Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.07.10, кандидат наук Онуфриенко Юрий Иванович

• Онуфриенко Юрий Иванович
• кандидат наук
• 2017

Оглавление диссертации кандидат наук Онуфриенко Юрий Иванович

1.6 Постановка задачи исследований

Выводы по разделу

Раздел 2 Разработка теоретических основ решения задач информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям

2.1 Разработка методики формирования классификатора нештатных ситуаций на основе использования текстологического метода извлечения знаний

2.2 Разработка логической модели предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях

2.3 Разработка математической модели информационного обеспечения процесса подготовки экипажа ПКА к действиям в нештатных ситуациях

Выводы по разделу

Раздел 3 Разработка методики информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям .. 76 3.1 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части разработки ПКА, его составных частей и элементов

космонавтов по нештатным ситуациям

14

нештатных ситуаций

1.2 Структурный базис нештатной ситуации

14

мационное обеспечение пилотируемых космических полетов и п( смонавтов по нештатным ситуациям в части оперативного обеспе1

сности в процессе космического полета

мационное обеспечение пилотируемых космических полетов и по смонавтов по нештатным ситуациям в части анализа результат

ых космических полетов

этка классификатора базы данных по нештатным ситуациям в соо

задачами обеспечения безопасности космических полетов

делу

Заключение

Обозначения и сокращения

Словарь терминов

Публикации автора по теме диссертации

Библиографический список использованной литературы

Приложение А Классификатор нештатных ситуаций космических полетов

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям»

Введение

Диссертационная работа посвящена вопросам внедрения современных информационных технологий в информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям и создания интегрированных систем обеспечения безопасности космических полетов.

Современная концепция развития пилотируемых космических аппаратов, как в нашей стране, так и за рубежом, предусматривает создание и развертывание на околоземной орбите орбитальных космических станций (орбитальных пилотируемых комплексов - ОПК) с развитой инфраструктурой, рассчитанных на длительный период эксплуатации и, тем самым, значительно расширяющих потенциал научных исследований и использования космоса в интересах социально-экономического развития стран мира. Средством доставки экипажей на орбитальные космические станции являются транспортные пилотируемые корабли «Союз».

Орбитальная пилотируемая космонавтика к настоящему времени прошла большой путь от первых орбитальных модулей до существующей в настоящее время Международной космической станции. Программа Международной космической станции открывает новую эру освоения космического пространства человеком. В отличие от всех предшествующих ей программ: «Меркури», «Джемини», «Аполлон», «Скайлэб», «Спейс Шаттл», «Восток», «Восход», «Союз», «Салют» и «Мир», - программа Международной космической станции открывает перед всеми Международными участниками возможности непрерывного проведения объединенных и продолжительных операций в космосе на одной космической платформе, которая состоит из сегментов, спроектированных, построенных и управляемых международной группой, использующей принципы распределения управления полетом МКС.

Опыт полетов ОПК показывает, что основными задачами экипажей ОПК являются:

1. Выполнение полетных операций по эксплуатации бортовых систем с целью обеспечения задач полета ОПК и поддержания работоспособности бортовых систем в штатных режимах полета и нештатных ситуациях.

2. Выполнение программы научных экспериментов.

3. Решение прикладных задач.

За время существования орбитального комплекса (ОК) «Мир» в процессе выполнения полетов 28 основных экспедиций количество зарегистрированных

нештатных ситуаций составило 4077, в среднем по 157 НшС за экспедицию. За время выполнения полетов 40 основных экспедиций на борту Международной космической станции количество зарегистрированных нештатных ситуаций составило 12242 ситуаций, в среднем по 306 НшС за экспедицию. Исследованию процесса возникновения и развития нештатных ситуаций в процессе выполнения космического полета посвящен ряд научных работ, выполненных в последние годы [3],[4],[71],[75],[90]. Исследования, проведенные в данных работах, показывают, что для обеспечения высокой эффективности и безопасности космических полетов необходим ретроспективный учет, систематизация и анализ нештатных ситуаций, произошедших на борту пилотируемого космического аппарата (ПКА). Это позволит организациям космической отрасли решать следующие задачи:

1) Разработка перспективных ПКА, их составных частей и элементов с учетом предшествующего опыта космических полетов (ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королева», ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», ОАО «НПП «Звезда» имени академика Г.И. Северина» и т.д. под управлением Роскосмоса).

2) Совершенствование технологии подготовки космонавтов и персонала управления космического комплекса к действиям в нештатных ситуациях (ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королева», КЦД-НАСА).

3) Совершенствование технологических процессов управления космическими полетами при возникновении нештатных ситуаций (ЦУП-Москвы, ЦУП-Хьюстона, ЦУП-Хантсвила, ЦУП-Кёльна, ЦУП-Цукуба).

4) Анализ результатов выполненных космических полетов и разработка предложений по их совершенствованию (ПАО «РКК «Энергия» им. С.П. Королева», ФГУП «ГКНПЦ им.М.В.Хруничева», ОАО «НПП «Звезда» имени академика Г.И. Северина», ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»).

Проанализировав процесс обеспечения пилотируемых космических полетов и процесс подготовки экипажей ОПК на базе различных космических агентств, можно сделать вывод, что персональные ЭВМ широко используются для целей планирования и обеспечения полетов, хранения информации по полетам, также для планирования и проведения подготовки экипажей. Однако разработок автоматизированных информационно-поисковых систем для учета, систематизации, анализа и использования нештатных ситуаций, произошедших в процессе выполнения космических полетов ни в одной из перечисленных ранее организаций до настоящего времени не проводилось.

К примеру, для формирования комплексных тренировок по рутинным операциям в НАСА создана система формирования тренировок STDB (simulation training database). Для формирования тренировки на комплексных тренажерах инструктор экипажа (STL - station training leader) в STDB, которая размещена на сервере НАСА, определяет дату тренировки и создает тренировку. Для тренировки берется определенный типовой план на основе OSTP (onboard station plan) с небольшим количеством операций, после чего каждый инструктор по конкретной системе через систему Script Smart заносит 2-3 нештатных ситуации в STDB с их полным описанием. Таким образом, подготовка по отработке повседневных полетных операций проводится на основании действий экипажа по выходу из НшС. После этого STL формирует окончательное содержание тренировки и раздает его всему составу бригады. Но для данных тренировок используется набор из нескольких типовых нештатных ситуаций, в то время как систематизации, учета, анализа всего перечня нештатных ситуаций, произошедших на борту МКС нет.

В процессе полетов ПКА экипажи используют 3D моделирование для выполнения полетных операций, выполнения ВКД, ремонтно-восстановительных работ, эксплуатации научной аппаратуры (НА). Однако автоматизированные системы для выхода из нештатных ситуаций на борту в настоящее время отсутствуют.

