Центр подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина

Комплекс тренажёров Российского сегмента Международной космической станции (КТРС МКС) создан для получения экипажем и наземным персоналом навыков по эксплуатации РС МКС, многосегментным операциям, обеспечения безопасности объединённого экипажа и живучести МКС. В составе комплекса функционируют тренажёры[12]:

• Служебного модуля «Звезда» «СМ»;
• Функционально-грузового блока «Заря» «ФГБ»;
• Стыковочного отсека «Пирс» «СО1»;
• Малого исследовательского модуля № 1 «Рассвет» «МИМ-1»;
• Малого исследовательского модуля № 2 «Поиск» «МИМ-2»;
• Многоцелевого лабораторного модуля «Наука» «МЛМ»;
• Узлового модуля «УМ»;
• Учебно-тренировочный макет ТГК «Прогресс» «УТМ ТГК»;
• Модель бортовой вычислительной системы РС МКС «МБВС»;
• Имитатор Американского сегмента «AST»;
• Информационно-управляющей системы РС МКС «ИУС»;
• Системы поддержки экипажа «SSC»;
• Европейского манипулятора «Дон-ERA»;
• Телеуправления транспортными грузовыми кораблями и целевыми модулями «Телеоператор».

Состав комплекса тренажёров Российского сегмента Международной космической станции

Комплекс тренажеров транспортных пилотируемых космических кораблей (ТПК) «Союз» готовит будущих космонавтов для управления ТПК, формирует навыки по деятельности экипажа на ТПК и взаимодействию внутри экипажа и экипажа с Главной оперативной группой управления. В состав комплекса тренажёров ТПК «Союз» входят[13]:

• комплексный тренажер «ТДК-7СТ3»;
• комплексный тренажер «ТДК-7СТ4»;
• специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА»;
• специализированный тренажер «Дон-Союз ТМА 2»;
• специализированный тренажер «ТДК-7СТ5»;
• специализированные компьютерные тренажёры динамических режимов ТПК «Союз ТМА-М» в составе:

• полунатурный тренажёр;
• стационарный тренажёр;
• мобильный тренажёр.

Состав комплекса тренажёров Российского сегмента Международной космической станции

В эту категорию ТСПК Центра входит следующее учебное-тренировочное оборудование[14]:

• функционально-моделирующий стенд служебных бортовых систем ТПК «Союз ТМА-М»: поддержание у космонавтов навыков работы на всех этапах программы полёта ТПК «Союз ТМА-М»;
• стенд ВСК (визир специальный космонавта): имитация близкой к реальной светотеневой обстановки при стыковке пилотируемых космических кораблей с Международной космической станцией;
• мультимедийная аудитория для проведения занятий по радиотехническим системам: проведение занятий с космонавтами по радиотехническим системам «Союз ТМА-М» и российского сегмента Международной космической станции (РС МКС);
• мультимедийная аудитория фото-, видеоподготовки космонавтов: подготовка космонавтов по дисциплинам «Бортовая фотоаппаратура и проведение фотосъёмки на борту РС МКС», «Бортовая видеоаппаратура, выполнение видеосъёмки и ведение телевизионных репортажей на борту РС МКС», «История пилотируемых космических полётов за рубежом»;
• компьютерный стенд подготовки с использованием элементов виртуальной реальности: проведение предтренажерной подготовки космонавтов к космическому полёту на РС МКС и корабле «Союз ТМА-М»;
• астронавигационный функционально-моделирующий стенд: (до 22.06.1987 космический планетарий) астронавигационная подготовка экипажей МКС;
• виртуальный астронавигационный комплекс: подготовка космонавтов при изучении созвездий и навигационных звёзд небесной сферы;
• компьютерный стенд системы управления инвентаризацией: предполётная подготовка космонавтов по работе с системой управления инвентаризацией МКС;
• специализированный тренажёр ручного управляемого спуска: (с 4.2002 на базе центрифуги ЦФ-18 и с 10.2014 на базе центрифуги ЦФ-7) обучение и тренировки космонавтов по управлению кораблём «Союз-ТМА» при воздействии реальной перегрузки при посадке спускаемого аппарата;
• стенд «Тренажёр ВИН»: подготовка космонавтов для решения задач визуально-инструментальных наблюдений и мониторинга Земли с борта РС МКС;
• мобильные автоматизированные рабочие места для проведения авиационных ВИН: информационная поддержка космонавтов при их подготовке по задачам визуально-инструментальных наблюдений поверхности Земли с использованием самолётов-лабораторий;
• комплекс «ФМС Наука»: компьютерные виртуальные тренажёры по космическим экспериментам и научной аппаратуре на основе интерактивных 3D-моделей для подготовки космонавтов для работы по российской «Долгосрочной программе научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на PC МКС».

