Контроль и управление
Обучение космонавтов на современных тренажерах относится к управляемому процессу, в ходе которого их профессиональные качества целенаправленно изменяются. Этот процесс осуществляется поэтапно под руководством инструктора экипажа и психолога.
Пульт инструктора комплексного тренажёра
На начальном этапе космонавты знакомятся с интерьером рабочего места космонавта (РМК), его оборудованием, с расположением средств отображения информации, оптическими приборами и органами управления ПКА.
На этапе подготовки на специализированных тренажерах космонавты закрепляют теоретические знания и приобретают профессиональное мастерство по выполнению отдельных операций, приемов, режимов управления в штатных и аномальных режимах полета ПКА. Продолжительность подготовки на каждом из тренажеров зависит от индивидуальных способностей, уровня знаний, специализации и прошлого опыта членов экипажа. После формирования уверенных навыков выполнения отдельных операций и приемов осуществляется переход на комплексные тренажеры, где осуществляется наиболее всесторонняя подготовка экипажа.
Комплексные тренировки — это завершающий этап подготовки, когда последовательно отрабатываются все этапы полета ПКА: запуск, выведение на орбиту, ориентация и маневрирование на орбите, поиск, обнаружение и стыковка с орбитальной станцией или другим космическим аппаратом, расстыковка, спуск с орбиты и другие промежуточные операции. На комплексных тренажерах командир экипажа, по сравнению с другими его членами, выполняет наибольшее количество тренировок, что вызвано его личной ответственностью за реализацию жизненно важных этапов полета. Значительное количество тренировок на комплексных тренажерах направлено на приобретение экипажем навыков выявления нештатных и аварийных ситуаций полета и нахождения способов выхода из них.
Каждое занятие на тренажере включает инструктаж и разбор тренировки. Инструктаж охватывает наиболее важные аспекты предстоящего тренировочного упражнения: характеристики отрабатываемых этапов полета ПКА, информацию о системах ПКА, порядок действий экипажа в обычной и аварийной обстановке, сведения об ограничениях, накладываемых особенностями тренажера, и т. д.
По окончании каждой тренировки инструктор делает разбор, в ходе которого детально анализируется выполненное тренировочное упражнение и делаются выводы о достигнутых успехах, отмечаются ошибки и вскрываются неусвоенные разделы теоретического курса.
По мере накопления профессионального опыта, продолжительность и частота инструктажа и разбора уменьшается.
На всех этапах подготовки в состав космических тренажеров включаются устройства и приборы, которые обеспечивают: контроль за ходом обучения, оценку действий тренируемого космонавта, оперативное управление процессом обучения, корректировку (при необходимости) программы обучения.
Контроль и оценка деятельности космонавтов осуществляется на основе объективных критериев, учитывающих точностные, временные и надежностные показатели деятельности, характеризующие вероятностную достоверность выполнения поставленных перед экипажем задач.
Повышение эффективности обучения на тренажерах достигается решением следующих задач:
• регистрации действий космонавтов по управлению ПКА в динамических режимах;
• контроля и регистрации траектории движения ПКА или управляемых параметров;
• оперативным предъявлением обучаемому объективных показателей, характеризующих допущенные им ошибки по величине и знаку;
• регистрации и воспроизведения в реальном масштабе времени выполненного тренировочного упражнения или его фазы, в которой были допущены ошибки;
• формирования объективных оценок профессионализма космонавтов;
• оценкой психофизиологической напряженности космонавтов в процессе тренировки;
• регистрации визуальной обстановки, наблюдаемой обучаемыми на РМК и ее воспроизведением при разборе тренировки.
Воспроизведение на тренажере эталонных приемов управления ПКА, включая управление в аварийных ситуациях, используется обучаемыми для корректировки своих действий, создает преимущества условий тренажера перед полетными, которые подобными свойствами не обладают. Так, демонстрация особенностей и ошибочных действий космонавтов в процессе тренировок на фоне эталонных способствует выработке стратегии управления, исключающей возможные ошибки.
