Как работает пульт управления космическим кораблём

Примечание редакции. От темы вертолётов переходим к более сложной — космических кораблей. Именно о них речь идёт в материале Alpha Centauri.

Хотели бы вы хоть раз почувствовать себя в роли настоящего космонавта? Ощутить выпрыгивающее сердце на старте, рёв оживающей многотонной махины, норовящей разогнать вас до безумных скоростей, и, наконец, невесомость? Уверен, вы бы за это многое отдали. Возможно, немного позже, когда Blue Origin или кто-нибудь ещё поставит на конвейер суборбитальные полёты и у вас накопится лишняя сотня тысяч баксов, вы пересечёте линию Кармана и таки ощутите себя настоящим астронавтом (не космонавтом!). Но есть альтернатива. И сегодня мы постараемся немного приобщиться к нелёгкому ремеслу космонавтов и посидеть за штурвалом «Союза», который вот уже почти шестьдесят лет надёжно доставляет людей в космос.

Не знаю, испытывали ли вы подобный интерес, но меня всегда интересовало то, что люди делают на своих работах. Конечно, в первую очередь это относительно редкие и в то же время сложные профессии учёного, писателя, хирурга, космонавта. Благо, сейчас посмотреть, послушать и даже научиться чему-то у профи из самых разных сфер деятельности не составляет никакого труда. Почти никакого. Попробуйте нагуглить программу подготовки космонавтов. Ну как, преуспели? Пойдите ещё дальше: попытайтесь найти, чем именно занимается экипаж после отделения третьей ступени, когда заканчивается видеотрансляция. У нас на канале есть замечательная серия видео от Европейского космического агентства по всем этапам работы «Союза» от стартового стола и до приземления в Казахстане, но даже из него вы узнаете лишь крохотную часть о рабочих буднях космонавтов и астронавтов во время полета.

Как нет хирурга, не умеющего обращаться со скальпелем, нет современного космонавта (тайконавты не в счёт), не сидевшего за пультом «Нептун-МЭ».

Этот девайс — главный рабочий инструмент экипажа при полётах на МКС. Ещё задолго до установки «Союза» на стартовую площадку каждый из трёх участников полёта оттачивает свои действия на тренажёре до автоматизма. «Но ведь полёт "Союза" полностью автоматический!» Вот такие громкие слова обычно лучше всего оживляются воображением. Мол, космонавты после выхода на орбиту снимают скафандры, залетают в бытовой отсек, открывают шампанское и празднуют выведение, пока переходной люк не откроют коллеги с МКС. Времена ручных стыковок прошли, но внутрикорабельную деятельность и проверки никто не отменял. Ещё за два часа до старта космонавты начинают работать по максимально жёстким канонам бортовой документации. Под «максимально» следует понимать точность выполнения команд до секунд. Добавьте сюда хоть и тренированный, но всё же борющийся с не самыми приятными ощущениями организм, и посыпьте нештатными ситуациями, требующих мгновенных и точнейших действий. Сближение со звёздами не всем по зубам!

Пульт космонавтов состоит из двух почти идентичных интегрированных пультов управления (ИнПУ): один у бортинженера (левый пульт), а второй у командира (центральный пульт). У второго бортинженера (или космонавта-исследователя) пульта нет, зато есть почти вся бортовая документация и блок с предохранителями, за которым нужен глаз да глаз. Один вопрос: что он исследует? Раньше, когда орбитальные станции были только на бумагах, именно космонавт-исследователь проводил различные эксперименты в невесомости, пока бортинженер и командир занимались непосредственно пилотированием. Интересный факт — командиром «Союза» может быть только гражданин Российской Федерации.

Давайте рассмотрим интегрированный пульт поближе.

Интерфейс для работы с чудовищным хитросплетением из бесчисленных систем космического корабля разбит на части, которые называются «форматами». «Формат» представляет из себя кусок интерфейса, ответственный за управление и мониторинг определённой системы «Союза» или её части. Долго думал, что же предложить в качестве аналогии такого интерфейса. И лучшее, к чему удалось прийти — это «Панель управления» в Windows.

Самый первый формат, который мы увидим после включения пульта, называется — барабанная дробь — «первым форматом» (Ф1). С него можно перейти в любой другой.

Схожесть максимальная, отличие только в зоне приоритетной информации (выбранный формат, время, остаток топлива и т.д.), независимо от выбранного формата. Хотя у нас же есть панель задач.

Командно-сигнальное поле (КСП) — наверное, самый часто используемый формат. Он состоит из двух частей — КСП левое (для бортинженера) и КСП правое (для командира). Однако стоит заметить, что с любого пульта можно вызвать что левую, что правую часть КСП.

Изображение выше — всё командно-сигнальное поле в одном фото: слева — КСПл, справа — КСПп. Если присмотреться, то можно заметить, что у бортинженера монитор цветной, а у командира монохромный. Это старая версия пульта, которую устанавливали ещё на «Союзах» серии ТМА: считалось, что монохромное исполнение более надёжно. На современных МСках оба монитора цветные, причём цветовую гамму космонавты могут менять по своему усмотрению. Сейчас в тренде салатовая. А вы думали, космонавты не играют в Orbiter?

Первая часть («командно-») говорит о том, что с помощью этого массива «плиточек» можно управлять работой различных систем корабля. А «-сигнальное» — о том, что «плиточки» отображают информацию о состоянии этих систем. Работа с командно-сигнальным полем (КСП) в «Нептунах» очень напоминает «Морской бой». Сначала мы выбираем ряд (А, Б, В, Г и т.д.), а потом — столбец (1, 2, 3, 4), в котором находится определённая «плитка».

