Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Онуфриенко Юрий Иванович

Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям
<
Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям
>

Диссертация - 480 руб., доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Онуфриенко Юрий Иванович. Повышение эффективности активной эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов на основе методик и моделей информационного обеспечения космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям: диссертация ... кандидата Технических наук: 05.07.10 / Онуфриенко Юрий Иванович;[Место защиты: ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский университет «МЭИ»], 2017

Содержание к диссертации

Введение

Раздел 1 Комплексный анализ предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 14

1.1 Пространственно-временная модель процесса появления и развития нештатных ситуаций 14

1.2 Структурный базис нештатной ситуации 18

1.3 Обобщение и анализ нештатных ситуаций, имевших место в полетах экипажей на станции «МИР» и на Международной космической станции 23

1.4 Определение состава задач, решаемых с использованием автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 33

1.5 Использование технологий информационной поддержки при обеспечении деятельности экипажей ПКА 35

1.6 Постановка задачи исследований 41

Выводы по разделу 47

Раздел 2 Разработка теоретических основ решения задач информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 50

2.1 Разработка методики формирования классификатора нештатных ситуаций на основе использования текстологического метода извлечения знаний 50

2.2 Разработка логической модели предметной области организационной системы обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях 56

2.3 Разработка математической модели информационного обеспечения процесса подготовки экипажа ПКА к действиям в нештатных ситуациях 63

Выводы по разделу 73

Раздел 3 Разработка методики информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 76

3.1 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и под готовки космонавтов по нештатным ситуациям в части разработки ПКА, его составных частей и элементов з

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 79

3.3 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части оперативного обеспечения безопасности в процессе космического полета 96

3.4 Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части анализа результатов выполненных космических полетов 103

3.5 Разработка классификатора базы данных по нештатным ситуациям в соответствии с задачами обеспечения безопасности космических полетов 109

Выводы по разделу 113

Раздел 4 Реализация автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 115

4.1 Выбор программных и технических средств разработки автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 115

4.2 Программно-алгоритмическая реализация структуры автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 118

4.3 Порядок использования автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в составе единой системы моделирования нештатных ситуаций 121

4.4 Технико-экономическое обоснование использования автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям 135

Выводы по разделу 141

Заключение 144

Обозначения и сокращения

Введение к работе

Актуальность работы объясняется следующим.

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 открыла 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 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.

Исследования, проведенные в научно-исследовательских работах в НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина за последние годы («Экипаж», «Канока», «Магистраль», «Селена» и пр.), 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.

  2. Совершенствование технологии подготовки космонавтов и персонала управления космического комплекса к действиям в нештатных ситуациях.

  3. Совершенствование технологических процессов управления космическими полетами при возникновении нештатных ситуаций.

  4. Анализ результатов выполненных космических полетов и разработка предложений по

их совершенствованию.

Изучение и подготовка членов экипажа к действиям в нештатных ситуациях составляет важнейшую задачу наземной подготовки космонавтов, а также их подготовки на борту МКС в ходе космического полета.

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.

В процессе полетов ПКА экипажи используют 3D моделирования 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;

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 эффективности и безопасности полетов ОПК необходимо решение актуальной научной задачи: разработка методических основ создания интегрированной автоматизированной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

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.

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.

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 подго-

товки космонавтов по нештатным ситуациям на основе анализа информационных технологий.

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

При решении поставленной в диссертационной работе задачи использовался анализ накопленного опыта, а также применялись следующие методы исследования: 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, разработкой интегрированной автоматизированной 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, успешного использования 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 НИИЦПК, РКК «Энергия», ГКНПЦ им.М.В.Хруничева, Рос-космоса, 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 информационного обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях;

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 модель предметной области организационной системы информационного обеспечения пилотируемых космических полетов в нештатных ситуациях, 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, 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 обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям, информационная технология использования базы данных интегрированной автоматизированной системы по нештатным ситуациям.

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.

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», «Эки-паж-5», «Рецепт-8», «Процедура-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 МКС 13 - МКС46/47 на комплексных тренажерах МКС на базе ФГБУ «НИИЦПК им. 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 орбитальные комплексы «Мир» и МКС, затем руководил организацией и проведением подготовки экипажей МКС в качестве начальника управления Центра подготовки космонавтов. За создание технологии многосегментной подготовки к полету экипажей Международной космической станции автор (в кооперации) удостоен 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 2004-2016 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 ин-

формационного обеспечения, методов и средств повышения эффективности процессов отбора и подготовки космонавтов, их деятельности на борту пилотируемых космических средств»), 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.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4-x разделов с выводами к каждому из них, заключения и 1-го приложения. Она изложена на 207 страницах машинописного текста, включает 29 рисунков и 6 таблиц. Список литературы состоит из 101 наименования.