Средства медицинской подготовки космонавтов включают следующее оборудование[15]:

• стационарная барокамера СБК-80;
• вестибулометрические стенды;
• стенд «Квант»;
• комплекс бортовых технических средств медицинского контроля и профилактики.

Стационарная барокамера СБК-80 служит для медицинской экспертизы и высотных тренировок космонавтов и лётного состава. Барокамера осуществляет медицинский контроль состояния испытуемого и позволяет моделировать[16]:

• подъём до высоты 20000 м;
• мгновенную разгерметизацию кабины летательного аппарата.

Вестибулометрические стенды служат для организации соответствующих исследование и тренировок. Имеются два стенда[17].

Стенд ЦФ-10 служит для исследований по определению уровня вестибулярной устойчивости, ежегодных освидетельствований для врачебно-экспертной комиссии (ВЭК) и предполётной подготовки. При этом стенд ЦФ-10 может[18]:

• воздействовать на отолитовую часть вестибулярного аппарата для изучения переносимости различных отклонений;
• проводить различные пассивные вестибулярные тренировки;
• фиксировать медицинские показатели состояния испытуемого.

Оптокинетический барабан служит для тренировок космонавтов и лётного состава по адекватному восприятию пространства. Стенд позволяет создавать конфликты между зрительной, вестибулярной, проприоцептивной и интероцептивной системами человека, приводящими к иллюзорному восприятию пространства[19].

Стенд «Квант» — стенд информационных отношений, сурдотермокамера, которая служит для следующих исследований[20]:

• нервно-психологической устойчивости испытуемых при сурдорежиме — нахождении в экологически замкнутом пространства;
• переносимости испытуемых терморежима — высоких конвекционных температур.

Комплекс бортовых технических средств медицинского контроля и профилактики служит для организации соответствующих исследование и тренировок. Состоит из трёх подкомплексов[21]:

• комплекса «Кардиомед»;
• комплекса «Гамма-1М»;
• контейнеров для устройств съёма информации и оборудования.

Эти комплексы служат для подготовки будущих космонавтов по эксплуатации аппаратуры и регистрации данных состояния сердечно-сосудистой системы при этой подготовке, при этом они обеспечивают отработку навыков будущими космонавтами[21]:

• выполнения бортовых методик контроля состояния сердечно-сосудистой системы;
• эксплуатации аппаратуры медицинского контроля;
• регистрации фоновых медицинских данных.

Центрифуга «ЦФ-18» на марке России 1994 года

Тренировка на велоэргометре и испытание вакуумного костюма «Чибис» на марке СССР 1980 года

Центрифуги — входят в состав уникальной испытательной базы Центра подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина. Имеются различные пути моделирования невесомости в наземных условиях:

• полёты на самолёте по параболической траектории;
• гидроневесомость;
• обезвешивание с помощью систем подвесов;
• помещение объектов в карданов подвес.

Наоборот, для моделирования перегрузок имеются центрифуги. В Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина построена не имеющая аналогов в России центрифуга ЦФ-18, создающая перегрузки в диапазоне от 1 до 30g с ориентацией в любом направлении и с регулировкой в температуры, давления, влажности и газового состава[22].

Центрифуга ЦФ-18 с радиусом вращения 18 м была запущена в 1981 году. Возможности центрифуги ЦФ-18[23]:

• обучение ручному управлению спускаемым апаратом космического корабля «Союз (космический корабль)#„Союз ТМА“|Союз ТМА]]»;
• медицинская экспертиза лётчиков ВВС;
• имитация пилотирования спортивных автомобилей и катеров;
• имитация ближнего воздушного боя;
• сквозное моделирование этапов космического полёта: выведение; стыковка; невесомость; спуск.

Центрифуга ЦФ-7 была запущена в 1973 году. Все советские и российские космонавты прошли подготовку на ЦФ-7 и на тренажёрах ручного управляемого спуска «Пилот-732» (1982—2003 годы) и ТС-7 (с 2014 года по настоящее время) на базе ЦФ-7[24].

Тренажер «Чибис» — это специальные медицинские резиновые штаны. В костюме «Чибис» нижняя часть тела изолирована от верхней, чтобы в нижней части тела создать разрежение. Человек состоит как минимум на 80 % из жидкости, и в костюме «Чибис» жидкость начинает от верхней части тела отливать к ногам для имитации Земной гравитации. Космонавты перед возвращением из длительного космического полёта тренируются в «Чибисе» до боли, чтобы сосуды легче выдержали земную нагрузку[25].

Макет спускаемого аппарата «Материк» — тренажёр для комплексных тренировок по действиям космонавтов после вынужденной посадки в различных климато-географических зонах служит для:[26]:

• проведения практических занятий;
• предварительной подготовки будущих космонавтов.

