(Новое в жизни, науке, технике. Серия «Космонавтика, астро
номия», 3).
- Исследование и освоение космоса поставили ряд научно-техниче
ских и психофизиологических проблем взаимодействия человека и тех
ники в этой принципиально новой сфере деятельности; некоторые из
этих проблем обсуждаются в настоящей брошюре. Дается общая ха
рактеристика космической техники, анализируется усложнение требо
ваний к человеку, осваивающему космос, рассматриваются особенности
трудовой деятельности человека в космосе, а также ряд аспектов взаи
модействия, распределения и взаимовлияния функций человека и тех
ники в процессе освоения ближнего и дальнего космоса. Уделено вни
мание особенностям автоматизации космической техники на современ
ном этапе и в будущем,,
2-6-5
Т. п. 1972 г. Ка 42
6Т6
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
.
.
.
Космическая техника
Человек и космос
.
.
Труд человека в космосе
,
,
Человек и ЭВМ в космосе
........
Робот в космосе — фантазия или реальность?
Усложнение космической техники и проблема автомати
зации
........................................................
, , ,
Человек и техника в ближнем космосе . , . . ,
Человек и техника в дальнем космосе . .- . . 8
Заключение
.
.
..........
Литература
,
.
,
л
»
3
4
7
9
15
19
23
26
29
32
32
Юрий Иванович Новокшоноз
ЧЕЛОВЕК И ТЕХНИКА В ОСВОЕНИИ КОСМОСА
Редактор Р, Г< Б а з у р и н. Обложка И, Г. М а к а реп к о.- Худож,
редактор В, Н. Конюхов, Техн, редактор Г4 И. Качалова. Кор
ректор Л< Сй Соколова.,
А 02114, Сдано в набор 29/ХП 1971 г. Подписано к печати 21/11 1972 г.
Формат бумаги 60Х90’/|б. Бумага типографская № 3. Бум. л. 1. Печ«
л. 2, Уч.-изд, л. 2,01. Тираж 44 570 экз. Издательство «Знание», Москва,
Центр. Новая пл., д, 3/4. Заказ 2887. Типография Всесоюзного общества
«Знание», Москва, Центр, Новая пл., д. 3/4*
Цена 6 коп.
Введение
Человек находится в постоянном общении с природой, взаимо
действует с ней. В процессе этого взаимодействия он ставит
между собой и природой технику. Огонь технического про
гресса, который веками тлел и разгорался, в последние деся
тилетия стал бушевать, как пожар; за последние же 10—15
лет в развитии науки и техники произошел гигантский скачок.
Он вплотную приблизил человека к воротам космоса. Настал
момент, когда с помощью ракетно-космической техники чело
век вышел за пределы земной атмосферы — в космическое
пространство.
Каковы же цели освоения космоса? Осваивая космос, от
крывая новые законы природы, человек становится на новую,
более высшую ступень общения с природой и, следовательно,
получает возможность лучше устроить жизнь на Земле. «Наше
время есть время космических полетов, изучения далекой все
ленной, познания происходящих в ней процессов и потом при
менения этих знаний в современной технике», — писал в этой
связи академик В. А. Амбарцумян.
Поскольку человек в процессе освоения космоса функци
онально связан с техникой, взаимодействует с ней, естествен
ным образом возникает проблема оптимизации этого взаимо
действия. В узком смысле она может пониматься как пробле
ма «человек — машина» применительно к космическим систе
мам — со всеми ее традиционными аспектами (распределение
функций между человеком и техническим элементом системы,
исследование функциональных возможностей человека, «при
способление» машины к человеку и т. д.). В более широком
плане следует иметь в виду, что возможности и перспективы
человека в освоении космоса практически полностью опреде
ляются совершенством космической техники, перспективами ее
развития. Ясно также, что в зависимости от особенностей и
тенденций развития космической техники существенно меня
ются роль и место человека в освоении космоса, специфика
его деятельности в космосе и в конечном счете его жизнь на
Земле. Возникает, таким образом, комплексная проблема ор
ганизации, оптимизации и прогнозирования «взаимоотноше
ний» человека и техники освоения космоса.
Итак, прежде всего; что такое космическая техника?