Таким образом, исходя из следующих причин:

- необходимости учета всех нештатных (аварийных) ситуаций, возникавших в полетах ПКА, при решении следующих задач: разработка перспективных ПКА, его составных частей и элементов; подготовка космонавтов и персонала космического комплекса к действиям в нештатных ситуациях; оперативное обеспечение безопасности в процессе космического полета; анализ результатов выполненных космических полетов;

- использования большого объема информации при систематизации, учете, анализе нештатных ситуаций по ОК «Мир», МКС (с последующим наращиванием орбитальных комплексов количество информации будет увеличиваться);

- отсутствием до настоящего времени автоматизированных информационно-поисковых систем обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям,

с целью повышения безопасности полетов ОПК гражданского и военного назначения необходимо решение актуальной научной задачи: разработка методиче-

ских основ создания интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

Объектом исследования является информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

Предметом исследования являются методики, модели и средства автоматизации информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

Цель работы: Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям, путем сокращения временных затрат на принятие решений в процессе возникновения нештатных ситуаций на борту ПКА и в процессе проведения подготовки космонавтов, повышения безопасности пилотируемых космических полетов за счет качества подготовленности экипажей к действиям в нештатных ситуациях при учете всего перечня возможных НшС, обеспечения информационной поддержки при разработке перспективных пилотируемых комплексов.

Предложенные на основе проведенных в работе исследований методики и модели информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям предполагают разработку интегрированной автоматизированной системы с использованием базы данных по нештатным ситуациям пилотируемых космических полетов.

Для достижения поставленной цели работы в диссертации поставлена и решена следующая совокупность задач:

1) Исследование концептуальной и логической модели предметной области организационной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях.

2) Разработка математической модели информационного обеспечения технологического процесса подготовки экипажей ПКА к действиям в нештатных ситуациях.

3) Структурирование данных по нештатным ситуациям пилотируемых космических полетов в соответствии с требованиями СУБД (разработка классификатора данных - языка описания и манипулирования данными).

4) Разработка методики информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям на основе анализа ин-

формационных технологий.

5) Разработка рациональной структуры интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

Методы исследования: при решении поставленной в диссертационной работе задачи использовался анализ накопленного опыта, а также применялись следующие методы: логико-аналитический метод, вероятностно-статистические методы обработки данных, теории четких множеств, методы системного анализа, текстологический метод извлечения знаний, методы математического моделирования, методы оценки эффективности сложных систем, метод экспертных оценок, методы формализации процессов.

Решение актуальной научной задачи разработки методических основ создания интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям находится в области создания новых методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям на основе теоретико-множественного описания составляющих данного процесса, совместного применения теории множеств, исследования операций, булевых функций, многокритериальной оптимизации.

Достоверность результатов подтверждается использованием для исследований известных апробированных теорий и методов, созданием по результатам исследований автоматизированной информационно-поисковой системы по нештатным ситуациям космических полетов, в базе данных которой находятся все нештатные ситуации по полетам 28 экспедиций на ОК «Мир» и 50 экспедиций на МКС, успешным использованием данной автоматизированной системы в процессе подготовки экипажей МКС и в процессе анализа полетов экипажей ОК «Мир» и МКС, использованием при исследованиях реальных статистических данных, широким обсуждением способов исследования и результатов со специалистами по подготовке НИИЦПК, РКК «Энергия», ГКНПЦ им. М.В. Хруничева, Роскос-моса, НАСА, ЕКА и JACSA.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что в результате проведенного исследования впервые разработаны методические основы создания интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям:

- концептуальная и логическая модели предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в НшС;

- математическая модель информационного обеспечения технологического процесса подготовки экипажей ПКА к действиям в НшС;

- методика формирования классификатора нештатных ситуаций космических полетов;

- методика информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям;

- классификатор нештатных ситуаций космических полетов;

- тактико-технические требования к базе данных по НшС;

- методика оценки эффективности использования автоматизированной системы по НшС.

Автором лично получены следующие новые результаты: теоретического характера: логическая модели предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях, математическая модель процесса информационного обеспечения подготовки экипажей ПКА по НшС, методика формирования классификатора нештатных ситуаций космических полетов, методика информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям, тактико-технические требования к базе данных интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов по нештатным ситуациям;

прикладного характера: классификатор базы данных нештатных ситуаций космических полетов, структура и интерфейс интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по НшС, информационная технология использования базы данных интегрированной автоматизированной системы по НшС.

Практическая значимость диссертационной работы состоит в том, что разработанная интегрированная автоматизированная система, относящаяся к классу автоматизированных информационно-поисковых систем (АИПС), обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям на основе классификатора НшС позволяет учитывать в процессе управления полетами ПКА и в процессе проведения подготовки космонавтов к полету полное множество известных нештатных ситуации.

Положения выносимые на защиту:

1) Логическая модель предметной области организационной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях.

2) Математическая модель информационного обеспечения технологического процесса подготовки экипажей ПКА к действиям в нештатных ситуациях.

3) Методика формирования классификатора нештатных ситуаций космических полетов.

4) Методика информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

5) Классификатор нештатных ситуаций космических полетов и тактико-технические требования к базе данных интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

Реализация.

Результаты работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ и опытно-конструкторских работ по заказу ФГУП ЦНИИмаш шифры: «Канока», «МКС-Надежность-Наука», в ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», шифры: «Экипаж-4», «Экипаж-5», «Рецепт-8», «Процеду-ра-3». Они также использовались при разработке программно-методического обеспечения для подготовки экипажей МКС: «Положение по организации и проведению комплексной подготовки экипажей к выполнению программы полета на борту Российского сегмента Международной космической стации», «Методика организации и проведения комплексной подготовки экипажей МКС на тренажерах и стендах», «Типовая программа подготовки экипажей МКС на комплексных тренажерах и стендах». Результаты работы нашли непосредственное применение при проведении подготовки экипажей МКС13 - МКС46/47 на комплексных тренажерах МКС на базе ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина», на базе Космического Центра им. Джонсона, Хьюстон, НАСА и на базе Европейского Центра Астронавтов, Кёльн, ЕКА. По результатам проведенных исследований в ФГБУ «НИИЦПК имени Ю.А. Гагарина» созданы и используются: «База данных по НшС» и «База данных «Структура и содержание полетной деятельности экипажей РС МКС».

Автор исследований выполнил 2 длительных космических полета на орбитальных комплексах «Мир» и МКС, затем руководил организацией и проведением подготовки экипажей МКС в качестве начальника управления Центра подготовки космонавтов. За создание технологии многосегментной подготовки к полетам экипажей Международной космической станции автор (в кооперации) удо-

стоен премии Правительства Российской Федерации имени Ю.А. Гагарина в области космической деятельности 2016 года.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались:

- на Всероссийской конференции по проблемам боевого стресса, г. Москва, 2008 г.;

- на XXXVI-XXXVII научных чтениях, посвящённых памяти Ю.А. Гагарина, г. Гагарин, 2009-2010 гг.;

- VIII Международной научно-практической конференции Звездный городок, 2009 г.;

- IAA conference "Human Space Exploration-2016", Korolyov, Russia, 2016 г.;

- на рабочих встречах Международной рабочей группы по интеграции подготовки экипажей МКС по основным системам (CSCTWG) в период 20042016 гг.;

- на рабочих встречах Международного рабочего комитета по управлению подготовкой экипажей МКС (ITCB) в период 2007-2016 гг.

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 19 научных трудов, в полной мере освящающих основные результаты диссертационного исследования. Из них 4 работы опубликованы в рецензируемых научных изданиях, входящих в перечень ВАК.

