Премия Рунета-2020
Новосибирск
Наука
Эксклюзив kp.rukp.ru
8 мая 2021 8:16

Новосибирские ученые напечатали тренажер для космонавтов на 3D-принтере

Новинку уже отправили в Звездный городок на тренировочную базу
Так выглядит современный тренажер для космических фотографов. Фото: Ирина ТРАВИНА.

Так выглядит современный тренажер для космических фотографов. Фото: Ирина ТРАВИНА.

Российских космонавтов будут тренировать на тренажере, разработанном новосибирскими учеными. В нем два рабочих места: для инструктора и будущего члена экипажа МКС. Современную установку-стенд собрали в Академпарке с помощью девяти телевизоров и иллюминатора, напечатанного на 3D-принтере. Уникальное изобретение, аналогов которого в России еще нет, скоро испытают астронавты Звездного городка. Чему учит тренажер для визуально-инструментальных наблюдений Земли - читайте в нашем материале.

«НАМ С НЕБА ВИДНО ВСЕ!»

Зачем вообще астронавты делают снимки в космосе? Орбитальное фотографирование нужно вовсе не для того, чтобы выложить красивые посты в Инстаграм. Это часть исследовательской работы экипажа МКС. Лесные пожары, таяние ледников, природные катаклизмы, масштабные вырубки леса, крупные паводки - за всем этим наблюдают астронавты во время своих внеземных командировок. Полученные из космоса данные очень важны для жизни на Земле. Снимки помогают вовремя заметить приближающуюся бурю, пожар, определить плотность городской застройки и еще много полезного. В объектив фотоаппарата часто попадают и планеты, Луна, галактики, звезды, рассветы, закаты и даже северное сияние.

Вообще, космонавтов можно назвать заядлыми фотографами, ведь в космосе спектр съемок значительно шире, чем на Земле. Правда, научиться этому искусству гораздо сложнее, особенно если учитывать, что точка съемки всегда одна - из окна иллюминатора, а космическая станция не стоит на месте и постоянно вращается.

Из космоса можно увидеть и пожар. Фото: Космонавт Сергей РЫЖИКОВ.

Из космоса можно увидеть и пожар. Фото: Космонавт Сергей РЫЖИКОВ.

СОВЕТСКИЕ ТРЕНАЖЕРЫ

Учиться фотографировать объекты из космоса астронавты начинают еще на Земле. Для этих целей тоже, кстати, новосибирскими учеными был разработан специальный тренажер.

- В первой половине 1980-х годов началось активное сотрудничество Института автоматики и электрометрии СО РАН с Научно-исследовательским испытательным центром подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина по созданию синтезирующих систем визуальной обстановки для космических тренажеров. В 1981 - 1985 годах в институте собирали образец трехканальной установки «Аксай» - первой в СССР профессиональной системы с математическим моделированием визуальной обстановки. Она была введена в эксплуатацию в 1985 году и использовалась в составе тренажерно-моделирующего комплекса в течение 10 лет при подготовке космонавтов по программе космической станции «Мир», - рассказал заведующий лабораторией Института автоматики и электрометрии СО РАН кандидат технических наук Борис Степанович Долговесов.

Но технологии не стоят на месте, уже в начале 1990-х годов появилось новое поколение этой разработки под названием «Альбатрос». Объекты на экране стали двигаться, появились атмосферные эффекты и даже что-то похожее на солнечный свет.

Затем в 1996 году в Новосибирске разработали тренажер «Ариус» с еще более расширенным набором функций. Различные модификации этой системы до сих пор используются в специализированных тренажерах для подготовки космонавтов по программе МКС.

- Когда персональные компьютеры и графические карты по скорости выдачи картинки и ее качеству стали сравнимы со стационарными, работы плавно перешли на них. Одновременно начался период перестройки и реформ, на базе Института СО РАН выросло несколько программистских компаний, включая нашу, - говорит директор «СофтЛаб-НСК» Ирина Травина. - Мы разработали первый графический движок, а это целый пакет программ для создания изображений и их анимации. Появилась возможность отображать на экране траектории движения в пространстве множества трехмерных объектов.