3
Космическая техника
Человек стал мечтать о полете в космос на сотни лет раньше,
чем сумел подняться в воздух. Люди думали о полетах на
Луну и Марс, еще не предполагая о других источниках дви
жущей силы, кроме силы мускулов человека или животных.
Заветное стремление послать в небесную высь нечто матери
альное, сотворенное руками человека, прошло сложную
эволюцию от примитивной стрелы до шара, наполненного лег
ким газом, от неуклюжей «этажерки» до скоростного самоле
та, от ракеты и искусственного спутника Земли до многоме
стного космического корабля.
Триумф советской науки и техники —- запуск 4 октября
1957 г. первого в мире искусственного спутника Земли весом
в 83,6 кг — был одним из наиболее значительных событий в
истории цивилизации. В 1957 г. на околоземные орбиты выш
ли лишь два спутника — только два! К концу десятого года
космической эры общее число космических летательных ап
паратов, выведенных в космос, достигло 617... Сегодня счет
спутников одной лишь серии «Космос» приближается к пяти
стам. А есть еще «Полеты», «Зонды», «Электроны», «Прото
ны», «Молнии», «Востоки», «Восходы», «Союзы»... По подсче
там представителей ВВС США, уже в 1967 г. вокруг Земли,
Луны и Солнца «вращалось» около 1200 объектов, более двух
сот из которых продолжали посылать на Землю сигналы.
Остальные
«умолкшие» спутники, носовые конусы, облом
ки объектов, потерпевших аварию в космосе, и т. д.
Все это выводится на орбиты ракетами-носителями, обла
дающими уникальной энергетической мощью и совершен
ством. Современная ракета-носитель, имея колоссальный вес,
исчисляемый тысячами тонн, может вывести с первой косми
ческой скоростью на орбиту груз, соответствующий приблизи
тельно 2—4% ее начального веса, а на трассу полета со вто
рой космической скоростью около 0,5% начального веса. Ра
кеты, работающие на химическом топливе, фактически дове
дены в настоящее время до пределов своего конструктивного
совершенства. Достаточно сказать, например, что современ
ные ракетные двигатели имеют удельные тяги, приближаю
щиеся к предельным, теоретически возможным для химиче
ского топлива.
Энергетическая мощь носителя была бы бесполезной, если
бы не обеспечивалась высокая точность работы ракетно-кос
мической техники. Ни одно из известных транспортных
средств не работает в условиях таких жестких требований по
точности, как космическая техника. Взять хотя бы участок
выведения. Казалось бы, то обстоятельство, что траектория
космического аппарата может корректироваться на всех эта
4
пах полета, должно снизить требования к точности выведе
ния. Однако опыт эксплуатации космической техники показы
вает, что для того, чтобы коррекции были эффективными,
ошибки выведения по скорости не должны превышать значе
ний, указанных в нижеследующей таблице:
Спутники Земли
Эллиптическая орбита
Круговая орбита
Допустимая
ошибка по скоро
сти, %
1,0
0,1
Полет к Луне
Попадание на поверхность
Попадание на поверхность в круг радиусом 100 км
Полет вокруг Луны и возвращение на
Землю
Попадание на поверхность Марса
0,2
0,01
0,005
0,0005
Требования к точности не снижаются и на орбите. Раз
личные программы исследования Земли, например, фотогра
фирование, требуют стабилизации и ориентации космического
аппарата с точностью 0,1—2" в течение долей секунды; радиои телесвязь через спутник и навигация наземных объектов по
сигналам со спутника требуют точности 1"—0,3° в течение не
скольких минут. Но наиболее жесткие требования по точности
предъявляет к космической технике звездная астрономия —•
система ориентации должна обеспечить точность гидирования
телескопа до 0,01" в течение нескольких часов!
Несколько слов о надежности космической техники. Слово
«надежность», такое привычное и знакомое в обиходе поня
тие, ныне — научный термин, важный статистический и веро
ятностный показатель обеспечения исправности работы тех
ники. Академик А. И. Берг называет надежностью «вероят
ность безотказной работы любого технического устройства
^(оборудования или промышленного изделия) на протяжении
заданного времени в специально оговоренных условиях». Фак
тор надежности как показатель качества работы техники при
обрел первостепенное значение в авиации, где сложные авто
матические и полуавтоматические системы, обеспечивающие
выполнение различных задач в полете и безопасность экипа
жа, постоянно требуют повышения надежности целых комп
лексов аппаратуры и автоматики.
