При выведении на орбиту и при спуске на Землю на космический корабль воздействуют перегрузки. В условиях земной гравитации для моделирования перегрузок, возникающих при осуществлении космического полета, используется метод полунатурного моделирования линейных ускорений на центрифугах с подвижной кабиной. Подвижная кабина может иметь различное число степеней свободы. Движение кабины может быть управляемым посредством исполнительных органов или неуправляемым под воздействием сил инерции на смещенный центр тяжести.
Основным фактором орбитального полета для космонавта является состояние невесомости, которая вызывает существенные изменения в работе сердечно-сосудистой и вестибулярной систем человека. Сенсорные и вегетативные расстройства, возникающие в первые часы и дни пребывания человека на орбите, получили название «спутниковая болезнь» или «космическая болезнь движения». Для центрифуги с трехстепенным управляемым кардановым подвесом разработан метод моделирования «физиологической невесомости», заключающийся в расстройстве вестибулярной системы космонавта путем управления движением центрифуги и угловыми движениями ее кабины по специальному закону и одновременного перераспределения жидкостей в организме космонавта за счет создания избыточного давления скафандра на нижнюю половину тела.
1. Назначение центрифуг ЦФ-7 и ЦФ-18
На центрифугах ЦФ-18 и ЦФ-7 решаются следующие задачи:
– обеспечение отбора и подготовки космонавтов в составе групп и экипажей в условиях воздействия перегрузок;
– обеспечение экспертизы кандидатов в космонавты и космонавтов в условиях воздействия перегрузки на центрифугах;
– обеспечение тренировок космонавтов по ручному управлению спускаемого аппарата (СА) на этапе спуска с орбиты при воздействии перегрузки;
– исследования с целью обоснования и разработки тактико-технических требований и технико-экономических показателей на создание и совершенствование специализированных динамических тренажеров на базе центрифуг для подготовки космонавтов, программ и методик испытаний этих тренажеров, а также способов и методов их безопасной эксплуатации;
– испытания динамических тренажеров на базе центрифуг и их отдельных систем;
– испытания космического и авиационного оборудования на прочность и работоспособность в условиях воздействия перегрузки.
2. Технические характеристики центрифуги ЦФ-7
– радиус вращения ..........................................................7 м;
– максимальная перегрузка.......................................... 20 единиц;
– максимальный градиент перегрузки ........................7 ед./c;
– максимальная угловая скорость ..............................50,7 об/мин;
– мощность привода:
– номинальная .................................820 кВт;
– пусковая .........................................1280 кВт.
Кабина одноместная, имеет свободный подвес. Посадка в кабину осуществляется через боковой люк. Перед лицом испытуемого установлены дуга с лампочками и видеокамера. Во время эксперимента имеется возможность проверить остроту зрения и время реакции испытуемого.
Так же в кабине установлен ИнПУ пульта "Нептун-МЭ"
На фото ниже центрифуга ЦФ-7 ↓
Технические характеристики центрифуги ЦФ-18
– максимальная создаваемая перегрузка ...........................30 единиц;
– максимальный градиент возрастания перегрузки ..........5 ед./сек;
– максимальная угловая скорость........................................ 38,6 об./мин;
– длина плеча ............................................................................18 метров;
– вращающаяся масса центрифуги....................................... 305 тонн;
– количество степеней свободы кабины.............................. 3 степени;
– полезная масса в кабине ................................................до 350 кг
– диапазон создаваемых в кабине давлений..................... 40–800 мм.рт.ст.;
– диапазон создаваемых в кабине температур................. +5…+55 °С;
– газовый состав кабины (кислород, азот, углекислый газ в любом соотношении).
Для обеспечения управления оборудованием центрифуги, наблюдения за испытуемым, регистрации технических и физиологических параметров в состав центрифуги включены:
– пульты управления центрифугой, пульт врача;
– оборудование программного управления;
– телевизионная система;
– система связи;
– система дистанционного управления;
– телеметрическая система;
– система единого времени;
– система отображения и регистрации технических и физиологических измерений;
– система управления вакуумированием и созданием гигиенических параметров.