Автором получено свидетельство о государственной регистрации «Базы данных «Структура и содержание полетной деятельности экипажей РС МКС».

Полученные на основе исследований методические основы создания интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям относятся к перечню критических технологий (Раздел 3. Науки о жизни, пункт 3.1.2. дефис 4 «Технологии разработки систем информационного обеспечения, методов и средств повышения эффективности процессов отбора и подготовки космонавтов, их деятельности на борту пилотируемых космических средств» [69]), разрабатываемых в целях выполнения плана мероприятий по научно-технологическому развитию и технологической модернизации экономики Российской Федерации (утверждены Указом Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. №899.

В соответствии с решением поставленных задач работа структурно состоит из 4-х разделов и 1-го приложения. Работа содержит 207 страниц, 29 рисунков, 6 таблиц и 101 источник использованной литературы. По итогам исследований

сформирован порядок использования автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям и классификатор нештатных ситуаций космических полетов.

Первый раздел работы посвящен анализу предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях, постановке задачи исследований.

Во втором разделе разработаны теоретические основы решения задач информационного обеспечения пилотируемых космических полетов: методика формирования классификатора НшС, логическая модель предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях, математическая модель информационного обеспечения технологического процесса подготовки экипажа ПКА по НшС.

В третьем разделе разработаны методика информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям и классификатор нештатных ситуаций в соответствии с задачами обеспечения безопасности космических полетов.

В четвертом разделе предложен порядок использования интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям, дана оценка эффективности использования системы.

В заключении даны основные выводы, оценены перспективы использования результатов работы.

Раздел 1 Комплексный анализ предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных

ситуациях

1.1 Пространственно-временная модель процесса появления и развития нештатных ситуаций

История полетов пилотируемых космических аппаратов в России и за рубежом в настоящее время насчитывает более 55 лет. За время данных полетов накоплен огромный опыт эксплуатации транспортных пилотируемых кораблей и орбитальных пилотируемых комплексов различных типов. В общем, полет экипажа на борту ПКА можно описать как систему взаимодействующих между собой составляющих (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1 - Система взаимодействия экипажа ПКА Опыт полетов показывает, что эксплуатация бортовых систем ПКА может проводиться в штатных и нештатных режимах полета [21],[29-30],[35-48],[81],[86-87]. Нештатная ситуация - состояние космического комплекса, его составных частей и привлекаемых технических средств, не предусмотренное программой их штатного функционирования.

В ряде работ были проведены исследования процесса появления и развития нештатных ситуаций [3],[71],[75],[89-91]. Пространственно-временная модель процесса появления и развития нештатных ситуаций включает в себя: (Мгшс} -

область штатных состояний системы, а через {Мгншс} - область ее нештатных состояний (рисунок 1.2). При штатном функционировании системы, когда управляющие воздействия (управления) П<л> = [и1, и2, ... , иг] принадлежат области {Ми} допустимых управлений, а внешние возмущения ц<м> = [£, ... , - области {Мц} допустимых возмущений, ее состояния описывают траекторию 2<р>^) = [21(1), 2(), ... , 2()], которая всегда находится в области {М2шс}. При некоторых управляющих воздействиях и £{ми} или воздействиях ц £{мн} внешних

возмущений траектория процесса 2<р>^) может отклониться от штатной и устремиться в сторону границы области {М2шс}. Момент 1ншс1 пересечения границы области {М2ншс} представляет собой момент появления НшС, а состояния, лежащие на траектории процесса 2<р>^) на границе области {Мгншс}, полностью описывают содержание НшС. Основные характеристики этой части процесса могут быть использованы для прогнозирования НшС.

В результате управляющих воздействий ивых1<п> = [ивыхи, ивыхи, ... , ивых1,п] на систему в процессе реализации алгоритма Пвых1 выхода из НшС траектория 2<р>^) процесса может снова вернуться в область {М2шс} и достигнуть точки Вц<р> = [Ьц1, Ьц2, ... , Ьцр], характеризующей штатную целевую функцию системы. Время от момента tншс1 до момента tвых1 повторного пересечения границы области {М2шс} представляет собой время твых выхода из НшС.

При отсутствии управляющего воздействия ивых1<п> траектория процесса может достигнуть области {М2АС} аварийных состояний системы. Момент tАС1 пересечения границы этой области представляет собой момент возникновения аварийной ситуации (АС). При наличии общей границы областей {М2шс} и {М2АС} переход в аварийное состояние 2АС<р> = [гАС1, 2АС2, ... , 2АСр] наблюдается сразу же при пересечении границы области {М2шс} штатных состояний системы.

Как в области м)х и м?а., ) безаварийных НшС, так и в областях {М2АС} аварийных ситуаций имеются поглощающие области типа {Мгп}, выход из которых невозможен.

Время, исчисляемое от момента tншс1 появления НшС до момента tn1 пересечения границы области {М2П1}, есть ни что иное, как резерв времени тр. Выход из АС возможен, если после попадания в область {М2АС,} до истечения резерва времени за счет приложения управляющего воздействия и'вых1<у> удается избежать попадания в область {Мгп} и обеспечить последующий выход из области {М2лС}. Алгоритм П'вых1, позволяющий решить эту задачу, представляет собой алгоритм

выхода из АС. При этом возвращение из области аварийных состояний в область штатных состояний системы может осуществляться как с заходом в область штатных состояний, так и без захода в нее.

Рисунок 2 - Пространственно-временная модель процесса появления и развития нештатных ситуаций

Траектория процесса, лежащая в области {Мгншс} нештатных состояний и характеризующаяся отсутствием вероятности попадания в область {МгАС}, относится к категории неопасных ситуаций (усложнение условий полета). Если же траектория процесса, лежащая в области {М2ншс} нештатных состояний системы, характеризуется наличием вероятности попадания в область {МгАС}, то она относится к категории опасных ситуаций. В тех случаях, когда траектория процесса попадает в поглощающую область типа {Мп}, лежащую внутри области {М2ас} аварийных ситуаций, то она категорируется как катастрофическая ситуация.

В процессе космического полета состояния системы могут описывать различные траектории, завершающиеся в разных точках пространства состояний:

- траекторию штатного полета (типа 2<р>(1)), характеризующуюся отсутствием НшС в процессе его осуществления и завершающуюся в целевой точке внутри области штатных состояний;

- траекторию успешного полета (типа 2\<р>(1)), характеризующуюся возникновением в процессе его осуществления устранимых (неустранимых) безаварийных НшС и (или) устранимых аварийных ситуаций и завершающуюся либо в целевой точке внутри области штатных состояний, либо в поглощающей области безаварийных НшС;

- траекторию аварийного полета (типа 21<р>(ф, характеризующуюся возникновением в процессе его осуществления неустранимой аварийной ситуации и завершающуюся спасением либо корабля с экипажем, либо только экипажа.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Онуфриенко Юрий Иванович, 2017 год

- источник НшС;

- категория НшС;

- неблагоприятные факторы НшС;

- значимость НшС;

- последствия НшС;

- влияние НшС на программу полета;

- способ выхода из НшС;

- потребное время на выход из НшС;

- затраты ресурсов на выход из НшС;

- способ предотвращения появления НшС в будущем.