Имеется много путей повышения надежности техники? ши
рокое внедрение типовых и стандартных изделий, тщательная
доводка перед эксплуатацией, своевременная профилактика,
ремонт и т. д. В космосе, где речь идет о длительной работе
автоматического оборудования, в основном без обслуживаб
мня, кроме перечисленных факторов, необходимы и некоторые
более совершенные способы повышения надежности.
Разработка методов повышения надежности космической
техники идет по нескольким направлениям: по пути внедре
ния прерывистой или импульсной работы аппаратуры, много
кратного дублирования агрегатов, и т. д. Принцип прерыви
стой работы аппаратуры космической техники в длительном
орбитальном полете дает возможность увеличить надежность,.
так как он ведет к экономичному расходованию ресурса>
оборудования и приборов, а также уменьшает потребности в
энергии. Кроме того, если считать вероятность выхода из
строя оборудования в космосе постоянной в течение всего
времени службы, то при прерывистой работе число возмож
ных аварий будет меньше. Требования, предъявляемые к кос
мической технике, определяют весьма высокий уровень ее
автоматизации, т. е. уровень исключения человека из процес
са функционирования систем. Профессор И. Я. Конфедератов
выделяет пять основных, качественно отличных одна от дру
гой групп функций, которые выполняет человек в системе «че
ловек — машина»: энергетические, технологические, управ
ляющие, транспортные и логические. Классификация дается
преимущественно для техники материального производства;
она может быть сохранена и по отношению к средствам иссле
дования и освоения космоса, но только в таком случае имеет
смысл технологические и логические функции понимать не
сколько шире — в соответствии со спецификой космической
техники. История техники доказывает, что чем совершеннее
техника, тем больше трудовых функций человека в системе«человек — машина» передано техническому элементу систе
мы. Рассматривая с этой точки зрения космическую технику,.
мы можем, так сказать, чисто теоретически прийти к выводу,.
что она является весьма совершенной: энергетические и
транспортные функции полностью переданы технике, а уча
стие человека в процессе реализации функций трех остальных
групп существенно меняется в зависимости от задач, выпол
няемых системой.
Мы перечислили ряд таких особенностей космической тех
ники, которые удобно было бы назвать параметрическими,—
они характеризуются более высокими техническими парамет
рами космических систем по сравнению с другими техниче
скими средствами. Существуют, однако, и принципиальные, ка
чественные особенности, отличающие космическую технику и»
в комплексе присущие только ей одной.
Прежде всего о целях, которым служит космическая тех
ника. Создавая конкретное техническое средство — самолет,.
трактор, энергетическую систему, двигатель — человек имеет
В виду вполне определенные цели, которым будет служить
разрабатываемая техника.
6
Подобные цели даже в малом меняются весьма редко, а
принципиально — практически никогда. В случае техники
освоения космоса дело может обстоять несколько сложнее. В
процессе исследования и преобразования космоса, во время
космических полетов и длительного пребывания человека на
других- небесных телах могут возникнуть задачи, которые за
ранее были неизвестны, но которые придется решать с помо
щью имеющейся техники. В этом одно из принципиальных от
личий космической техники от земной: мы, собственно, впервые
сталкиваемся с необходимостью создания систем, цели и за
дачи функционирования которых не определены априорно. ■
Вторая важная особенность космической техники — ее
многофункциональность. Пилотируемая космическая техника,
например, служит не только средством научных исследований,
но и одновременно обеспечивает жизнедеятельность космонав
та. В отличие от земных средств обеспечения жизнедеятель
ности для космических средств характерно, что они компенси
руют большой диапазон экологических условий, определяемый
отличием имеющегося параметра от потребного: при входе в
плотные слои атмосферы, например, тепловая защита косми
ческого корабля поддерживает температуру внутри него в
пределах 20—30°С, в то время как в некоторых точках наруж
ной поверхности температура может достигать 2210—2260°С!
Все вышеперечисленные особенности космической техники,
а также условия, в которых она используется, существенно
меняют и усложняют проблему организации и оптимизации ее
«взаимоотношений» с человеком. Прежде всего качественно
меняются требования к человеку, взаимодействующему с тех
никой в процессе освоения космоса.