В каждом конкретном случае, исходя из специфики условий и характера выполняемой задачи, необходима своя методика анализа и предъявления данных об усваиваемых навыках с целью формирования наиболее целесообразных приемов и действий. Чем глубже анализ учебных упражнений космонавта и чем четче осмыслено им выполнение поставленной задачи, тем успешнее развиваются его способности. При этом оптимизация процесса обучения осуществляется только на основе количественных оценок параметров, определяющих процесс управления ПКА.
В настоящее время в качестве критериев оценки профессионализма космонавтов используется эффективность выполнения отдельных операций, характеризующаяся такими показателями, как точность, время выполнения операции и энергетические затраты. Исходя из психологической структуры деятельности космонавта, формируемые на тренажере навыки подразделяются на сенсорные—прием информации различными анализаторами, интеллектуальные — переработка информации и принятие решений, моторные — выполнение управляющих воздействий.
С этих позиций в интегральный критерий оценки профессионализма космонавтов вводятся такие показатели, как: время, величина и количество ошибок, скорость переработки информации, вероятность правильности или ошибочности принятого решения, устойчивость работы, частота и амплитуда управляющих воздействий, способность прогнозирования. По этим показателям определяются отклонения параметров управления от нормативов в виде плотности распределения отклонения, дисперсии и т. д. При оценке действий космонавтов в аварийных ситуациях вычисляется вероятность выхода управляемых параметров за пределы безопасных величин. Профессионализм космонавтов определяется также по таким критериям, как стабильность работы, мера загрузки, определяемая методом дополнительной задачи, и характеристики управляющих воздействий [75].
С ростом профессионализма уменьшается разброс характеристик, определяющих деятельность космонавта. В зависимости от решаемых задач, его подготовленность оценивается также сопоставлением алгоритмов и характеристик его деятельности с эталонными показателями опытных космонавтов или инструкторов.
Использование нормативных оценок в качестве единственного показателя уровня подготовленности в большинстве случаев неправомерно. Более полное раскрытие природы становления навыков осуществляется посредством сопоставления достигнутой эффективности выполнения тренировочного упражнения и нервно-психического напряжения космонавта. С этой целью в состав тренажеров включаются устройства анализа и формирования показателей психофизиологической напряженности в процессе тренировки. Сопоставлением текущих значений этих параметров с нормативными оценивается состояние космонавтов и уровень их тренированности. По мере становления профессионализма, показатели психофизиологической напряженности космонавтов приближаются к значениям, соответствующим состоянию покоя.
В последнее время для оценки эмоционального состояния космонавтов стали использоваться спектральные характеристики их речи [26], что существенно упростило аппаратурную часть космических тренажеров.
На основе оценок эмоционального состояния космонавтов при тренировках осуществляется прогноз их работоспособности в полете, факторы которого могут существенно повлиять на способности решать поставленные задачи с необходимым качеством.
Изложенный подход в оценке профессионализма космонавтов, основанный на учете всей совокупности параметров управляемого процесса, включая количественные показатели психофизиологической напряженности, несущие существенную информацию об их тренированности, получил название интегрального [23].
Предъявление космонавту в процессе тренировки дозированных объемов информации, соответствующих объективным успехам обучения, сокращает время усвоения полного алгоритма процедуры управления ПКА.
Управление объемом предъявляемой на тренажере космонавту информации осуществляется автоматически или вручную инструктором с пульта контроля и управления (ПКУ).
Кроме того, параметры условий и ситуаций тренировочных упражнений изменяются в наиболее вероятном диапазоне (по отношению к реальным условиям) с целью формирования гибких и пластических навыков, которые могут быть использованы в прогнозируемых ситуациях реального полета.
В ряде случаев операции с быстротечными процессами воспроизводятся на начальных этапах обучения в замедленном темпе (нереальном масштабе времени). Если же процесс управления носит процедурный характер с большими временными интервалами между управляющими воздействиями с целью оптимизации процесса обучения по времени, темп тренировочного упражнения ускоряется.