Таблица 3.1 - Сценарий диалога пользователя с базой данных по нештатным ситуациям при разработке проектной, эксплуатационной и бортовой

документации

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: тип ПКА

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: название разрабатываемого ПКА

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Нет

Укажите состав выдаваемых данных по НшС (меню) Указывает данные по НшС для выдачи на экран: номер НшС, название НшС, признаки появления НшС, режим полета (полетная операция), причина появления НшС, источник НшС, категория НшС, неблагоприятные факторы НшС, значимость НшС, последствия НшС, влияние НшС на программу полета, способ выхода из НшС, потребное время на выход из НшС, затраты ресурсов на выход из НшС, способ предотвращения появления НшС в будущем

Перечень НшС для ПКА типа ... с указанием следующих данных: номер НшС, название НшС, признаки появления НшС, режим полета (полетная операция), причина появления НшС, источник НшС, категория НшС, неблагоприятные факторы НшС, значимость НшС, последствия НшС, влияние НшС на программу полета, способ выхода из НшС, потребное время на выход из НшС, затраты ресурсов на выход из НшС, способ предотвращения появления НшС в будущем

Будете делать распечатку? (да, нет) Да

На печать выводится "Перечень НшС для ПКА типа ..."

Работа закончена? (да, нет) Да

будет осуществляться по одному признаку.

Время реакции БД на запрос не должно превышать 3 секунд в диалоговом режиме.

БД должна обеспечивать возможность выдачи требуемых данных (по выбору пользователя) на монитор или в виде твердых копий.

Порядок ведения базы данных существенной роли не играет. Важно, чтобы она была заполнена до начала работы с ней.

3.2 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части подготовки космонавтов и персонала космического комплекса к действиям в нештатных

ситуациях

Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части подготовки космонавтов и персонала космического комплекса к действиям в нештатных ситуациях включает в себя решение следующих задач:

- формирование состава нештатных ситуаций для подготовки космонавтов;

- определение порядка отработки нештатных ситуаций в процессе подготовки космонавтов;

- планирование программы подготовки космонавтов на тренажерах;

- разработка циклограммы тренировки, формирование программы ввода НшС на предстоящую тренировку и разработки вариантов изменения хода (циклограммы) тренировки;

- формирование нормативных требований к деятельности экипажа в НшС;

- формирование и ввод НшС в процессе тренировки, выдачи инструктору в процессе тренировки справочной информации о вводимых в тренажер НшС;

- обеспечение тренировочного процесса данными о нештатных ситуациях, включая обнаружение и распознавание ошибок экипажа, отказов тренажера в процессе тренировки и осведомление о них инструктора.

Информационная технология решения задачи (рисунок 3.1) [2], [21-27].

Для формирования состава {А} НшС для подготовки используется бортовая документация и БД НшС. Так же, как и в предыдущем случае, для каждой НшС А{ по специальной методике определяется уровень ее важности, что в свою очередь

позволяет установить зависящее от уровня важности нормативное число п(А) повторений НшС при обучении.

Дополнительно к этому для каждой НшС А1 по специальной методике определяется уровень с(А) ее сложности и на этой основе устанавливается

порядок |А ^ А} отработки НшС при подготовке. Из общего множества {А}

НшС, отобранных для подготовки, выделяются НшС А^ е ^^теор , не требующие практической отработки на тренажерах (они могут быть изучены теоретически). Из состава оставшихся НшС выделяются ситуации А щ, не влияющие на

программу полета, и ситуации А вц, оказывающие влияние на нее.

Режимы полета, входящие во множество {РП1}, делятся на штатные {ряяй } и резервные {РЯЛ.}, для чего также используется программа Ця полета.

Далее путем анализа режимов {Рт (^ А])} полета, инициирующих НшС А, нештатных ситуаций А е ^вц, влияющих на программу полета, и инициируемых ими режимов {Рж (А полета формируются тройки: {Рт (^ А), А], Рж (А .

Из сформированного состава {РП1} режимов полета выделяются те из них Рт е РТЕОР, которые не требуют практической отработки на тренажерах. Делается это по критерию отнесения режимов Рт полета к теоретически изучаемым РТЕОР. На этой операции фактически завершается подготовка исходных данных для планирования программы подготовки космонавтов на тренажерах.

Планирование подготовки начинается с формирования перечня {Уш,-} упражнений по отработке штатных режимов полета. При этом за основу берется программа Цп полета и состав {РЯЯЙ} ее штатных режимов. Каждое упражнение УШ1 формируется с учетом: ограничения, накладываемого на длительность тренировки; длительности и порядка {Рт < Рщ} следования

режимов в программе полета; частичного наложения циклограмм тренировок в предыдущем и последующем упражнениях. В случае повторения полетных операций одного и того же назначения в последовательно выполняемых

упражнениях принимается во внимание установленный порядок {ог -< О}} отработки указанных операций при подготовке.

Н М Е к {л:} ¡А"}

Добавить е спорный Еари ант программы

тренировок пт

уп ражен и о, содержащее эту полетную операции

О: и недо&ирающую до

норматиЕнсго числа повторений нештатную

ситуацию Л.

Изъять и а опорного Еарианта программы

тренировок ПТ0

упранение, содержащее эту полетную операции

О: и превышающую нормативное число повгс рений нештатпуи

ситуацию А.

Произвести перерасчет

числапсЕгсрений п[Л; 1

н ештатн ых ситуаций и полетных операций

1 е опорном варианте программы тренировок ПТ0

Проверить, является ли данная операция последней иг числа рассматри Еаемых

Перейти к следующей операции

I

Рисунок 3.1 - Информационная технология подготовки космонавтов на тренажерах (окончание)

Далее производится формирование перечня {уЛ} упражнений по отработке резервных режимов полета и НшС Лг еПвц, влияющих на программу полета. Здесь за основу берется программа Цп полета и состав тех штатных режимов полета, в процессе которых возможно появление НшС Лг е &вц. Кроме факторов,

учитывавшихся при формировании перечня упражнений по отработке штатных режимов полета, при формировании каждого упражнения принимаются во

внимание тройки {Рт (^ Л}), Л}, Рпк (Л} , связывающие между собой штатные

режимы полета, НшС, влияющие на программу полета, и резервные режимы полета. Так же, как и в предыдущем случае, при повторении полетных операций одного и того же назначения в последовательно выполняемых упражнениях принимается во внимание установленный порядок отработки этих операций при подготовке.

С помощью специальной методики, используя уровни с{О1) и с(Лг)

сложности полетных операций и НшС соответственно, определяется уровень сложности с(уг) упражнений для экипажа, который позволяет установить

порядок {у ^ у}} отработки упражнений при подготовке по принципу

возрастания их сложности.

Следующий этап планирования заключается в определении объема тренировок. С этой целью сначала вычисляется необходимое число тренировок по выражению

п

Е М). пО)

КТРН =1 - , (3.1)

Ттр

где т(о ) - длительность 1-й полетной операции;

п(ог) - нормативное число повторений 1-й полетной операции; тТР - длительность тренировки;

п - общее число отрабатываемых на тренировках полетных операций.

