тренируемого космонавта, оперативное управление процессом обучения, корректировку (при необходимости) программы обучения.

Контроль и оценка деятельности космонавтов осуществляется на основе объективных критериев, учитывающих точностные, временные и надежностные показатели деятельности, характеризующие вероятностную достоверность выполнения поставленных перед экипажем задач.

Повышение эффективности обучения на тренажерах достигается решением следующих задач:

• регистрации действий космонавтов по управлению ПКА в динамических режимах;

• контроля и регистрации траектории движения ПКА или управляемых параметров;

• оперативным предъявлением обучаемому объективных показателей, характеризующих допущенные им ошибки по величине и знаку;

• регистрации и воспроизведения в реальном масштабе времени выполненного тренировочного упражнения или его фазы, в которой были допущены ошибки;

• формирования объективных оценок профессионализма космонавтов;

• оценкой психофизиологической напряженности космонавтов в процессе тренировки;

• регистрации визуальной обстановки, наблюдаемой обучаемыми на РМК и ее воспроизведением при разборе тренировки.

Воспроизведение на тренажере эталонных приемов управления ПКА, включая управление в аварийных ситуациях, используется обучаемыми для корректировки своих действий, создает преимущества условий тренажера перед полетными, которые подобными свойствами не обладают. Так, демонстрация особенностей и ошибочных действий космонавтов в процессе тренировок на фоне эталонных способствует выработке стратегии управления, исключающей возможные ошибки.

В каждом конкретном случае, исходя из специфики условий и характера выполняемой задачи, необходима своя методика анализа и предъявления данных об усваиваемых навыках с целью формирования наиболее целесообразных приемов и действий. Чем глубже анализ учебных упражнений космонавта и чем четче осмыслено им выполнение поставленной задачи, тем успешнее развиваются его способности. При этом оптимизация процесса обучения осуществляется только на основе количественных оценок параметров, определяющих процесс управления ПКА.

В настоящее время в качестве критериев оценки профессионализма космонавтов используется эффективность выполнения отдельных операций, характеризующаяся такими показателями, как точность, время выполнения операции и энергетические затраты. Исходя из психологической структуры деятельности космонавта, формируемые на тренажере навыки подразделяются на сенсорные—прием информации различными анализаторами, интеллектуальные — переработка информации и принятие решений, моторные — выполнение управляющих воздействий.

С этих позиций в интегральный критерий оценки профессионализма космонавтов вводятся такие показатели, как: время, величина и количество ошибок, скорость переработки информации, вероятность правильности или ошибочности принятого решения, устойчивость работы, частота и амплитуда управляющих воздействий, способность прогнозирования. По этим показателям определяются отклонения параметров управления от нормативов в виде плотности распределения отклонения, дисперсии и т. д. При оценке действий космонавтов в аварийных ситуациях вычисляется вероятность выхода управляемых параметров за пределы безопасных величин. Профессионализм космонавтов определяется также по таким критериям, как стабильность работы, мера загрузки, определяемая методом дополнительной задачи, и характеристики управляющих воздействий [75].

С ростом профессионализма уменьшается разброс характеристик, определяющих деятельность космонавта. В зависимости от решаемых задач, его подготовленность оценивается также сопоставлением алгоритмов и характеристик его деятельности с эталонными показателями опытных космонавтов или инструкторов.

Использование нормативных оценок в качестве единственного показателя уровня подготовленности в большинстве случаев неправомерно. Более полное раскрытие природы становления навыков осуществляется посредством сопоставления достигнутой эффективности выполнения тренировочного упражнения и нервно-психического напряжения космонавта. С этой целью в состав тренажеров включаются устройства анализа и формирования показателей психофизиологической напряженности в процессе тренировки. Сопоставлением текущих значений этих параметров с нормативными оценивается состояние космонавтов и уровень их тренированности. По мере становления профессионализма, показатели психофизиологической напряженности космонавтов приближаются к значениям, соответствующим состоянию покоя.

В последнее время для оценки эмоционального состояния космонавтов стали использоваться спектральные характеристики их речи [26], что существенно упростило аппаратурную часть космических тренажеров.

На основе оценок эмоционального состояния космонавтов при тренировках осуществляется прогноз их работоспособности в полете, факторы которого могут существенно повлиять на способности решать поставленные задачи с необходимым качеством.

