ГЛАВА IV Имитация космического полета

Тренажеры для космонавтов

В наземных условиях нельзя всесторонне и полностью имитировать условия космического полета, поэтому в период подготовки к полету космонавтам необходимо пройти обучение и тренировку на целом ряде специальных устройств, называемых тренажерами. По принципу крепления, то есть в зависимости от того, закреплены ли они неподвижно или могут перемещаться, тренажеры делятся на статические и динамические. Кроме того, по своему назначению их можно разбить на три группы. К первой группе относятся тренажеры, которые предназначены для того, чтобы ознакомить космонавтов с работой основных систем космического корабля; ко второй — тренажеры, знакомящие космонавта с задачами, которые ему предстоит выполнять, и помогающие ему получить соответствующий опыт в их выполнении, и, наконец, третья группа — это имитаторы полета, на которых экипаж корабля тренируется в выполнении всего комплекса заданий, рассчитанных на данный полет.

Рис. 46. Имитатор кабины космического корабля, перемещающийся относительно звезд и линии земного горизонта, изображение которых проецируется на сферическом экране, чтобы создать космонавту ощущение полета в космическом пространстве

Тренажеры первой группы — это статические устройства, практически представляющие собой не что иное, как искусно сделанные учебные пособия, необходимые для того, чтобы космонавты отчетливо представляли себе все системы космического корабля. Такие тренажеры особенно эффективны в обучении космонавтов работе с электрической и топливной системами, а также с системами жизнеобеспечения, управления и навигации космического корабля.

Тренажеры второй группы — это либо статические, либо динамические устройства, которые могут быть сравнительно простыми или очень сложными в зависимости от характера работы, для которой они предназначены. Типичным статическим тренажером такого типа является макет, снимок которого помещен на рис. 46. На нем космонавт тренируется в ручном управлении космическим кораблем. Динамические тренажеры второй группы — устройства более сложные. На них отрабатывается, например, техника стыковки с другим космическим кораблем. Такой тренажер использовали во время подготовки полетов по программе «Джеминай», затем переконструировали для обучения космонавтов по программе «Аполлон». Он представляет собой макет космического корабля, парящий на воздушной подушке и имеющий четыре степени свободы. Положение его в пространстве изменяется с помощью реактивных двигателей, включаемых пилотом. Космический летательный аппарат, с которым предстоит стыковка, имеет две степени свободы, его перемещениями в пространстве управляет счетно-решающее устройство в соответствии с сигналами управления и перемещением космического корабля. Тренажер находится в темном помещении, где яркие лампы освещают только космический летательный аппарат, с которым предстоит стыковка, как это будет в космическом пространстве. Относительные перемещения космического корабля и космического летательного аппарата, с которым предстоит стыковка, контролируют счетно-решающие устройства.

Тренажеры, относящиеся к третьей группе, являются статическими устройствами. Такой тренажер для программы «Аполлон» показан рис. 47. Подобные устройства есть как в Хьюстонском научно-исследовательском центре разработки пилотируемых космических кораблей, так и в центре космических исследований на мысе Кеннеди.

В окружении приборов и проекторов виден макет командного отсека корабля «Аполлон», внутренняя часть которого точно дублирует внутреннее устройство настоящего корабля. Команда космонавтов тренируется в выполнении связанных с полетом заданий в имитированной космической обстановке. Генерируются шумы, которые будут при запуске корабля. Кинопроекторы и система зеркал воссоздают виды Земли, Луны и картину звездного неба и их изменения по мере того, как корабль движется по своей гипотетической траектории. Приборы на панели управления дают космонавтам необходимую информацию. Показания приборов регулируются счетно-решающим устройством, которое сравнивает их с заданными и вносит в эти показания соответствующие изменения. С помощью этого счетно-решающего устройства инструктор может имитировать возникновение аварийных ситуаций, чтобы определить, как подготовлены к этому космонавты и правильные ли решения они будут принимать, стараясь ликвидировать аварийную обстановку.

Рис. 47. Установка, имитирующая все фазы космического полета. В окружении приборов и проекторов виден макет командного отсека корабля «Аполлон»

Такой тренажер необходим для обучения не только космонавтов, но и операторов наземного центра управления полетом. Во время обучения космонавтов на этом тренажере операторы, под контролем которых находятся различные пульты управления и которые должны руководить полетами, также тренируются в выполнении своих сложных задач.

Новые оборудование и техника часто требуют разработки специальных тренажеров. Так произошло с ручной маневровой установкой (портативный ручной ракетный двигатель), которая предназначена для передвижения космонавтов, находящихся за пределами космического корабля в открытом космосе. Чтобы создать близкую к реальным условиям картину движений космонавта при использовании такого устройства, специально был разработан очень сложный динамический тренажер. Он состоит из шара диаметром 6 м, на поверхность которого проецируют вид звездного неба или Земли (без подробностей рельефа). Космонавт с макетом ручной маневровой установки находится на подвижном стенде, помещенном в центре этой сферы. Стенд позволяет космонавту поворачиваться в ответ на включение маневровой установки. С помощью этого тренажера разрабатывается техника передвижения с маневровой установкой подобного типа и проводится соответствующая тренировка космонавтов.