Затем определяется число Кгрв тренировок, которое возможно реализовать за располагаемое на подготовку время гп. Для этого используется выражение:

т

ктр.в = ' fтРi , (3.2)

I=1

где - рациональная частота тренировок на ¡-м этапе подготовки; тш - длительность ¡-го этапа подготовки; т - число этапов подготовки.

При этом принимается во внимание условие

т

Тп =ЕтП1. (3.3)

I=1

На основании полученных данных выясняется, соответствуют ли располагаемые возможности по числу Кгрв тренировок предъявляемым требованиям по объему К„ н подготовки на тренажерах. Если Ктрв > Ктрн, то утверждается объем тренировок = Ктрн. В противном случае производится уменьшение необходимого числа К^н тренировок за счет учета опыта подготовки и космических полетов у экипажа. При этом учитывается зависимость нормативного числа п(ог) повторений полетных операций при обучении от величины перерыва после предыдущей подготовки (предыдущего полета). По ней, исходя из величины перерыва, определяются значения п(ог) и по выражению

(3.1) вычисляется уточненное необходимое число К'трн тренировок. Из программы тренировок могут быть также изъяты отработанные экипажем на предыдущем этапе подготовки режимы полета и НшС.

После проведенного уточнения снова выясняется, достаточно ли располагаемых возможностей по числу Кгрв тренировок для удовлетворения сниженных требований по объему Кт подготовки на тренажерах.

Если К^в > КТРН, то утверждается объем тренировок Иг = КТРН. В противном случае производится увеличение возможного числа Кгрв тренировок за счет повышения частоты их повторения. При этом учитывается то обстоятельство, что рациональная частота тренировок /ГЛ. допускает небольшие изменения между своими верхней /В и нижней /Н границами без существенной потери эффективности процесса подготовки. Исходя из этого, вычисляется новое значение возможного числа тренировок

т

КТР.В = 2 ^Лг' ' /ТРг . (3.4)

1=1

Полученное значение К'ТРВ используется для выяснения факта: достаточно ли увеличенных возможностей по числу К'ТРВ тренировок для удовлетворения сниженных требований по объему К'ТРН подготовки на тренажерах. Если К'ТРВ > К'ТРН, то утверждается объем тренировок Ит = К'ТРН. В противном случае остается единственная возможность: исходить из располагаемых возможностей, т. е. утвердить объем тренировок Иг = КТРВ.

После утверждения объема тренировок Уг необходимо выяснить, превышает ли он количество Уу упражнений в перечне {у }, включающем упражнения {уш } по отработке штатных режимов полета и упражнения {уд} по отработке резервных режимов полета и НшС, влияющих на программу полета. Если Уг > Уу, то производится формирование опорного варианта программы

тренировок Лго. При этом за основу берется перечень {у} упражнений и порядок {у ^ У}} их отработки при подготовке космонавтов. В противном случае возникает необходимость в уменьшении числа Уу упражнений. С этой целью сначала по специальной методике производится определение уровня в(у) важности упражнений при обучении, для чего используются значения уровней {в(о )} и {в(А)} важности входящих в них полетных операций и НшС

соответственно. Затем число Ыу упражнений уменьшается до величины утвержденного объема Ит тренировок за счет изъятия упражнений наименьшей важности. Основная часть упражнений, за исключением изъятых, используется в конечном итоге для формирования опорного варианта программы тренировок Пто.

На следующем этапе производится распределение НшС Лг еПщ, не влияющих на программу полета, по упражнениям {у}, вошедшим в опорный вариант программы тренировок. При этом учитываются следующие факторы:

- состав НшС Л е Пщ, не влияющих на программу полета;

- порядок {Лг < Л} отработки НшС при подготовке;

- принадлежность НшС Лг к полетным операциям О;

- рациональная частота Д отработки НшС на различных этапах подготовки (при становлении и поддержании навыков);

- зависимость рационального числа п^Р НшС, отрабатываемых в процессе одной тренировки, от номера тренировки ¡тр.

После выполнения этой операции необходимо выявить в опорном варианте программы тренировок Пго нештатные ситуации {Л~}, не добирающие до нормативного числа п(Лг) повторений, а также НшС {Лг+}, число повторений которых в опорной программе тренировок превышает число п( Лг). Вслед за этим проверяется, соответствует ли число п(О1) повторений ¡-й полетной операции в опорном варианте программы тренировок нормативному числу п(о) ее повторений. Если имеет место п(О1 п(о), то выясняется, превышает ли число п(о) повторений данной полетной операции в опорном варианте программы тренировок их нормативное число п(о). Если это подтверждается, то из опорного варианта программы тренировок изымается упражнение, содержащее эту полетную операцию О и превышающую нормативное число повторений нештатную ситуацию Лг+. В противном случае в опорный вариант программы тренировок добавляется упражнение, содержащее эту полетную операцию и не добирающую до нормативного числа повторений нештатную ситуацию Л~. После

этого производится перерасчет числа повторений ~(Лг) и п(О1) НшС и полетных операций соответственно в опорном варианте программы тренировок и делается

возврат к процедуре выявления {А-} и {Аг+}, а также последующим процедурам.

Если при проверке соответствия числа ~(ог ) повторений /-й полетной операции в опорном варианте программы тренировок нормативному числу п(о1 ) ее повторений имеет место п(О1 ) = и(О1), то проверяется, является ли данная полетная операция последней из числа рассматриваемых. При отрицательном результате делается переход к проверке соответствия числа ~(ог ) повторений в опорном варианте программы тренировок нормативному числу п(о1) повторений для следующей по номеру полетной операции. Если же рассматриваемая полетная операция является последней, то полученный в результате итерационных процедур состав {у} упражнений утверждается для программы тренировок.

Следующей задачей является формирование тренировочных циклов упражнений в составе программы тренировок. При этом за основу берутся следующие положения:

- наличие установленного порядка {у ^ у}} отработки упражнений при подготовке;

- необходимость учета преемственности (частичного наложения циклограмм) упражнений;

- соблюдение при организации тренировочных циклов рациональной частоты проведения тренировок для поддержания навыков.

По окончании формирования тренировочных циклов в составе программы тренировок полученный вариант программы тренировок утверждается в качестве основного для подготовки космонавтов на тренажерах.

Сценарий диалога пользователя с базой данных по НшС. С учетом информационной технологии решения данной задачи может быть предложен сценарий диалога пользователя с БД по НшС, представленный в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Сценарий диалога пользователя с базой данных по нештатным ситуациям при планировании подготовки космонавтов на тренажерах

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

Предлагается сформировать перечень упражнений для отработки НшС, влияющих на программу полета, и резервных режимов полета.

Укажите признак НшС для отбора режимов полета (меню) Указывает признак НшС: влияние на программу полета

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: влияет

Будете указывать признаки НшС для отбора режимов Да

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

полета дополнительно? (да, нет)

Укажите признак НшС для отбора режимов полета (меню) Указывает признак НшС: режим полета, инициирующий НшС

Будете указывать признаки НшС для отбора режимов полета дополнительно? (да, нет) Нет

Режимы полета для формирования перечня упражнений для отработки НшС, влияющих на программу полета, и резервных режимов полета (приводятся режимы полета с указанием номеров и названий НшС, которые могут появиться в каждом из упомянутых режимов полета)

Укажите признак НшС для отбора резервных режимов полета (меню) Указывает признак НшС: инициируемый режим полета

Укажите значение признака НшС (меню) Указывает значение признака НшС: резервный режим полета

Будете указывать признаки НшС для отбора резервных режимов полета дополнительно? (да, нет) Нет

Резервные режимы полета для формирования перечня упражнений (приводятся резервные режимы полета с указанием номеров и названий НшС, инициирующих эти режимы)

* * *

Предлагается решить задачу определения порядка отработки упражнений

Определите уровень сложности упражнений.