Изложенный подход в оценке профессионализма космонавтов, основанный на учете всей совокупности параметров управляемого процесса, включая количественные показатели психофизиологической напряженности, несущие существенную информацию об их тренированности, получил название интегрального [23].

Предъявление космонавту в процессе тренировки дозированных объемов информации, соответствующих объективным успехам обучения, сокращает время усвоения полного алгоритма процедуры управления ПКА.

Управление объемом предъявляемой на тренажере космонавту информации осуществляется автоматически или вручную инструктором с пульта контроля и управления (ПКУ).

Кроме того, параметры условий и ситуаций тренировочных упражнений изменяются в наиболее вероятном диапазоне (по отношению к реальным условиям) с целью формирования гибких и пластических навыков, которые могут быть использованы в прогнозируемых ситуациях реального полета.

В ряде случаев операции с быстротечными процессами воспроизводятся на начальных этапах обучения в замедленном темпе (нереальном масштабе времени). Если же процесс управления носит процедурный характер с большими временными интервалами между управляющими воздействиями с целью оптимизации процесса обучения по времени, темп тренировочного упражнения ускоряется.

Непреложным требованием к тренировочному процессу космонавтов является его систематичность с последовательным возрастанием сложности, что вытекает из основных дидактических принципов педагогики [92]. С этих позиций аппаратурная часть космического тренажера и, в частности, ПКУ должны обеспечивать решение следующих задач:

• организацию тренировочного процесса по гибкой программе; программное нарастание сложности тренировочных упражнений;

• формирование подсказок обучаемому космонавту;

• изменение временного масштаба тренировочного упражнения (ускорение или замедление);

• варьирование параметров, условий и ситуаций тренировочного упражнения;

• автоматизированный ввод аварийных ситуаций;

• корректировку программы тренировки;

• автоматизированное обучение по принципу «делай как я».

Повышение эффективности обучения и тренировки, оцениваемой фактором времени и показателями профессионализма, осуществляется на основе закономерностей становления навыков.

В соответствии с этими педагогическими принципами эффективность обучения существенно возрастает с предъявлением обучаемому и инструктору информации о тенденции развивающихся навыков (прежде всего о характере допускаемых ошибок). С этой целью в космических тренажерах реализуется постоянная гибкая обратная связь с космонавтом (внутренняя обратная связь) и инструктором (внешняя обратная связь), что позволяет эффективно управлять обучением как со стороны тренируемого, так и инструктора.

Контроль обучения со стороны инструктора позволяет: адаптировать программу тренировок с индивидуальными особенностями обучаемого; оперативно информировать обучаемого о характере ошибок и способах их устранения; формировать интегральные оценки уровня профессионализма обучаемого.

Вместе с тем инструкторскому контролю присущи такие над остатки, как субъективность подхода к организации тренировки и построению методик обучения; трудность фиксации ошибок и оценок уровня профессионализма обучаемого; трудность выявления ошибок и причин их возникновения; субъективизм оценки действий обучаемого, обусловленный уровнем мастерства инструктора; отсутствие достоверных документальных данных для завершения тренировочного процесса или его корректировки.

Учитывая эти обстоятельства, современные космические тренажеры включают системы контроля и управления тренировками (СКУТ). Структурная схема такой системы представлена на рис. 10.

Рис. 10. Система контроля и управления тренировками

СКУТ обеспечивает визуальный и инструментальный контроль за действиями обучаемых. Инструментальный контроль обеспечивают устройства контроля параметров тренировок, анализа психофизиологической напряженности, записи и воспроизведения тренировок, а также пульт контроля и управления (ПКУ).

Через ПКУ осуществляются все управляющие воздействия инструктора, для реализации которых используются: приборы-повторители, аналогичные установленным на РМК; приборы отображения информации об управляемых параметрах и действиях обучаемых; дублирующие органы управления ПКА; органы управления тренировочным процессом (ввод начальных условий, отказов, нештатных ситуаций и т. д.); средства радиосвязи с обучаемыми и обслуживающим персоналом.

Инструктор с ПКУ осуществляет:

• управление ходом тренировки;

• визуальный контроль за действиями обучаемых;

• контроль исполнения обучаемыми логических команд управления и проверки работы систем;

• контроль и оценку действий обучаемых по управлению бортовыми системами ПКА;

• контроль и оценку выполнения обучаемыми динамических операций управления ПКА;

• наблюдение воспроизводимой на тренажере визуальной обстановки;

• воспроизведение тренировки или ее фрагментов на средствах отображения;

• выявление причин ошибочных действий обучаемых;

• ввод нештатных или аварийных ситуаций.