Человек и космос
Освоение космического пространства человеком предполагает
его нахождение по крайней мере в трех принципиально новых
сферах: в условиях микромира космического -корабля, в от
крытом космосе и в условиях другого небесного тела. Для
всех этих вариантов характерны различные сочетания таких
факторов, как перегрузка, невесомость, шум, вибрация, мик
роклимат и т. д. К специфически космическим факторам от
носятся, кроме того, вакуум, корпускулярная, электромагнит
ная радиация, метеорные потоки и т. д.
Человек — земное существо. На Земле действует ряд спе
цифически земных факторов, таких, как атмосфера, суточная
и годичная периодичность, магнитное и гравитационное поле.
Влияние гравитации, например, сказалось не только на раз
витии ряда физиологических функций человека, на весе и фор
уме его тела, но и ла психофизиологических механизмах отра-
жеппя им внешнего мира. Центральная нервная система че
ловека, ее структура и функции сложились в результате дли
тельного эволюционного развития в специфических земных
условиях — и соответствуют им. Человеческий организм по
добен полужидкой капле, заклю 'енной в непрочную оболоч
ку. Эту каплю с трудом удерживают в определенных грани
цах кости и мускулы. Даже в спокойном состоянии, но вися
вниз головой, человек жить не способен.
Влияние космических факторов на находящиеся на Земле
организмы и их популяции исследовалось, начиная с 1915 г.,
А. Л. Чижевским и другими учеными. В результате исследо
ваний в биологическую практику стали проникать идеи о за
висимости земной жизни от космоса. Эти исследования при
вели к выводу о зависимости числа эпидемий, кривых смерт
ности и других биологических, физиологических и патологи
ческих процессов от солнечной активности. В 50-х годах были
проведены первые биологические эксперименты на ракетных
аппаратах в верхних слоях атмосферы, а 3 ноября 1957 г. был
запущен первый биоспутник, в котором, кроме научной аппа
ратуры, был установлен герметический контейнер с первым
космическим пассажиром — собакой Лайкой. Вслед за ней в
космосе побывали и другие животные и растения. Полученные
результаты дали убедительные доказательства реальной воз
можности полетов людей в космическом пространстве.
Любой организм может жить в сравнительно узком диапа
зоне условий, которыми обладает лишь биосфера. Поэтому
выход живых существ за пределы биосферы, в космос, возмо
жен лишь в искусственно созданной модели биосферы или в
искусственной среде, ее заменяющей, — в кабине космиче
ских аппаратов.
Для подготовки к полетам человека в космическое про
странство в 1960—1961 г. было запущено пять эксперимен
тальных кораблей-спутников. Основной целью запусков вто
рого и третьего кораблей-спутников была отработка систем
жизнеобеспечения. На борту кораблей находились собаки
вместе с другими животными и биологическими объектами.
На четвертом и пятом кораблях-спутниках, кроме собак, в
кабине находился манекен космонавта. Это была генеральная
репетиция перед полетом человека в космическое простран
ство.
12 апреля 1961 г. в 09 ч 07 м на корабле «Восток» начал
свой исторический полет летчик-космонавт Ю. А. Гагарин. На
ступила новая эра — эра космических полетов человека.
Уже первые полеты в космос показали, что человек может
приспособиться к ориентации в орбитальном полете и в от
крытом космосе. Но при этом между органами чувств возни
кают существенно иные соотношения по сравнению с земны
ми, Главное значение приобретают зрение, тактильные и мы3
течно-суставные ощущения и меньшее — сигнализация со
стороны отолитового прибора. Человек хорошо поддается тре
нировке, успешно приспосабливается к необычным условиям
и, пользуясь достижениями науки и техники, создает для себя
подходящи^ условия, приемлемый микроклимат. Собственна,
в свое время аналогичная ситуация была ведь и на Земле: че
ловек был слабо приспособлен к суровой природе, не умел до
бывать пищу и т. д. Однако в процессе эволюции он исполь
зовал свой интеллект для экологического освобождения — по
степенно перестал мокнуть иод дождем, зябнуть после захода
Солнца и быть жертвой голодных хищников. Нет никаких
оснований считать, что аналогичная задача не может быть ре
шена и человеком, осваивающим космос, — в особенности в
условиях уникального в своем роде научно-технического взры
ва, переживаемого человечеством в настоящее время.