Укажите номер упражнения (меню) Указывает номер упражнения

В состав упражнения N ... входят следующие НшС: (указываются номера и названия НшС)

Будете определять сложность этих НшС? (да, нет) Да

Сложность НшС в упражнении: (указываются номера, названия и сложности НшС)

(далее следует продолжение решения задачи определения порядка отработки упражнений)

Будете определять сложность этих НшС? (да, нет) Нет

* * *

Предлагается уменьшить количество упражнений.

Определите уровень важности упражнений.

Укажите номер упражнения (меню) Указывает номер упражнения

В состав упражнения N ... входят следующие НшС: (указываются номера и названия НшС)

Будете определять важность этих НшС? (да, нет) Да

Важность НшС в упражнении: (указываются номера, названия и важности НшС)

(далее следует продолжение решения задачи уменьшения количества упражнений)

Будете определять важность этих НшС? Нет

(далее следует продолжение решения задачи уменьшения количества упражнений)

* * *

Предлагается распределить по упражнениям НшС, не влияющие на программу полета

Для формирования состава НшС укажите признак для отбора (меню) Указывает признак НшС: влияние на программу полета

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: не влияет

Будете указывать признаки для отбора НшС дополни- Нет

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

тельно (да, нет)

Перечень НшС, не влияющих на программу полета: (приводится состав НшС с указанием их номеров, названий и принадлежности к полетным операциям)

Будете определять порядок их отработки при подготовке? (да, нет) Да

Порядок отработки при подготовке НшС, не влияющих на программу полета: (приводится состав НшС в порядке их отработки с указанием номеров НшС в БД, их названий и принадлежности к полетным операциям)

(далее следует продолжение решения задачи распределения по упражнениям НшС, не влияющих на программу полета)

* * *

Предлагается проверить соответствие числа повторений НшС в опорной программе тренировок нормативному числу их повторений при подготовке

Для формирования перечня НшС укажите признак для отбора (меню) Указывает признак НшС: принадлежность к средству подготовки

Укажите состав выдаваемых данных по НшС (меню) Указывает данные по НшС для выдачи на экран: номер, название, нормативное число повторений при подготовке, принадлежность к средству подготовки

Нормативное число повторений НшС при подготовке: (приводится перечень НшС с указанием номера, названия, принадлежности к средству подготовки, нормативного числа повторений при подготовке)

(далее следует продолжение решения задачи проверки соответствия числа повторений НшС в опорной программе тренировок нормативному числу их повторений при подготовке)

Требования к базе данных по НшС. Анализ информационной технологии

решения задачи подготовки космонавтов на тренажерах показывает, что в БД должны быть занесены следующие данные по НшС:

- номер НшС;

- название НшС;

- важность (значимость) НшС (в количественной форме или в виде квантификаторов);

- сложность НшС (в количественной форме);

- влияние на программу полета (влияет, не влияет);

- режим полета, инициирующий НшС (название);

- инициируемый режим полета (название);

- принадлежность к средству подготовки (название средства);

- нормативное число повторений НшС при подготовке (в целочисленном выражении);

- принадлежность к полетным операциям (название).

При задании поискового образа могут использоваться как имена, так и

количественные значения. При этом количественные значения могут задаваться в форме: ">" и "<". Поиск может осуществляться как по одному признаку, так и по их совокупности.

Время реакции БД на запрос не должно превышать 3 секунд в диалоговом режиме. Такие же требования по быстродействию предъявляются при решении задач в автоматическом режиме.

БД должна обеспечивать возможность выдачи твердых копий сформированных пользователем данных.

Должна предусматриваться возможность выбора состава выдаваемых на экран данных по НшС.

Порядок ведения базы данных существенной роли не играет. Важно, чтобы она была заполнена до начала работы с ней.

3.3 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части оперативного обеспечения безопасности в процессе космического полета

Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части оперативного обеспечения безопасности в процессе космического полета предполагает решение комплекса задач, включающего в себя:

- прогнозирование появления НшС;

- обнаружение и распознавание НшС по данным телеметрической информации, поступающей с борта ПКА, и осведомление о них персонала ЦУПа;

- идентификация причин возникновения НшС;

- прогнозирование последствий НшС;

- поиск (разработка) способов выхода из НшС;

- оперативное перепланирование программы полета с учетом ограничений, накладываемых НшС.

Информационная технология решения задачи [4], [89], [90] представлена на рисунке 3.2. На вход системы поступает телеметрическая информация о функционировании ПКА. На начальном этапе обработка информации осуществляется моделью обнаружения и распознавания НшС. Модель способна прогнозировать появление НшС с указанием идентификатора этой ситуации и времени ее появле-

ния. Она также определяет, является ли состояние ПКА штатным или нет. В случае обнаружения НшС формируется сообщение об этом и начинает решаться задача распознавания НшС в соответствии с ее информационной моделью.

С п особ е=. хо да и 5 Н шС

Оперативное п ерепл ан и рс еэн и е трО'Граммы полета с учетом ограничений, н акл адыЕаемых Н шС.

Рисунок 3.2 - Информационная технология решения задачи выхода из нештатных

ситуаций (окончание)

Если ситуация распознается, то выдается ее идентификатор и по нему в базе данных ищется способ выхода из создавшейся ситуации, причина ее появления и ожидаемые последствия, которые затем выдаются экипажу или персоналу Центра управления полетами. Если же ситуация не распознается, то формируется сообщение о появлении непредвиденной НшС и решается задача ее классификации на обучающей выборке, в роли которой выступает весь объем предусмотренных НшС.

Следом за этим выделяются критические признаки имеющейся ситуации, т.е. те признаки, которые определяют ее отличие от НшС в обучающей выборке. В процессе классификации определяется степень близости непредвиденной ситуации к образу в обучающей выборке, что служит основой для присвоения ей определенного приоритета по обслуживанию, а также величина отличий критических признаков от признаков образа в обучающей выборке.

Полученная информация предъявляется экипажу или наземному персоналу с целью решения ими задачи идентификации данной ситуации с предлагаемым образом. Система может оказывать помощь экипажу или наземному персоналу, снабжая их правилами поиска дополнительной информации. Если им удается решить задачу идентификации, используя инструментальную и неинструментальную информацию, то поиск способа выхода, причины появления и ожидаемых последствий осуществляется в базе данных. В противном случае делается оценка экипажем или наземным персоналом сложившейся обстановки, в процессе которой устанавливается, имеет место одна НшС или их несколько, взаимосвязаны они или нет, ситуация

является аварийной или безаварийной, срывает она программу полета или нет. В зависимости от этого выбирается тот или иной план действий. Если ситуация является аварийной, то немедленно принимаются меры по ее локализации. Аналогичные действия должны быть предприняты, если НшС срывает программу полета. После этого оценивается дефицит времени, в зависимости от которого выбирается либо короткий путь решения задачи через выявление наиболее вероятной причины НшС, либо длинный - через выдвижение и проверку гипотез обо всех возможных причинах сложившейся ситуации.