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.

Обобщение и анализ нештатных ситуаций, имевших место в полетах экипажей на станции «МИР» и на Международной космической станции

При возникновении НшС At интерес представляет конкретная траектория системы, поэтому для ее определения должны быть заданы начальные условия Zo p =[zoi, z02, ... , z0pJ функционирования системы на момент tншс возникновения НшС.

Решение вопроса раскрытия существа, динамики развития НшС основывается на возможности воспроизведения траекторий Z p (t) систем ПКА как при штатном режиме функционирования, так и в нештатных ситуациях. Это может быть достигнуто путем использования математических моделей систем ПКА, для чего необходимо задать: управления U T] , возмущения S jU , реакции F v , алгоритм G, параметры W , ограничения О, воздействие факторов Ф = [G; W P.J и начальные условия Z0 p .

Все указанные компоненты образуют в совокупности функцию динамики НшС FД(A):[U n , S M , F v , G, W4 , О, (Ф = [G; W ]), Z0 p ].

Каждая система ПКА характеризуется набором наблюдаемых параметров. В целом множество наблюдаемых параметров всех систем образует вектор S x =[sh s2, ... , sj наблюдаемых параметров ПКА. Совокупность значений этого вектора в процессе штатного и нештатного функционирования систем ПКА задает пространство его состояний {Ms}, в котором состояние ПКА на рассматриваемый момент времени tТ может быть обозначено в виде некоторой точки, условно называемой изображающей. Состояние ПКА может быть отнесено при определенных условиях к нештатному. Сущность нештатной ситуации, ее конкретное проявление может быть отражено с помощью предиката А, представляющего собой логическое сказуемое. НшС появляется при наличии определенных значений признаков, характеризующих состояние системы "экипаж-ПКА-среда". Указанные признаки, отражая смысловую близость (релевантность) по отношению к данному предикату, образуют релеванты S(A). Однако НшС может появляться при различных релятемах R(A) - отношениях (логических связях и условиях) между реле-вантами. Значения релевантов S(A), необходимые для однозначного описания НшС, представляют собой константы Ks(A). В своей совокупности предикат А, релеванты S(A), релятемы ЩА) и константы KS(A) образуют функцию состояния НшС FС(A):[A, S(A), R(A), KS(A)].

По своему функциональному назначению предикат и релеванты в функции FС(A) играют роль логических переменных, а релятемы - логических операций: конъюнкции, дизъюнкции, отрицания и т.п. Такой способ формализации функции состояния НшС позволяет использовать для ее представления аппарат булевых функций.

Поскольку функция FД(A) динамики НшС однозначно определяет состояние системы, а функция FС(A) - является ли текущее состояние системы нештатным или нет, то это делает положение функции FС(A) в определенной мере подчиненным по отношению к функции FД(A). Таким образом, имеет место соотношение FД(A) FС(A).

Непосредственно связана с функцией FС(A) состояния НшС функция FВ(A), характеризующая НшС с точки зрения выхода из нее.

Прежде всего, для обнаружения НшС А{ необходимо знать область {М1шс} штатных состояний вектора S % наблюдаемых параметров КА, дополнением которой является область {MZншс} = {Ms}\{MZшс} нештатных состояний. Дело в том, что область {М2шс}, как правило, полностью определена, в то время как область {Mzншс} в большинстве случаев определена лишь частично: для предусмотренных нештатных состояний. Поэтому смысл обнаружения НшС может сводиться к выявлению факта S % 0 {MzшсJ непринадлежности состояния вектора S % области штатных состояний. Если НшС полностью определена, то состояние S % может быть идентифицировано как состояние Si % , соответствующее НшС At. При информационной недоопределенности НшС, приводящей к неразличимости ситуации At от ситуации Ah требуется наблюдение траектории S x (t) вектора наблюдаемых параметров, представляющего собой отображение Z p (t) S x (t), с целью однозначного распознавания НшС At. Фиксация состояния Si % служит основой для выбора соответствующего алгоритма Пвыхі действий по выходу из НшС по имеющимся альтернативам Si % = Пвыхi. Таким образом, совокупность траектории S z (t), штатной области {MZшсj, информационной модели Si % , альтернатив % # = Пвыхі и алгоритма выхода Пвыхі образует функцию выхода НшС FВ(A):[ S x (t), {MZшсJ, si % , si x Пвыхi, Пвыхі].

Каждое нештатное состояние ПКА может быть описано с помощью ряда характеристик, отображающих ее различные стороны (свойства).