Макет спускаемого аппарата «Материк» повторяет штатный спускаемый аппарат, которому полностью соответствует оборудование макета, состоящее из[26]:

• штатных пультов;
• кресел космонавтов;
• носимого аварийного запаса (НАЗ).

Тренажёр «Океан» — тренажёр для комплексных тренировок по действиям космонавтов после посадки на воду, отрабатываются следующие ситуации[27]:

• длительное нахождение в спускаемом аппарате;
• выход из спускаемого аппарата в гидрокомбинезонах;
• экстренный выход из спускаемого аппарата в полётных скафандрах.

Тренажёр «Океан» повторяет спускаемый аппарат космического корабля «Союз ТМА». Оборудование тренажёра полностью соответствует штатному спускаемому аппарату[27]:

• штатные пульты;
• кресла космонавтов;
• носимый аварийный запас (НАЗ);
• система вентиляции;
• система освещения.

Самолёт-лаборатория (летающая лаборатория) служит для решения следующих задач:

• профессиональной подготовки космонавтов;
• проведении испытаний космической техники;
• медицинских экспериментов;
• медико-биологических исследований жизнедеятельности организмов при невесомости и пониженной весомости.

Были использованы следующие модификации самолётов: Ту-104АК, Ту-134ЛК, Ту-154М-ЛК-1 и Ил-76МДК «Космос»[28].

Траектория манёвра для достижения невесомости

Кривая Кеплера, горка, параболический полёт — это синонимы специального режима полёта самолёта-лаборатории, при котором производится жёсткая проверка организма на невесомость. Специально подготовленные Ил и экипаж, совершающие десять горок подряд — одно из главных испытаний будущих космонавтов[29].

Самолёт-лаборатория Ил-76МДК создан на базе серийного транспортного самолёта Ил-76МД для моделирования как кратковременной невесомости, так и пониженной весомости, в том числе лунной и марсианской гравитации. Основные характеристики[28]:

• длительность невесомости 25—28 секунд;
• до 20 разнообразных режимов полёта;
• перегрузки до 2g.

Тренировки будущих космонавтов в условиях невесомости на самолёта-лаборатории Ил-76МДК преследуют получение следующих навыков[28]:

• ориентации тела и передвижения;
• одевания и снятия специального снаряжения и скафандров;
• профессиональной деятельности;
• выполнения штатных операций в специальном снаряжении и без него;
• оценки удобства эксплуатации систем, оборудования и инструмента;
• оценки надёжности оборудования и инструмента;
• взаимодействия при внекорабельной деятельности;
• привыкания организма космонавтов к воздействию специфических физиологических факторов.

Тренировка в гидроневесомости. Разгрузочные жёлтые бруски создают нулевую плавучесть

Гидролаборатория, начавшая функционировать в 1980 году, — сложное гидротехническое сооружение, состоящее из:

• комплекса технологического оборудования;
• специальных систем, аппаратуры и механизмов.

В гидролаборатории будущие космонавты тренируются в условиях одного из видов моделируемой невесомости — гидроневесомости, что достигается нахождением космонавтов в гидросреде. Эта лаборатория занимается следующими задачами[30]:

• подготовкой будущих космонавтов для деятельности за пределами космического корабля;
• осуществлением экспериментальных исследований;
• эргономическими испытаниями космической техники;
• обучение синхронному выполнению работ в открытом космосе.

Гидролаборатория расположена в цилиндрическом трёхэтажная здании. Центральную часть здания занимает цилиндрический резервуар с водой с монтажной платформой и механизмом её перемещения. Основные технические характеристики цилиндрического резервуара следующие:

• ёмкость 5000 м³;
• диаметр 23 м;
• высота 12 м;
• температура воды 30°С.

На боковой цилиндрической поверхности резервуара смонтированы в разных местах 45 иллюминаторов, которые позволяют производить оперативное наблюдение за тренировкой космонавтов и его фиксацию на медианосителях[30].

В гидролаборатории проводится отработка действий в условиях гидроневесомости, аналогичной невесомости открытого космоса, на частях полноразмерного макета орбитальной станции[31][30] (когда-то «Салют-7», позднее — «Мир», в настоящее время — МКС).

Используются кран-балки для спуска и подъёма космонавтов, которые облачены в скафандры «Орлан» и для выполнения грузовых операций. В гидролаборатории будущие космонавты отрабатывают следующие виды работ за пределами космического корабля[30]:

• выход в открытый комос;
• деятельность в разгерметизированных модулях;
• обслуживание и ремонт модулей орбитальных станций;
• монтажные работы на орбите;
• транспортировка грузов;
• экспериментальные работы.