Инструментальный контроль дает обширную и достоверную информацию для объективной оценки качества выполненного космонавтом тренировочного упражнения с учетом его психофизиологических затрат. Он позволяет оперативно информировать обучаемого и инструктора об ошибках, а также осуществлять последующий количественный анализ допущенных ошибок и выявлять причины их возникновения.

Воспроизведение информации, записанной в процессе тренировки, позволяет инструктору при разборе проанализировать работу космонавтов, указать им на ошибки, отметить достижения и оригинальные действия в нестандартных ситуациях, продемонстрировать показательные тренировки или их фрагменты и определить в конечном итоге перспективность экипажа.

Таким образом, СКУТ позволяет полностью реализовать возможности космического тренажера как учебно-тренировочного средства с целью оптимизации учебного процесса или даже существенного упрощения его структуры.

Учебный центр управления полётом

Самые сложные экзамены — зачетные тренировки на тренажерах. Они подводят итог подготовки экипажей к конкретному космическому полету. Такие экзамены аналогов ни в одном учебном заведении не имеют. В чем их особенность?

Если для одноместных космических кораблей экзамен сдавал один космонавт — командир корабля, то в настоящее время — весь экипаж. Для приема экзаменов создается Госкомиссия из ведущих специалистов Центра подготовки космонавтов и предприятий промышленности.

Ритуал экзаменов сопровождается «вытягиванием» экипажем конверта с билетами. Комиссия вскрывает конверты с вопросами только тогда, когда экипаж занимает свои места в кабине космического корабля-тренажера и закрывает люки. Таким образом исключается всякая подсказка экипажу даже членом комиссии.

Подготовка закончена. Полученные знания проверяются на собеседованиях, зачётах, экзаменах...

Поскольку моделирование процессов космического полета на тренажере происходит в реальном масштабе времени, то экипаж строго ограничен по времени принятия решений. Так, возникновение нештатной ситуации требует оперативного выяснения ее причин и выхода из нее, причем, невыход из нештатной ситуации, как правило, приводит к «гибели» экипажа, «срыву» отдельных динамических операций или полета в целом. Очевидно, что при неправильном ответе на такой вопрос экипаж получает неудовлетворительную оценку, а зачетную тренировку дальше проводить нецелесообразно. Поэтому отработке нештатных ситуаций на тренажере отводится ведущая роль.

К специфике экзаменационной процедуры на тренажерах относится большая длительность и интенсивность зачетных тренировок. На комплексных тренажерах транспортного корабля «Союз», орбитальной станции «Салют» длительность тренировок достигает 10 ч. Зачетная тренировка на специализированном тренажере стыковки длится 2 ч, но за это время экипаж должен выполнить три режима сближения, причаливания и стыковки при различных, наиболее сложных условиях полета.

Авторитетная Государственная комиссия создает у экипажа высокий эмоциональный фон, который усложняет работу в психологическом плане и приближает зачетную тренировку к реальному полету. За пультами тренажеров, которые в ходе зачетной тренировки играют роль Центра управления полетом, сидит вся комиссия. Члены комиссии со всей тщательностью следят за действиями экипажа по приборам— повторителям пульта кабины корабля и другим регистрирующим и контролирующим средствам. В отличие от обычной тренировки, на зачетной все замечания экипажу высказываются только после ее окончания. На разборе тренировки каждый член комиссии может задать вопрос по работе экипажа, выяснить, почему экипаж принял то или иное решение. Однако заданию вопросов предшествует доклад экипажа. Командир экипажа докладывает об имевших место ситуациях и обосновывает принятые экипажем решения. После доклада и ответов на вопросы комиссия принимает решение о соответствующей оценке и председатель комиссии оглашает ее экипажу.