Особенно сложные имитаторы используются для освоения работ в гравитационном поле Луны, которое составляет только 1/6 часть земного притяжения. Это и устройства, дающие космонавту ощущение парения над поверхностью Луны в лунной кабине, и наклонная дорожка — тредбан, на которой космонавт учится передвигаться в условиях пониженной гравитации.

Прежде чем прилуниться, пилот парит в лунной кабине над выбранным местом посадки, маневрируя, чтобы лучше разглядеть, нет ли каких-либо препятствий к прилунению. Воспроизвести этот маневр и окончательную посадку в условиях земной гравитации очень трудно. Однако это можно сделать с помощью специально сконструированного летательного аппарата, изображенного на рис.36, который является частью комплекса для исследования проблем прилунения в Научно-исследовательском центре Лэнгли в Темптоне, штат Виргиния.

Этот тренажер имеет 76 м в высоту и 122 м в длину. Небольшой летательный аппарат подвешен на тросах, создающих вертикальную подъемную силу, которая составляет 5/6 веса аппарата. Снизу тросы прикреплены к подъемнику, управляемому с помощью сервомеханизмов и находящемуся прямо под мостовой фермой (между нею и кабиной аппарата). Этот подъемник в свою очередь управляется динамометрическими датчиками в каждой опорной стойке. Подвешенный и сбалансированный таким образом аппарат может перемещаться вперед-назад на 122 м, в сторону на 15 м и вверх-вниз на 55 м. Его приводят в движение небольшие реактивные двигатели, аналогичные тем, которые имеются в лунном модуле. Одна из модификаций этого аппарата, позволяющего осуществлять «свободный полет», показана на помещенном выше снимке. Он весит 1812 кг. В центральной части аппарата на карданном подвесе установлен реактивный двигатель с тягой 1900 кг, которая всегда направлена вверх и снимает 5/6 веса аппарата. Кроме того, имеются два ракетных двигателя с регулируемой тягой до 226 кг, а также четыре связки из четырех небольших реактивных двигателей системы управления, разнесенных на 90° вокруг центра тяжести аппарата и обеспечивающих управление его положением и движением в горизонтальной плоскости. Пилот сидит в открытой кабине, находящейся справа.

Рис. 48. Летательный аппарат, с помощью которого космонавты тренируются в посадке на поверхность Луны. Он ведет себя так, словно его вес составляет 1/6 действительного веса. Правильное положение аппарата в воздухе обеспечивается 16 реактивными двигателями

В последующих (более поздних) вариантах этого аппарата космонавт будет находиться в кабине, полностью соответствующей реальной кабине лунного модуля. Перед началом работы с этим тренажером космонавты в течение трех недель учатся летать на обычных вертолетах и проводят 15 час в статическом тренажере, подробно изучая все системы аппарата.

Рис. 49. Ходьба по лунной поверхности – трудная задача для космонавта, весящего на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Подготовить к такой ходьбе помогает стенд лунной гравитации Научно-исследовательского центра Лэнгли, на котором космонавт, подвешенный с помощью системы строп, передвигается по наклонной плоскости, в то время как давление на его подошвы составляет 1/6 обычного

На поверхности Луны космонавт столкнется с трудностями передвижения в условиях гравитации 1/6 g. Наклонный тредбан, показанный выше, находится под некоторым углом к вертикали. Космонавт подвешен на стропах, которые спускаются с подъемного крана и снимают 5/6 его веса. Благодаря такому устройству давление на подошвы ботинок космонавта составляет лишь 1/6 того давления, которое он обычно ощущает. На этом тредбане космонавт может свободно ходить, бегать и прыгать, что в условиях гравитации 1/6 g гораздо труднее, чем это можно себе представить.

Тот же принцип лежит в основе тренажера, изображенного на снимке, приведенном на рис. 50. Установленная в карданном подвесе рама с привязной системой подвешена к подъемному крану таким образом, чтобы снимать 5/6 нормального веса космонавта, позволяя ему относительно легко передвигаться в ограниченной зоне. Такой тренажер дает возможность космонавту отрабатывать наилучшие способы выполнения многих заданий в условиях пониженной гравитации. Так, космонавт учится вылезать из лунного кратера, склоны которого усыпаны камнями — осколка ми горных пород. Этот имитатор в сочетании с моделью лунного грунта в Хьюстонском центре особенно полезен для тренировок в ходьбе по лунной поверхности в скафандрах.

Рис. 50. Специальная подвесная система, которая обеспечивает космонавту три степени свободы и снимает 5/6 его веса, позволяя тренироваться в ходьбе по имитированному лунному грунту

В заключение можно сказать, что космонавт на протяжении месяцев тренировок, предшествующих космическому полету, использует много имитаторов и тренажеров различных типов, с помощью которых он знакомится с условиями космического полета. После окончания каждого полета достоинства и недостатки каждого устройства рассматривают в свете опыта, полученного космонавтами в полете. Одни, не оправдавшие себя имитаторы и тренажеры идут, как говорится, на слом, другие совершенствуются, а вместе с ними совершенствуется и весь процесс разработки имитаторов и тренажеров космического полета для обучения космонавтов.

Далее…