Виртуальное прототипирование системы визуализации спускаемого лунного модуля для улучшения пространственной и ситуационной осведомленности космонавтов при посадке на лунную поверхность

Виртуальное прототипирование системы визуализации спускаемого лунного модуля для улучшения пространственной и ситуационной осведомленности космонавтов при посадке на лунную поверхность

Михайлюк Михаил Васильевич
д.ф.-м.н., профессор, Федеральное государственное учреждение «Федеральный научный центр Научно-исследовательский институт системных исследований Российской академии наук» (ФГУ «ФНЦ Научно-исследовательский институт системных исследований РАН»), заведующий отделом, 117218, Москва, Нахимовский пр., д. 36, к. 1, тел.: +7(499)129-28-30, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0002-7793-080X

Крючков Борис Иванович
д.т.н., ФГБУ «Научно-исследовательский испытательный центр подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина» (ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»), г.н.с., 141160, Московская область, Звездный городок, тел.: +7(495)526-34-37, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Усов Виталий Михайлович
д.м.н., профессор, ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», г.н.с., 141160, Московская область, Звездный городок, тел.: +7(910)459-48-02, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра., ORCID: 0000-0001-9759-3444, ResearcherID: S-5730-2017, Scopus Author ID: 7006372645


Материал поступил в редакцию 16 июня 2021 года.

Аннотация

Актуальность. Переход к пилотируемым полетам после запусков автоматических станций серии «Луна-Глоб» потребует изучения вопросов безопасности лунных миссий для экипажа. В первую очередь, потребуется уточнение роли и возможностей космонавтов при посадке спускаемого лунного модуля в усложненных условиях. Предмет исследования составляют средства моделирования и визуализации наблюдаемого оператором хода выполнения полетной операции. Область изучения составляют вопросы обеспечения безопасности автоматической посадки спускаемого лунного модуля с возможностью перехода в ручной режим управления после принятия человеком решения об изменении места посадки лунного модуля. Обеспечение пространственной и ситуационной осведомленности рассматривается в этом контексте, как обязательное условие для своевременного реагирования оператора на возникновение нестандартной ситуации. Цель. Целью исследования явилось виртуальное протипирование этапа посадки на Луну для изучения особенностей информационного обеспечения космонавтов при усложнении условий визуального контроля. Методология. Анализ способов поддержания пространственно-ситуационной осведомленности для своевременной оценки оператором пригодности прогнозируемой площадки в районе посадки является ключевым условием для принятия решения о переходе от автоматического режима в режим ручного управления. При этом качество подготовки и принятия решения в сжатые временные сроки существенно зависит от принятых способов визуализации посадки на поверхность Луны. Результаты и их анализ. Сформулированы направления применения средств моделирования и визуализации для виртуального прототипирования этапа посадки спускаемого лунного модуля. Показано, что принятие человеком решения в условиях дефицита времени и возможных визуальных помех при контроле внешней среды требует специальных средств информационной поддержки. Вопросы организации визуальной среды в соответствии с информационными потребностями человека изучены с учетом прототипов в классах пилотируемых и беспилотных аппаратов вертикального взлета и посадки, для которых описаны аналогичные виды операторской деятельности. Это позволило сформулировать базовые подходы к моделированию посадки аппаратов в условиях нарушения видимости. С учетом возросших требований рассмотрены перспективные подходы на основе синтеза 2D и 3D-визуальных динамических сцен, а также прецеденты применения систем синтетического видения в описанных условиях. Область применения полученных результатов не ограничивается задачами проектирования сложных систем человек-техника, а может иметь приложения в области построения компьютерных тренажеров для подготовки космонавтов. Такое исполнение выгодно отличается от вариантов тренировок человека на полунатурных моделях и на реальных аппаратах вертолетного типа в отношении безопасности и гибкости модификации. Заключение. Использование виртуального протипирования этапа посадки на Луну позволяет расширить поиск вариантов улучшения пространственно-ситуационной осведомленности космонавта. Общий вывод в контексте достижения поставленной цели заключается в целесообразности применения методов имитационного моделирования для построения виртуального окружения, воссоздающего условия принятия решения космонавтом в нештатной ситуации при посадке лунного модуля, как одной из наиболее критичных для безопасности лунной миссии полетных операций.