По мере развития космической техники и усложнения за
дач освоения космоса возникает проблема обеспечения дли
тельного пребывания человека в космосе. Длительное пребы
вание человека, скажем, на околоземной орбите уже само по
себе сопряжено со значительными трудностями инженерного,
физиологического и психологического порядка. Недостаточно,
к примеру, просто поддерживать в помещении, где находится
космонавт, приемлемое давление, температуру, влажность и
состав воздуха. Необходимо создать такие условия, при ко
торых человек мог бы плодотворно работать и нормально от
дыхать. После многочисленных запусков ракет, искусственных
спутников и обитаемых космических аппаратов наши знания
об околоземном космосе намного расширились. И если сегод
ня космонавты еще проходят весьма жесткий в физиологиче
ском и психофизиологическом плане контроль в процессе от
бора, то завтра в результате развития космической техники
критерии отбора будут, может быть, существенно ослаблены.
С этой точки зрения большой интерес представляют меди
ко-биологические исследования, целью которых являются вы
явление и анализ влияния длительных космических полетов
на организм человека. Результаты исследований самым суще
ственным образом влияют на процесс проектирования косми
ческих аппаратов, определяют пути развития космической тех
ники. Американские специалисты полагают, например, что
если космическая станция с экипажем из 24 человек будет на
ходиться на орбите в течение 5 лет, то в этом случае целесо
образно через каждые 90 суток заменять половину экипажа,
чтобы обеспечить среднее пребывание на орбите каждого кос
монавта в течение 6 месяцев. То, что полгода — оптималь
ный срок — является всего лишь предположением, которое,
однако, уже сегодня определяет соответствующий подход к
разработке космической техники. Если затем, в процессе ее
эксплуатации, выяснится, что менять экипажи следует ча
9
ще — техника будет использоваться пелучшим образом. От
сюда ясно, какое огромное значение имеют МбДико-бйологические исследования, проводимые сегодня.
Труд человека в космосе
В процессе практической деятельности человека довольно
часто встречаются ситуации, когда некоторые задачи могут
быть выполнены человеком как с помощью техники, так и од
ной лишь техникой. В последнем случае, однако, это подчас
ведет к недопустимому усложнению техники. Это вынуждает
конструктора искать оптимальное сочетание функций челове
ка и техники в системе, обеспечивающее выполнение постав
ленной задачи.
Известно, например, что космонавт способен успешно вы
полнять стыковку в космосе при визуальной' ориентации. Об
этом свидетельствуют как практика наземного моделирования,
так и натурные эксперименты. На расстоянии нескольких мет
ров до цели космонавт может заметить сближение и опреде
лить скорость сближения с приемлемой точностью.
Известно также, что возможности современной техники
позволяют производить стыковку и автоматически, что и было
впервые выполнено еще в октябре 1967 г. (ИСЗ «Космос-186»
и «Космос-188»), Тем не менее, мы тренируем космонавтов и
готовим их к выполнению операции стыковки. Почему? Да
потому что осуществление автоматической стыковки с техни
ческой точки зрения является гораздо более сложным, чем
■ручная стыковка! Это не исключает перспективы преимуще
ственного использования последнего способа в практической
работе по освоению ближнего космоса и может быть более ра
циональным.
Могут встретиться также задачи, которые техникой сегод
няшнего дня не могут быть выполнены самостоятельно. Таких
задач довольно много сегодня — завтра их будет еще больше.
В таких случаях также необходим человек. В будущих поле
тах могут встретиться задачи, которые вообще заранее неиз
вестны. Их, естественно, сможет выполнить только человек на
борту космического аппарата.
■ Уже сегодня пилотируемый космический аппарат представ
ляет собой сложную многоконтурную систему, и поэтому кос
монавты уделяют много времени и сил управлению работой
различного оборудования, решению навигационных задач,
подготовительным операциям на начальном и конечном уча
стках полета и т. д. Человек не только оператор в системе
управления, но и исследователь, участник биологического
эксперимента, а в ближайшем будущем — механик, монтаж
ник, сборщик, строитель...
Самые обычные действия в космосе выполнять непривычно.