Одной из таких характеристик является момент появления НшС, который следует понимать более широко, чем просто текущее время полета tТ = tншс. Момент появления НшС может также характеризоваться текущим режимом полета, описываемым конкретной реализацией вектора M q =[ju1, ju2, , Mj режимов полета, и временем этого режима t ншс , отсчитываемым от его начала. Важной характеристикой НшС является причина ее появления щ. Совокупность всех причин, обуславливающих появление НшС, может быть описана вектором П к = [щ, ж2, ... , щ].

Все источники появления НшС могут быть описаны с помощью вектора В п =[Рь @2, , Рп]. Реально каждая ситуация возникает в совершенно определенном месте, поэтому она может быть охарактеризована конкретным источником Pj.

При возникновении НшС исключительно важным является факт, создает ли она угрозу для жизни или здоровья экипажа, т.е. к какой категории K i она принадлежит: аварийной ситуации ААС или безаварийной AАС .

Если ситуация аварийная, то она характеризуется воздействием на экипаж и оборудование КА неблагоприятных факторов (одного или группы), что может быть описано вектором Ф т = [срь ср2, ... , срт].

Как одну из существенных характеристик НшС включает также в общем случае резерв времени гр, характеризующий время от момента появления рассматриваемой ситуации до момента, когда дальнейшие действия по выходу из нее становятся бесполезными или невозможными.

Совокупность приведенных характеристик НшС, включающая в себя момент появления tHluc, режим полета M q , время режима tM , причину П к , источник В п , категорию # / , неблагоприятные факторы Ф т и резерв времени тр, образует функцию описания НшС Fon(A):[tHluc, M q , tM, П к , B n , K l f Ф т , rp]. Наиболее приемлемым языком для описания этой функции является язык, основанный на фасетной классификации.

Поскольку функция Fon(A) служит для описания нештатного состояния, определяемого функцией FQ(A), ее положение является подчиненным по отношению к функциям FC(A), FB(A) и имеет место соотношение Fc(A)= FB(A)= Fon(A).

Комплекс взаимосвязанных функций F(A): Fff(A) Fc(A) FB(A) F0n(A) образует структурный базис НшС (рисунок 1.4).

Рассмотренная в данных пунктах пространственно-временная модель может рассматриваться в качестве концептуальной модели предметной области для разработки автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям.

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

Первостепенную роль при построении архитектуры базы данных (БД), ее пользовательского интерфейса (структуры пользовательского меню) и обеспечении информационного единства автоматизированной информационно-поисковой системы играет использование единой системы классификации и кодирования информации. При этом она должна удовлетворять следующим основным условиям (математическая постановка задачи) [84]: - обладать достаточной полнотой, т.е. охватывать все объекты классифицируемого множества, исходя из семантики всего возможного состава нештатных ситуаций космических полетов; - иметь достаточную глубину детализации при классификации, обеспечивающую быстрый и надежный поиск необходимой информации различными категориями пользователей; - обладать определенной избыточностью, гибкостью и открытостью для обеспечения возможности доработок, расширения множества классифицируемых объектов и внесения необходимых изменений без нарушения структуры классификатора и принципов кодирования; - обеспечивать однозначную идентификацию поискового объекта и удобство обработки кодовых обозначений с использованием ЭВМ; - иметь полную совместимость терминологии интерфейса классификатора с терминологией, которая привычна и удобна для пользователя; - обеспечивать соответствие по объему одномоментно предъявляемой пользователю информации возможностям оперативной памяти человека (человек лучше всего воспринимает информацию объемом 7+2 бита). Это число (7+2) получило название «число Ингве-Миллера»); - обеспечивать компактность записей.

Целесообразно в качестве основы для формирования классификатора НшС с применением текстологического метода извлечения знаний использовать НшС, имевшие место в ходе выполненных космических полетов на орбитальном комплексе «Мир» и на МКС.

Систему кодирования этого классификатора целесообразно строить на основе использования иерархического принципа классификации. При этом предусматривать последовательное разбиение классифицируемого информационного множества на группы, классы и виды признаков, причем каждый объект (нештатная ситуация) может относиться к разным классификационным единицам (признакам). Такая схема классификации в наиболее полной мере позволяет учесть, во-первых, семантику конкретных НшС, которые по своему смысловому содержанию могут иметь одновременно целый набор классификационных признаков, а во-вторых - потребности различных категорий пользователей (разработчиков отдельных систем и оборудования, представителей заказчиков, инструкторов-методистов, космонавтов и др.).