Ключевые слова
Освоение Луны, спускаемый лунный модуль, моделирование и визуализация посадки, виртуальная среда деятельности, беспилотные и пилотируемые аппараты вертикального взлета и посадки, пространственная и ситуационная осведомленность, системы синтетического видения.

DOI
https://doi.org/10.31776/RTCJ.9308

Индекс УДК 
629.78+533.6.01+519.6+004.414.32+62-50+629.7.051.83

Библиографическое описание
Михайлюк М.В. Виртуальное прототипирование системы визуализации спускаемого лунного модуля для улучшения пространственной и ситуационной осведомленности космонавтов при посадке на лунную поверхность / М.В. Михайлюк, Б.И. Крючков, В.М. Усов // Робототехника и техническая кибернетика. – Т. 9. - №3. – Санкт-Петербург : ЦНИИ РТК. – 2021. – С. 225-233. – Текст : непосредственный.

Литература

  1. Система виртуального окружения VirSim для имитационно-тренажерных комплексов подготовки космонавтов / М.В. Михайлюк, А.В. Мальцев, П.Ю. Тимохин [и др.] // Пилотируемые полеты в космос. — 2020. — № 4(37). — С. 72–95. – DOI: 10.34131/MSF.20.4.72-95. — Текст: непосредственный.

  2. Тимохин П.Ю. Моделирование видимого движения Земли вдоль участков суточной трассы МКС в космических видеотренажерах / П.Ю. Тимохин // Труды НИИСИ РАН. – 2019. – Т. 9. – № 6. – С. 111–117. — Текст: непосредственный.

  3. The Artemis Lunar Exploration Program Overview // https://www.nasa.gov : [сайт]. — URL: https://www.nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/artemis_plan-20200921.pdf (accessed: 08.07.2021). — Text: electronic.

  4. Avionics Human-Machine Interfaces and Interactions for Manned and Unmanned Aircraft / YixiangLim, Gardi Alessandro, Sabatini Roberto [et al] // Progress in Aerospace Sciences. — 2018. — № Vol. 02. — С. 1-46. – DOI: 10.1016/j.paerosci.2018.05.002 (accessed: 08.07.2021). — Text: electronic.

  5. Визильтер Ю.В. Проблемы технического зрения в современных авиационных системах / Ю.В. Визильтер, С.Ю. Желтов // Техническое зрение в системах управления мобильными объектами – 2010: Труды научно-технической конференции-семинара. – М.: КДУ, 2011. – Вып. 4. – С. 11–44. –Текст: непосредственный.

  6. Bailey Randall E. The Use of Enhanced Vision Systems for See-and-Avoid During Surface Operations / Randall E. Bailey // AIAA Infotech @ Aerospace. – 2016 – DOI: 10.2514/6.2016-2045 (accessed: 08.07.2021). — Text: electronic.

  7. Maltsev A.V. Visualization and virtual environment technologies in the tasks of cosmonaut training / A.V. Maltsev, M.V. Mikhaylyuk // Scientific Visualization, 2020. – Vol. 12. – № 3. – pp. 16–25. – DOI: 10.26583/sv.12.3.02 (accessed: 08.07.2021). — Text: electronic.

  8. Mashkov V.G. About safety during landing aircraft of the helicopter type on unprepared ground / V.G. Mashkov, V.A. Malyshev // Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. – 2019. – №12(6). – pp.724-732. – DOI: 10.17516/1999-494X-0172. – Text: unmediated.

  9. Автоматизация посадки беспилотного вертолета на необорудованную площадку / Н.В. Ким, В.П. Носков, И.В. Рубцов, В.А. Аникин // Известия Южного федерального университета. Технические науки, 2020. – №1. – С.17-25. – DOI: 10.18522/2311-3103-2020-1-17-25. – Текст: непосредственный.

  10. Simulation assessment of synthetic vision concepts for UAV operations / L.C. Gloria, H.D. Mark, A.R. Heath [et al] // Enhanced and Synthetic Vision: Proceedings, 2006. – vol. 6226. – DOI: 10.1117/12.665633 (accessed: 08.07.2021). — Text: electronic.

Адрес редакции:  Россия, 194064, Санкт-Петербург, Тихорецкий пр., 21   Тел.: +7(812) 552-13-25 e-mail: zheleznyakov@rtc.ru 
fb1    vk1