Непреложным требованием к тренировочному процессу космонавтов является его систематичность с последовательным возрастанием сложности, что вытекает из основных дидактических принципов педагогики [92]. С этих позиций аппаратурная часть космического тренажера и, в частности, ПКУ должны обеспечивать решение следующих задач:
• организацию тренировочного процесса по гибкой программе; программное нарастание сложности тренировочных упражнений;
• формирование подсказок обучаемому космонавту;
• изменение временного масштаба тренировочного упражнения (ускорение или замедление);
• варьирование параметров, условий и ситуаций тренировочного упражнения;
• автоматизированный ввод аварийных ситуаций;
• корректировку программы тренировки;
• автоматизированное обучение по принципу «делай как я».
Повышение эффективности обучения и тренировки, оцениваемой фактором времени и показателями профессионализма, осуществляется на основе закономерностей становления навыков.
В соответствии с этими педагогическими принципами эффективность обучения существенно возрастает с предъявлением обучаемому и инструктору информации о тенденции развивающихся навыков (прежде всего о характере допускаемых ошибок). С этой целью в космических тренажерах реализуется постоянная гибкая обратная связь с космонавтом (внутренняя обратная связь) и инструктором (внешняя обратная связь), что позволяет эффективно управлять обучением как со стороны тренируемого, так и инструктора.
Контроль обучения со стороны инструктора позволяет: адаптировать программу тренировок с индивидуальными особенностями обучаемого; оперативно информировать обучаемого о характере ошибок и способах их устранения; формировать интегральные оценки уровня профессионализма обучаемого.
Вместе с тем инструкторскому контролю присущи такие над остатки, как субъективность подхода к организации тренировки и построению методик обучения; трудность фиксации ошибок и оценок уровня профессионализма обучаемого; трудность выявления ошибок и причин их возникновения; субъективизм оценки действий обучаемого, обусловленный уровнем мастерства инструктора; отсутствие достоверных документальных данных для завершения тренировочного процесса или его корректировки.
Учитывая эти обстоятельства, современные космические тренажеры включают системы контроля и управления тренировками (СКУТ). Структурная схема такой системы представлена на рис. 10.
Рис. 10. Система контроля и управления тренировками
СКУТ обеспечивает визуальный и инструментальный контроль за действиями обучаемых. Инструментальный контроль обеспечивают устройства контроля параметров тренировок, анализа психофизиологической напряженности, записи и воспроизведения тренировок, а также пульт контроля и управления (ПКУ).
Через ПКУ осуществляются все управляющие воздействия инструктора, для реализации которых используются: приборы-повторители, аналогичные установленным на РМК; приборы отображения информации об управляемых параметрах и действиях обучаемых; дублирующие органы управления ПКА; органы управления тренировочным процессом (ввод начальных условий, отказов, нештатных ситуаций и т. д.); средства радиосвязи с обучаемыми и обслуживающим персоналом.
Инструктор с ПКУ осуществляет:
• управление ходом тренировки;
• визуальный контроль за действиями обучаемых;
• контроль исполнения обучаемыми логических команд управления и проверки работы систем;
• контроль и оценку действий обучаемых по управлению бортовыми системами ПКА;
• контроль и оценку выполнения обучаемыми динамических операций управления ПКА;
• наблюдение воспроизводимой на тренажере визуальной обстановки;
• воспроизведение тренировки или ее фрагментов на средствах отображения;
• выявление причин ошибочных действий обучаемых;
• ввод нештатных или аварийных ситуаций.
Инструментальный контроль дает обширную и достоверную информацию для объективной оценки качества выполненного космонавтом тренировочного упражнения с учетом его психофизиологических затрат. Он позволяет оперативно информировать обучаемого и инструктора об ошибках, а также осуществлять последующий количественный анализ допущенных ошибок и выявлять причины их возникновения.
Воспроизведение информации, записанной в процессе тренировки, позволяет инструктору при разборе проанализировать работу космонавтов, указать им на ошибки, отметить достижения и оригинальные действия в нестандартных ситуациях, продемонстрировать показательные тренировки или их фрагменты и определить в конечном итоге перспективность экипажа.
Таким образом, СКУТ позволяет полностью реализовать возможности космического тренажера как учебно-тренировочного средства с целью оптимизации учебного процесса или даже существенного упрощения его структуры.