Когда это сделано, экипаж или наземный персонал должны определить цели дальнейших действий. При этом должна использоваться информация о текущих целях полета. Система может оказать помощь экипажу или наземному персоналу, руководя их действиями в соответствии с правилами целеполагания в НшС. Далее данные о цели действий вводятся в систему, и она осуществляет выбор модели поиска способа выхода из НшС.

После этого экипаж или наземный персонал должны установить фазу развития НшС и фазу полета, оценить располагаемые ресурсы и ввести эти данные в модель, а также активизировать ее.

Соответствующая модель поиска способов выхода из НшС формирует один или несколько адекватных способов выхода, из которых отбираются допустимые

по системным ограничениям. Они предлагаются экипажу или наземному персоналу. Ими делается оценка резервов времени на выход из НшС. Если имеет место дефицит времени, то далее выбирается короткий путь - через отсев запрещенных способов выхода по данным о текущей ситуации и полетным ограничениям. Если же дефицита времени нет, то делается оценка качества способов выхода по соответствующим критериям и осуществляется их ранжирование. При таком подходе в условиях дефицита времени выбирается приемлемый способ выхода, а в случае наличия достаточного времени - наилучший.

Экипаж или наземный персонал должны принять решение: удовлетворяет ли их предлагаемый способ. Если да, то они реализуют его. В противном случае они должны сами разработать способ выхода, без использования моделей.

В этом случае система может предложить свои средства поддержки принятия решения в диалоговой процедуре, разработанные на основе анализа массива НшС, имевших место в реальных полетах, выявления закономерностей и правил принятия решений в таких случаях.

Выбранный способ выхода вводится в систему в целях прогноза последствий его реализации с учетом правил управления космическим аппаратом и системных ограничений. Для этого есть возможность использовать соответствующие модели. Если способ оказывается неприемлемым, то система блокирует его реализацию. Если он пригоден, то способ предлагается экипажу или наземному персоналу для реализации. В соответствии с этим производится оперативное перепланирование программы полета с учетом ограничений, накладываемых НшС. На этом технологический процесс обработки информации при решении задачи выхода из НшС заканчивается.

Сценарий диалога пользователя с базой данных по НшС. С учетом информационной технологии решения рассматриваемой задачи может быть предложен сценарий диалога пользователя с БД по НшС, приведенный в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Сценарий диалога пользователя с базой данных по нештатным ситуациям при решении задачи выхода из нештатных ситуаций в процессе космического полета

Сообщения ЭВМ

Действия пользователя

Ожидается появление НшС: |^Название|Время появления|

!■■!..............I............................I

Í--Í.............I............................I

!■■!..............I............................I

Принимает к сведению

Обнаружена НшС:

Название ...................

Способ выхода .........

Причина появления. Последствия .........

Реализует способ выхода из появившейся НшС

Возникла непредвиденная НшС при выполнении операции .....................

Она может быть идентифицирована как следующие НшС: |Название|Степень близости|

I................I...................................I

I................I...................................I

I................I...................................I

Справочные данные по НшС:

Название ...................

Критичные параметры:

Решает задачу идентификации возникшей ситуации

Название Значение

Реально Предел

i..................i................. .................|

i..................i................. .................Í

В случае успешного решения задачи идентификации возникшей НшС обращается в БД для получения способа выхода из нее, причины появления НшС, ожидаемых последствий от ее воздействия и ограничений, накладываемых НшС на выполнение программы полета_

НшС №..........

Название ..................

Способ выхода .............

Причина появления...........

Последствия ...

Ограничения, накладываемые НшС на полет.

Реализует способ выхода из идентифицированной НшС. Запускает программу оперативного перепланирования программы полета для учета ограничений, наложенных имевшей место НшС

В случае невозможности идентификации непредвиденной НшС делается оценка сложившейся обстановки и выбирается соответствующий план действий._

Требования к базе данных по НшС. Анализ информационной технологии решения задачи выхода из НшС в процессе космического полета показывает, что в БД должны быть занесены следующие данные по НшС: - режим полета, инициирующий НшС (название);

- признаки появления НшС (упорядоченная совокупность признаков и отношений между ними);

- номер НшС;

- название НшС;

- причина появления НшС;

- последствия воздействия НшС;

- способ выхода из НшС;

- затраты ресурсов на выход из НшС;

- ограничения, накладываемые НшС на полет;

- резерв времени на выход из НшС;

- потребное время на выход из НшС.

3.4 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части анализа результатов

выполненных космических полетов

Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части анализа результатов выполненных космических полетов предполагает решение комплекса задач, включающего в себя:

- анализ опасностей, возникающих в процессе функционирования космического комплекса;

- анализ причин отказов, неисправностей и случаев нахождения параметров систем и оборудования космического комплекса на границах допусков;

- анализ недостатков и замечаний по работе систем и оборудования ПКА, деятельности экипажа и персонала наземного комплекса, содержанию и оформлению эксплуатационно-технической и бортовой документации;

- оценка влияния на безопасность космических полетов использования новых материалов, изменений в конструктивно-компоновочных схемах элементов ПКА и ПКА в целом, а также изменений в технологии изготовления элементов аппаратуры, узлов и агрегатов ПКА;

- анализ способов выхода из нештатных ситуаций и потребных для этого ресурсов;

- оценка безопасности по результатам анализа выполненных космических

полетов;

- определения направлений совершенствования процедур управления полетами, организации деятельности экипажа и персонала наземного комплекса, бортового оборудования ПКА, элементов космического комплекса и средств обеспечения безопасности, конструкторской, технологической, бортовой и эксплуатационной документации, средств, программ и методик подготовки космонавтов и персонала космического комплекса.

Информационная технология решения задачи. При решении данной задачи анализу подлежит множество НшС, имевших место в ходе космических полетов определенного (определенных) ПКА. При этом соответствующие НшС должны быть просмотрены на предмет анализа условий, которые привели к отказам (неисправностям) бортового оборудования ПКА (РН) или средств НКУ, либо вызвали выход значений параметров за пределы допусков.

Для оценки безопасности по результатам анализа выполненных космических полетов используются вероятностные и статистические показатели [71]. В состав вероятностных показателей входят:

- вероятность безопасного полета экипажа ПКА;

- математическое ожидание числа катастроф за период эксплуатации ПКА данного типа;

- вероятность появления аварийной ситуации в космическом полете;

- вероятность появления аварийных ситуаций в космических полетах;

- вероятность выхода из аварийных ситуаций в космическом полете;

- вероятность ликвидации аварийных ситуаций в космическом полете;

- вероятность локализации аварийных ситуаций в космическом полете;

- вероятность спасения экипажа (космонавта) ПКА;

- риск экипажа ПКА.