Иллюминатор напечатан на 3D-принтере. Фото: Ирина ТРАВИНА.

Иллюминатор напечатан на 3D-принтере. Фото: Ирина ТРАВИНА.

ОДИН В ОДИН КАК В КОСМОСЕ

На этот раз специалисты компании «СофтЛаб-НСК» усовершенствовали систему имитации фотосъемки земной поверхности с орбиты для тренажера, созданного в сотрудничестве с Институтом автоматики и электрометрии СО РАН.

Теперь тренировки все больше и больше будут напоминать присутствие на МКС.

- Сейчас этот стенд выглядит как стена сферической формы, напоминающей космическую станцию, с девятью ЖК-телевизорами, каждый из которых имеет разрешение экрана 4К. Также мы добавили интерьер - часть обшивки корабля с иллюминатором, напечатанные на 3D-принтере, и даже муляж фотокамеры. С программной точки зрения достаточно сложной задачей была графическая симуляция реального поведения множества объектов: самих космических аппаратов и их узлов, а также Земли, Луны, Солнца, созвездий. Очень важно, чтобы профессиональные тренажеры были максимально приближены к тому, что происходит в реальности, что в действительности видит космонавт, находясь в космическом корабле или на орбитальной станции, - объясняет Ирина Травина.

Есть и другая сложность: Международная космическая станция над нужным местом находится не так долго - буквально чуть больше минуты. На следующем витке наблюдаемые объекты уже окажутся под углом, ждать нового удобного ракурса придется несколько часов. А у покорителя космоса плотный график работы, поэтому высиживать у иллюминатора часами просто не получится.

Картинка на мониторе как в реальном космосе. Фото: Ирина ТРАВИНА.

Картинка на мониторе как в реальном космосе. Фото: Ирина ТРАВИНА.

- Наш тренажер предназначен для обучения навыкам ведения визуально-инструментального наблюдения, космонавт должен уметь позиционироваться по Земле, хорошо ориентироваться, где что расположено, отлично знать географию и быстро распознавать цель для фотосъемки. Кроме того, процесс фотографирования тоже требует отработки навыка. Важно точно навести фотокамеру и сделать кадр с плавным увеличением масштаба. И это все нужно успеть до того, как наблюдаемый объект выйдет из зоны видимости, то есть ориентировочно за 75 секунд. Для работы с фотокамерой подготовлен специальный стенд и программное обеспечение. Камера, с одной стороны, тяжелая и громоздкая, с другой - находится в невесомости. Поэтому сложность представляло и обеспечение эффекта невесомости камеры, да и сама камера была сэмулирована. Запчасти для нее изготовлены в Академпарке на 3D-принтере, процесс и результат фотосъемки сэмулированы программными средствами. Космическая станция движется, земная поверхность перемещается по двум траекториям, поэтому наведение камеры на объект является непростой задачей, - отмечает разработчик.

В тренажере предусмотрено два рабочих места: для инструктора и будущего космонавта. Обучаемый должен располагаться перед иллюминатором, изображение через который будет формироваться на стене с экранами. Телевизоры расположены за иллюминатором на расстоянии двух метров, что дает более широкий угол зрения. Таким образом, картина, которую видят испытатели, полностью соответствует реальной, за исключением текущих погодных условий на Земле в этот момент.

- Как и любая обучающая программа, эта тоже предусматривает разные уровни сложности. Можно добавить облачность, сделать ее сильной или слабой. И астронавту придется не только разглядеть сквозь нее нужные объекты, но и сделать качественные снимки, - добавляет Ирина Травина.

И все-таки особая гордость сибирской разработки в том, что аналогов такого тренажера в России еще не было!

К ЧИТАТЕЛЯМ

Если вы стали очевидцем ЧП или чего-то необычного, сообщите об этом в редакцию:

Редакция: (383) 289-91-00

WhatsApp: 8-923-145-11-03

Почта: kp.nsk@phkp.ru

И не забудьте подписаться на нас в соцсетях:

Вконтакте Одноклассники Фейсбук Инстаграм Твиттер

Также наши сообщества есть в Телеграм и Viber.