Рассмотрим кратко тренировку на специализированном тренажере сближения транспортного корабля «Союз» с орбитальной станцией «Салют». Режим ручного управления сближением, причаливанием и стыковкой связан с отказом измерения параметров относительного движения, либо отказом бортового цифрового вычислительного комплекса. Поскольку отказ может произойти в любой момент времени, то относительная дальность и скорость сближения в начале режима для экипажа являются случайными. Для управления транспортным кораблем (ТК) применяются две ручки управления: левая — ручка управления движением ТК по трем связанным осям; правая — ручка управления ориентацией ТК относительно связанных осей. Для визуального наблюдения станции имеется специализированный визир космонавта и внешняя телевизионная камера. Главная задача экипажа — определить взаимное положение станции и корабля в зависимости от скорости их движения и на основании этих данных управлять взаимным положением таким образом, чтобы в момент касания стыковочный узел транспортного корабля («штырь») находился в необходимой области стыковочного узла («конуса») орбитальной станции. При этом относительная скорость и относительное угловое положение стыковочных узлов также ограничены. Задача командира — оценить характерные размеры станции в средствах наблюдения и управлять движением корабля, задача бортинженера — на основании характерных размеров станции, сообщаемых командиром, определить дальность и скорость относительного сближения, по соответствующим таблицам и графикам в бортовой документации оценить безопасность сближения.

На условия управления накладывается ряд ограничений. Например, на малых дальностях изображение станции должно быть все время в поле зрения приборов визуального наблюдения, скорость сближения не должна превышать определенной величины для предотвращения недопустимого столкновения и обеспечения безопасности экипажа. Одним из важнейших факторов является светотеневая обстановка. При определенном положении Солнца, станции и транспортного корабля ухудшается видимость стыковочной мишени, по которой экипаж с высокой точностью определяет несоосность стыковочных узлов. В тени стыковка не выполняется и поэтому задача командира обеспечить «зависание», т. е. такой режим, когда между станцией и кораблем все время сохраняется постоянное расстояние, контролируемое экипажем по маркерным огням на станции. При выходе из «тени» необходимо быстро и точно, с малыми расходами рабочего тела выполнить причаливание и стыковку. Наиболее сложным является режим при нестабилизированной, т. е. вращающейся станции в условиях дефицита времени. Именно на таких сложных задачах и проверяется уровень профессионального мастерства экипажа. Положительные оценки выставляются экипажу только при успешном выполнении стыковки. Однако для получения отличной оценки необходимо еще и не иметь замечаний, свидетельствующих о неуверенных навыках принятия решений при управлении транспортным кораблем.

Зачетная тренировка на комплексном тренажере транспортного корабля необходима для проверки знаний, умений и навыков экипажа при сложной, совмещенной деятельности, т. е. такой, при которой последовательно и параллельно во времени каждый член экипажа выполняет разнообразную по характеру и сложности работу. На комплексном тренажере транспортного корабля космонавты совершают практически весь «полет», включая предстартовую проверку, участки старта, выведения, маневрирования на орбите, сближения и стыковки, спуск и приземление. Сюда же входит и проверка правильности работы автоматики, и работа с системами жизнеобеспечения, и ведение переговоров, и управление движением корабля и т. п.

Зачетные тренировки на комплексном тренажере орбитальной станции «Салют» предназначены для проверки знаний и навыков работы экипажей в течение типовых суток полета. На этом тренажере проходят подготовку как раздельно, так и совместно экипажи основных длительных экспедиций и экипажи посещения.

При выполнении космических полетов ни одни сутки полета не похожи на другие. Однако они все же имеют общие, типовые операции. К ним следует отнести выполнение динамических режимов по ориентации комплекса и коррекции орбиты, обслуживание и эксплуатацию систем жизнеобеспечения, проведение медико-биологических исследований, научно-технических экспериментов, ведение телерепортажей и др. Из таких типовых, наиболее сложных и ответственных операций, требующих тесного взаимодействия членов экипажа между собой, и состоят типовые сутки полета. Необходимость подготовки по типовым суткам обусловлена большой длительностью полета. При кратковременных полетах и теоретически, и практически можно отработать весь полет на Земле.

При полетах длительностью в несколько месяцев отработать все сутки полета на тренажере практически невозможно. Поэтому специалистами Центра подготовки космонавтов была разработана методика подготовки по типовым суткам, позволяющая сократить срок подготовки без ущерба для ее качества.

Типовые сутки имеют условные наименования: «Расконсервация», «Медицинские эксперименты», «Совместная деятельность» и т. д. Сутки «Расконсервация» соответствуют условным суткам перехода экипажа после стыковки из транспортного корабля «Союз» в орбитальную станцию «Салют» и ее расконсервацию. Сутки «Совместная деятельность» соответствуют совместной работе двух экипажей в составе 5—6 человек на орбитальном комплексе.

Выполнение этих операций на космических тренажерах с отличными оценками — залог успешного выполнения программы предстоящего космического полета.