Статистические показатели включают:

- число катастроф на один полет;

- число аварийных ситуаций на один полет;

- число аварий на один полет;

- число случаев спасения экипажа в одном полете;

- число катастроф на 1000 ч полета;

- число аварийных ситуаций на 1000 ч полета;

- число аварий на 1000 ч полета;

- число случаев спасения экипажа на 1000 ч полета;

- средний налет на одно происшествие;

- число полетов ПКА на одно происшествие;

- средняя частота появления НшС;

- степень аварийности НшС;

- степень предусмотренности НшС;

- вероятность появления НшС по определенной причине;

- вероятность сопровождения аварийной ситуации определенным фактором опасности;

- вероятность появления НшС на определенном этапе полета;

- вероятность обнаружения НшС экипажем (ЦУПом, бортовыми системами) за определенный промежуток времени;

- вероятность принятия решения экипажем (ЦУПом) о выходе из НшС за определенный промежуток времени;

- вероятность реализации принятого экипажем решения о выходе из НшС (бортовой автоматикой, ЦУПом) за определенный промежуток времени;

- вероятность попадания резерва времени в определенный интервал значений;

- коэффициент приспособленности ПКА к выходу из НшС;

- коэффициент выхода из НшС;

- коэффициент выхода из НшС благодаря действиям экипажа;

- коэффициент выхода из НшС благодаря действиям Земли;

- коэффициент выполнения экипажем запланированной программы решения целевых задач без учета выхода из НшС;

- интенсивность ошибок экипажа;

- интенсивность ошибочных действий экипажа при работе с определенной системой;

- вероятность ошибочной деятельности экипажа при выполнении определенной операции;

- вероятность ошибочной деятельности экипажа при реализации определенного способа выхода;

- коэффициент опасности ошибочной деятельности экипажа;

- степень аварийности ошибок экипажа;

- средняя частота появления НшС по системе ...;

- средняя частота ошибочных действий персонала НКУ при управлении работой системы ...;

- средняя частота отказов средств наземного комплекса при управлении работой системы ...;

- средняя частота заболеваний члена экипажа ... в результате неблагоприятного воздействия на него системы ... ;

- вероятность возникновения аварийных ситуаций в системе ... по причине

- вероятность появления числа ... неблагоприятных факторов при возникновении аварийной ситуации;

- вероятность появления неблагоприятного фактора ... при возникновении аварийной ситуации в системе ... .

Сценарий диалога пользователя с базой данных по НшС. С учетом специфики информационной технологии решения рассматриваемой задачи может быть предложен сценарий диалога пользователя с БД по НшС, приведенный в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Сценарий диалога пользователя с базой данных по нештатным ситуациям при анализе причин отказов, неисправностей и случаев нахождения па-

раметров систем и оборудования космического комплекса на границах допусков

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: тип ПКА

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: название ПКА, входящего в состав группы, подлежащей анализу

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Да

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: причина появления НшС

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: отказ (неисправность) бортового оборудования ПКА

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Нет

Укажите состав выдаваемых данных по НшС (меню) Указывает данные по НшС для выдачи на экран: условия появления НшС

Перечень НшС для ПКА типа ... с указанием условий появления НшС, возникших по причине отказа (неисправности) бортового оборудования ПКА

Будете делать распечатку? (да, нет) Да

На печать выводится "Перечень НшС для ПКА типа ..., возникших по причине отказа (неисправности) бортового оборудования ПКА"

Работа закончена? (да, нет) Нет

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: тип ПКА

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: название

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

ПКА, входящего в состав группы, подлежащей анализу

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Да

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: причина появления НшС

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: отказ (неисправность) бортового оборудования РН

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Нет

Укажите состав выдаваемых данных по НшС (меню) Указывает данные по НшС для выдачи на экран: условия появления НшС

Перечень НшС для ПКА типа ... с указанием условий появления НшС, возникших по причине отказа (неисправности) бортового оборудования РН

Будете делать распечатку? (да, нет) Да

На печать выводится "Перечень НшС для ПКА типа ..., возникших по причине отказа (неисправности) бортового оборудования РН"

Работа закончена? (да, нет) Нет

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: тип ПКА

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: название ПКА, входящего в состав группы, подлежащей анализу

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Да

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: причина появления НшС

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: отказ (неисправность) средств НКУ

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Нет

Укажите состав выдаваемых данных по НшС (меню) Указывает данные по НшС для выдачи на экран: условия появления НшС

Перечень НшС для ПКА типа ... с указанием условий появления НшС, возникших по причине отказа (неисправности) средств НКУ

Будете делать распечатку? (да, нет) Да

На печать выводится "Перечень НшС для ПКА типа ..., возникших по причине отказа (неисправности) средств наземного комплекса управления"

Работа закончена? (да, нет) Нет

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: тип ПКА

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: название ПКА, входящего в состав группы, подлежащей анализу

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Да

Укажите признак НшС (меню) Указывает признак НшС: признаки НшС

Укажите значение признака (меню) Указывает значение признака НшС: выход значений параметра за пределы допусков

Будете указывать признаки НшС дополнительно? (да, нет) Нет

Укажите состав выдаваемых данных по НшС (меню) Указывает данные по НшС для выдачи на экран: условия появления НшС

Перечень НшС для ПКА типа ... с указанием условий появления НшС, характеризующихся выходом значений параметров за пределы допусков

Будете делать распечатку? (да, нет) Да

Сообщения ЭВМ Действия пользователя

На печать выводится "Перечень НшС для ПКА типа ..., характеризующихся выходом значений параметров за пределы допусков"

Работа закончена? (да, нет) Нет

Повторяются описанные выше операции вплоть до исчерпания всех ПКА, входящих в группу, подлежащую анализу

Работа закончена? (да, нет) Да

Требования к базе данных по НшС. Рассмотрение информационной технологии решения задачи анализа причин отказов, неисправностей и случаев нахождения параметров систем и оборудования КК на границах допусков показывает, что в БД должны быть занесены следующие данные по НшС:

- тип ПКА;

- причина появления НшС;

- признаки НшС;

- неисправность (отказ) бортового оборудования КА;

- неисправность (отказ) бортового оборудования РН;

- неисправность (отказ) средств НКУ;

- выход значений параметра за пределы допусков

- время реализации решения по выходу из НшС;

- резерв времени на выход из НшС (значение времени или «не ограничен»);

- кем обнаружена НшС (экипаж, ЦУП, бортовая автоматика);

- кем обеспечен выход из НшС (экипаж, ЦУП, бортовая автоматика);

- принадлежность к полетным операциям (название);

- источник НшС (название системы или члена экипажа).

При задании поискового образа могут использоваться только имена. Поиск будет осуществляться по нескольким признакам.

Время реакции БД на запрос не должно превышать 3 секунд в диалоговом режиме.

БД должна обеспечивать возможность выдачи требуемых данных (по выбору пользователя) на монитор или в виде твердых копий.

Порядок ведения базы данных существенной роли не играет. Важно, чтобы она была заполнена до начала работы с ней.

3.5 Разработка классификатора базы данных по нештатным ситуациям в соответствии с задачами обеспечения безопасности космических полетов

Как следует из приведенных выше материалов, БД по НшС должна иметь иерархическую структуру и включать следующие данные по НшС:

- номер НшС;

- название НшС;

- признаки появления НшС;

- условия возникновения НшС;

- время появления НшС;