Процедура формирования классификатора, ориентированная на текстологический метод извлечения знаний, может быть представлена в следующем виде (рисунок 2.1, 2.2):

1 Проводится обследование потенциальных пользователей БД НшС космических полетов, формируются сценарии работы пользователя с БД и необходимый при этом словарь для создания дружественного интерфейса БД с пользователем.

2 Осуществляется сбор всей необходимой и доступной информации о НшС (в качестве базовой основы для формирования классификатора берутся сведения (фактографические данные) о НшС, имевших место в космических полетах на ОК «Мир» и МКС).

3 Фактографические данные по каждой НшС подвергаются анализу на предмет выделения семантически значимых (ключевых) слов и выражений, обозначающих понятия, явления, процессы, предметы действия, признаки и т.п. При этом используется объектно-структурный анализ предметной области по направлениям: «КТО», «ЧТО», «ГДЕ», «КОГДА», «ЗАЧЕМ», «КАК» (при каких условиях и обстоятельствах, какие последствия, каким образом), «ОТКУДА», «КУДА», «ПОЧЕМУ» (по какой причине), «СКОЛЬКО».

4 Все выделенные значимые слова и выражения заносятся в перечень. Обследование потенциальных пользователей БД НшС космических полетов и формирование на этой основе сценариев работы пользователя с БД и необходимого при этом словаря для создания дружественного интерфейса БД с пользователем

Осуществление сбора всей необходимой и доступной информации о НшС, имевших место в космических полетах на ОК «Мир» и МКС Анализ фактографических данных по каждой НшС с целью выделения семантически значимых (ключевых) слов и выражений, обозначающих понятия, явления, процессы, предметы действия, признаки и т.п. Занесение всех выделенных значимых слов и выражений в перечень Определение значений семантически значимых слов и выражений в рамках специальной терминологии, принятой в данной предметной области Создание из выделенных семантически значимых слов и выражений (с учетом их повторения в фактографических данных по другим НшС) единого словаря терминов предметной области (перечня признаков) с предварительной группировкой их по смыслу (по понятийной близости)

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

Разработка методики информационного обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям основанной на рассмотрении применительно к каждой из задач обеспечения безопасности космических полетов (КП) следующих последовательно выполняемых процедур: - анализ информационной технологии решения задачи; - разработка необходимого для решения задачи диалога пользователя с БД по НшС; - формирование требований к БД по НшС на основе особенностей информационной технологии решения задачи и используемого в процессе ее реализации диалога.

Данный подход применяется для всего состава задач, представленных в разделе 1: - разработка 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.

Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части разработки ПКА, его составных частей и элементов Анализ информационной технологии решения задачи анализа в части разработки ПКА, его составных частей и элементов строится на основе использования структурного базиса НшС, включающего FД(A), FС(A), FВ(A), FОП(A).

Информационное обеспечение пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в части разработки ПКА, его составных частей и элементов включает в себя решение следующих задач: - анализ возможных НшС на всех этапах полета; - анализ проектного уровня безопасности; - оценка эффективности и достаточности предусматриваемых мероприятий, разрабатываемых средств и предлагаемых технических решений по действиям в НшС; - разработка проектной, эксплуатационной и бортовой документации; - анализ достаточности имеющейся базы подготовки космонавтов для отработки всех возможных НшС.

Информационная технология решения задачи. При решении данной задачи анализу подлежит множество возможных НшС, полученное по результатам проектного анализа безопасности космического полета. При этом для расчета достигнутого на данном этапе проектирования уровня безопасности необходимо иметь сведения о вероятности появления той или иной НшС, этапе полета, на котором она может возникнуть, наличии способа выхода из данной НшС и его конкретной реализации. Применительно к каждому этапу полета ПКА определяется вероятность его безопасного завершения с учетом появления НшС на этом этапе полета и выхода из них при разных альтернативных вариантах исходов: продолжение полета либо его прекращение без последствий для экипажа ПКА, с последствиями для здоровья или с гибелью одного или нескольких членов экипажа. При этом использованию подлежат данные по ПКА - аналогу разрабатываемого ПКА, в состав которых входят: название НшС, признаки ее появления, режим полета (полетная операция), в процессе которого возникла НшС, причина появления НшС, ее источник, категория НшС, ее неблагоприятные факторы, значимость НшС, ее последствия, влияние НшС на программу полета, способ выхода из НшС, потребное время на выход из нее, затраты ресурсов на выход из НшС, способ предотвращения появления НшС в будущем.

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 3.1.

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 При задании поискового образа могут использоваться только имена. Поиск 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.

Порядок использования автоматизированной информационно-поисковой системы обеспечения пилотируемых космических полетов и подготовки космонавтов по нештатным ситуациям в составе единой системы моделирования нештатных ситуаций

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.