Двухместная кабина закреплена в кардановом подвесе, имеет 3 степени свободы. Благодаря такой подвеске вектор перегрузки может быть ориентирован в любом направлении. Испытуемый загружается в кабину через выдвижной помост. На испытуемого накладывают медицинские датчики и усаживают в кресло, которое установлено на специальном лафете. Перед лицом испытателя установлена видеокамера и микрофон, что позволяет доктору постоянно наблюдать за ним во время эксперимента и вести двухстороннюю связь. Возможно вращение сразу двух испытуемых.
На центрифуге ЦФ-18 имеется возможность самостоятельного управления величиной и темпом нарастания (убывания) перегрузки испытателем из кабины в заданных интервалах.
Технические возможности центрифуги ЦФ-18 позволяют в земных условиях осуществить короткий «космический полет» по следующей циклограмме:
– выведение космического корабля «Союз» на орбиту искусственного спутника Земли с полным или сниженным по величине и/или времени воздействием перегрузки (перегрузка до 4 ед., время воздействия до 540 сек);
– выполнение короткого (до 60 минут) орбитального полета, во время которого можно проверить возможности организма по адаптации к невесомости;
– спуск космического корабля «Союз» с орбиты искусственного спутника Земли с полным или сниженным по величине и/или времени воздействием перегрузки (до момента раскрытия парашюта, перегрузка до 6,5 ед., время воздействия – 420 сек).
Тренажер ручного управляемого спуска ТК «Союз-ТМА» на базе центрифуги ЦФ-18 (ТС-18) ↓
Тренажер ТС-18 предназначен для подготовки экипажей космических кораблей к ручному управлению спуском, отработки нештатных ситуаций и обучения операторской деятельности в условиях моделирования реальных факторов космического полета.
Тренажер обеспечивает привитие профессиональных навыков космонавтам по ручному управлению СА на участке спуска в атмосфере и позволяет производить объективную оценку правильности действий оператора и оценку точности управления СА по величине перегрузки и конечному промаху.
Функциональная эксплуатация тренажёра ручного управляемого спуска предусмотрена в двух вариантах: динамическом и статическом. В обоих вариантах рабочее место космонавта (оператора) содержит пульт космонавта «Нептун-МЭ», устройство сопряжения с рабочим местом космонавта (оператора) и ручку управления спуском (РУС).
В статическом варианте рабочее место космонавта (оператора) организовано рядом с рабочим местом инструктора и комплектуется специальным креслом.
В статическом режиме работы тренажера ТС-18 космонавт отрабатывает навыки управления спускаемым аппаратом во время его посадки. Управляющие сигналы, поступающие от РУС, обрабатываются математическим комплексом тренажера и передаются в систему инструкторского контроля, а также выводятся на экран пульта космонавта в виде движения индекса по определенной кривой.
В динамическом режиме работы сигналы, поступающие от органа управления спуском, обрабатываются вычислительным комплексом тренажера, передаются на экран пульта космонавта и в систему инструкторского контроля, а также поступают в систему управления центрифуги в виде параметров перегрузки, угловых скоростей и ускорений, на основе которых центрифуга воспроизводит траекторную перегрузку, полученную при моделировании движения спускаемого аппарата в соответствии с сигналами, поступающими от РУС. Это позволяет космонавту, находящемуся в кабине центрифуги, в интерактивном режиме выполнить «посадку» на тренажере и испытать перегрузки, адекватные действующим на этапе посадки космического корабля на землю.
Экипажи, прошедшие полный курс тренировок на этом уникальном тренажере, высоко оценивают результаты его использования в процессе профессиональной подготовки космонавтов и отмечают максимальную приближенность условий тренировки к реальному полету.
Статодинамический тренажер ручного управляемого спуска РУС ТС-18 предназначен для подготовки космонавтов к управлению спускаемым аппаратом на этапе спуска при воздействии перегрузки.
Космонавт Павел Виноградов проходит тренировку на специализированном тренажёре ТС-18.
Источники:
1 ЦПК им.Гагарина
2 Журнал Пилотируемые Полеты номер 3 2012 г.
