Учёные МГУ имени М.В.Ломоносова в сотрудничестве со специалистами Научно-исследовательского испытательного центра подготовки космонавтов имени Ю.А. Гагарина усовершенствовали методы управления аэрокосмическими тренажёрами, в том числе алгоритмы управления центрифугой и визуализационных комплексов на основе современных VR-систем. Результаты экспериментов применяются в студенческих практикумах и в рамках развития Научного центра мирового уровня «Сверхзвук». Они позволят сделать полёты безопаснее, а также значительно сократить затраты и риски по отношению к лётным тренировкам.
Для повышения качества подготовки лётчиков и космонавтов необходимо постоянно совершенствовать аэрокосмические тренажёры. Они помогают экипажу отработать действия в штатных условиях полёта с различными значениями перегрузок и при возникновении нештатных ситуаций, а также проверить на выносливость организм космонавта. Допуск к полётам предполагает изучение состояния пилота или космонавта, их поведения и действий в условиях изменений линейных и угловых скоростей. Кроме того, аэрокосмические тренажеры позволяют исследовать особенности системы человек-машина (включая изучение механорецепторов) для совершенствования актуальных и создания новых технологий и комплексов тренировок, аппаратных и программных средств. Примером такого исследования с применением окулографа на центрифугах CF-10 и ЦФ-18 стала работа специалистов МГУ и ЦПК по уточнению расположения полукружных каналов вестибулярного аппарата на основе знаний модели вестибуло-окулярного рефлекса.
Магистранты факультета космических исследований МГУ под руководством научного сотрудника лаборатории математического обеспечения имитационных динамических систем Павла Сухочева в сотрудничестве с учёными механико-математического факультета МГУ оптимизировали процесс управления центрифугой, позволив впервые передать управление космонавту, находящемуся внутри капсулы. Эта разработка с возможностью задействовать прямое управление центрифугой с использованием технологий виртуальной реальности и системы подвижности на основе центрифуги с управляемым подвесом кабины — ключ к новым экспериментам с непосредственным участием космонавтов, что существенно снижает задержки и повышает качество визуализации виртуальной среды.
«Такой тренажёр позволяет реализовать широкий спектр перегрузок и большой диапазон изменений линейных и угловых скоростей, что делает его незаменимым инструментом для тренировок и исследований», — рассказал один сотрудник лаборатории МОИДС МГУ Павел Сухочев.
Система подвижности ЦФ-18 представлена трёхстепенным управляемым кардановым подвесом кабины, закреплённым на консоли центрифуги радиусом 18 метров. Система виртуальной реальности состоит из шлема TotalVision VR2 российского производства с собственной системой определения ориентации в пространстве, идентичного модуля отслеживания ориентации кабины и разработанных сотрудниками МГУ алгоритмов интеграции и коррекции данных пространственной ориентации для формирования корректного изображения в шлеме при поворотах головы испытуемого, находящегося внутри кабины вращающейся центрифуги.
В ходе работ по созданию и совершенствованию этого тренажёра учёным МГУ также удалось снизить не только задержку вывода высококачественного изображения в шлеме виртуальной реальности, но и переработать систему подвижности за счёт усовершенствования технологии управления приводами карданного подвеса кабины. Дополнительным фактором снижения зависимости от задержек стало моделирование и визуализации на основе фактических данных о положении кабины и действующих ускорениях.
Сокращение задержек и повышение качества выводимого изображения также стало возможно благодаря размещению непосредственно в кабине центрифуги портативной графической станции специального формфактора ASUS ROG Mothership с видеоадаптером nVidia RTX 2080 и прямого подключения к этой системе шлема виртуальной реальности TotalVision VR2. Отсутствие необходимости прокладывать за пределы кабины кабеля для передачи сигналов управления и видеоизображения существенно упростило и ускорило проведение научных экспериментов. Использование вышеназванных высокопроизводительных мобильных автономных решений позволило отказаться от дорогостоящих систем дистанционной обработки информации на внешних вычислительных кластерах.
«Созданный коллективами МГУ и ЦПК комплексный тренажёр позволил доказать не только возможность применения шлемов виртуальной реальности в центрифугах с закрытой кабиной, но и самих центрифуг в качестве полнопилотажных авиационных и космических тренажёров с системой визуализации на базе этих шлемов. Также получены ценные данные как о вестибуло-окулярном рефлексе и реакции вестибулярного аппарата человека, так и о работе датчиков, электронных устройств, алгоритмов коррекции и технологий визуализации в условиях больших перегрузок, различных комбинаций линейных ускорений и угловых скоростей. Эти результаты исследований легли в основу разрабатываемых в МГУ моделей и технологий перспективных тренажёрных систем. Получение этих результатов стало возможным за счёт высокой надёжности и большого времени автономной работы системы визуализации при максимальной нагрузки графической системы и воздействии высоких динамических нагрузок», — добавил Павел Сухочев.
Московский университет еще с 1970-х годов активно сотрудничает в области моделирования космических полётов с коллегами из ЦПК имени Ю.А. Гагарина.