Да, да, да, они не сенсорные, в отличие от Windows 8. Вообще, эти «плитки» называют сигнализаторами, или транспарантами. Наверное, аналогии с детищем Гейтса вам уже надоели, но тут ничего не поделаешь — при разработке интерфейса пультов управления действительно позаимствовали некоторые принципы работы пользователя с небезызвестной операционной системой.

Управлять маркером (красной стрелкой на рис. 3) можно как с пульта, так и посредством специального джойстика, называющегося блоком управления маркером (БУМ). Их два: по одному для каждого пульта. Размещены они под пультом бортинженера.

Включать/выключать сигнализаторы можно и с Земли. Причём если бортинженер или командир захочет что-то включить, и в то же время ЦУП передаст сигнал на отключение, то сигнализатор выключится — приоритет всегда у ЦУП.

Когда «кочерга» уже порядком надоела, БУМ снимается с фиксатора и начинается м̶о̶р̶с̶к̶о̶й̶ ̶б̶о̶й работа.

Crazy chicken удивлена уровнем высокотехнологичности инструмента управления космическим кораблём

Космонавтам приходиться следить за очень многими показателями и периодически передавать их на Землю. Для этих целей существует специальный формат, называемый ф̶о̶р̶м̶а̶т̶о̶м̶ ̶о̶т̶о̶б̶р̶а̶ж̶е̶н̶и̶я̶ ̶з̶н̶а̶ч̶е̶н̶и̶й̶ «формой 3» («ФО3»).

Логика работы с форматом очень простая: у сотрудников ЦУП есть точно такая же таблица, как и у экипажа. И когда наступает время передавать телеметрию Земле, командир (или бортинженер) просто называет цифры и значения. Например, «одиннадцать 554». Это очень облегчает работу экипажа в передаче большого массива параметров. А теперь представьте ситуацию: у вас появились сомнения по поводу герметичности первого баллона с окислителем (Poк-1), и если мы будем сидеть на формате ФО3, то как узнать, насколько плохо у нас обстоят дела? Индикатор будет подсвечиваться, только когда параметр выйдет за допустимые пределы, как, например, давление в шаробаллонах (Ршб-1). Для этих целей существует другой формат, называемый индикатором параметров (ИП), в котором те же параметры снабжены динамическими ползунками.

Закрашенная часть шкалы показывает допустимые для этого параметра значения. Этот формат очень удобный для «бортовой» работы: экипаж может увидеть не только то, что какие-то значения вышли за пределы нормы, но и наглядную динамику изменения значений параметров.

Если вы смотрели стримы работ в открытом космосе, то наверняка видели такую картину.

На ней сотрудники ЦУП могут смотреть, над какой именно частью земного шара МКС пролетает в любой момент времени. Это сделано не только для лучшей визуализации орбиты, но и для отслеживания, в каких частях трассы какие наземные измерительные пункты (НИП) обслуживают МКС. Основная задача любого НИП — уточнить вектор скорости космического аппарата, а это очень важно для маневрирования сквозь орбитальный мусор.

Та же штука есть и в «Союзах». Называется она индикатором навигационным космическим (ИНК). Используется этот формат главным образом для операции спуска с орбиты, определения высоты над поверхностью Земли («H» — в левом верхнем углу), отслеживания свето-теневой зоны («Т→» — обозначает вхождение в тень, «Т←» — наоборот), отслеживания зон радиовидимости. Последнее уже не актуально для «Союз-МС», так как в нём начали использовать спутниковую систему ЕКТС, которая принимает сигналы от ретрансляционной спутниковой системы «Луч», что обеспечивает непрерывную связь экипажа с ЦУП. До установки этой системы экипаж мог связаться с Землей, только пролетая в зоне радиовидимости хотя бы одного российского НИП.

Табло сигнальное (ТС) — это логическое продолжение КСП. Главное отличие — транспаранты здесь не кликабельны и горят разноцветными огоньками.

По типу сообщения, которое должен увидеть космонавт, транспаранты разделены на три группы: уведомительная, предупредительная и аварийная сигнализации. Транспаранты первой группы уведомляют экипаж о выполнении различных команд и при активации загораются зелёным цветом. Вторая группа предупреждает, что что-то уже идёт не так (достигаются предельные значения параметров, например, падение давления в спускаемом аппарате), и если не предпринимать никаких действий, то будет беда. Транспаранты этой группы загораются жёлтым цветом и вызывают непрерывный звуковой сигнал. Последняя группа загорается красным и включает прерывистый звуковой сигнал, когда беда уже случилась (например, авария носителя, как в случае «Союз МС-10»).

В заключение можно сказать, что космонавты обучаются своему нелёгкому ремеслу годами. Конечно, в рамках одного материала описать все тонкости работы с единственным на данный момент летавшим пультом космонавта нереально. Надеемся, что тема вас заинтересовала и в будущем мы продолжим разбирать тему инженерного чуда под названием «Союз». Keep looking up!

P.S. Отдельная благодарность разработчикам виртуального тренажёра спускаемого аппарата «Союз-ТМА-М» и «Союз-МС», а также Михаилу Смирягину, Николаю Дементьеву и Илье Устичу за неоценимую помощь в освоении «Союзов». Надеюсь, скоро мы сможем полноценно полетать на «Союзах» в Orbiter.

Симулятор интегрированного пульта управления.

Подробнее о форматах на ветке форума Михаила Смирягина о ПК «Нептун-МЭ».