трудно. Космические условия — прежде всего невесомость —<
затрудняют действия космонавта, требуют специальной под
готовки. Только на выполнение плавного отхода от шлюза без
разворотов космонавту А. А. Леонову потребовалось шесть
попыток, а для отработки подхода к шлюзу — четыре попыт
ки. Немало труда потратил космонавт и для того, чтобы вта
щить в шлюз кинокамеру. А в будущем ведь предстоит брать
с собой в космос не только кинокамеру, но и научные прибо
ры, приборы для ориентации, передвижения, различного рода
инструменты для работы в космосе! Даже самые простые тех
нологические операции, такие, например, как сварка, пайка,
закручивание гаек, в условиях космоса будут выполняться
совсем не так, как на Земле.
Не менее важна и проблема длительности пребывания в
открытом космосе. Космонавты считают, что в настоящее вре
мя продолжительность пребывания вне кабины вполне может
быть увеличена до восьми часов (сейчас она не превышает
четырех часов), но для этого необходимо создать индивиду
альную ранцевую систему жизнеобеспечения и скафандр, ко
торый позволял бы космонавту, находясь вне кабины, есть и
пить. Имеющиеся системы, обеспечивающие вентиляцию и ра
диосвязь, довольно сложны, громоздки и имеют вес порядка
40—50 кг. Таким образом, трудности деятельности человека
в космосе определяются не только спецификой космических
условий, но и в значительной мере — несовершенством тех
ники.
Труд космонавта имеет свои особенности. Процесс ручного
управления угловым положением корабля, например, с психо
физиологической точки зрения существенно отличается от ана
логичной работы пилота самолета: самолет сравнительно бы
стро реагирует на управляющие воздействия, тогда как кос
мический корабль обладает значительной инерционностью.
Маневр космического корабля, идущего на стыковку, также
существенно отличается от любого маневра самолета.
Вся совокупность воздействий, оказываемых человеком на
космический корабль, может быть разделена на две большие
группы: регулирующие и управляющие воздействия. Первые
■имеют своей целью поддержание каких-либо параметров —
например, температуры и давления — в определенных преде
лах. Управляющие же воздействия направлены на выполне
ние той или иной программы (например, изменение парамет
ров орбиты космического аппарата).
В первых пилотируемых полетах космических аппаратов
деятельность космонавтов сводилась в основном к наблюде
нию и выполнению относительно несложных операций кон
троля за работой системы управления, ориентации, жизнедея
тельности и радиосвязи. Тем не менее уже вторым космонав
том Г. С. Титовым в 1961 г, была, впервые опробована систеII
на ручного управления движением космического аппарата
около центра масс. Об этом факте обычно говорят вскользь,
особенно сегодня, учитывая современный уровень участия че
ловека в управлении космическим аппаратом. Между тем опе
рации Г. С. Титова в космосе имели принципиальное значение
для последующего развития космической техники — ведь бы
ла впервые практически исследована эффективность ручной
системы управления космическим аппаратом, доказана спо
собность человека обеспечить потребное движение аппарата,
его ориентацию. Как вскоре выяснилось, использование этой
возможности может стать остро необходимым. Так, в феврале
1962 г. первый американский космонавт Д. Гленн в конце пер
вого орбитального витка в силу неполадок в автоматике был
вынужден перейти на ручное управление. Аналогичные непри
ятности были и у другого американского космонавта С. Кар
пентера, причем его положение осложнялось еще и тем, что,
перейдя на ручное управление, он не выключил автоматику.
Следующий этап начался полетами пилотируемых косми
ческих аппаратов типа «Восход» и «Джемини» (первый полет
советского космического корабля «Восход» с тремя космонав
тами — октябрь 1964 г. Первый полет американского косми
ческого корабля «Джемини» с двумя космонавтами — март
1965 г.). На этом этапе продолжали усложняться не только
космические аппараты, но и системы наземного обеспечения.
Участие человека в управлении стало всеобъемлющим, начал
ся процесс специализации космонавтов, человек, снабженный
автономной системой жизнеобеспечения, впервые вышел в от
крытый космос (А. А. Леонов, март 1965 г., космический ко
рабль «Восход-2»), Резко возрастает функциональная нагруз
ка космонавтов. Например, космической программой «Джеми
ни» космонавтам было запланировано более 100 различного
рода экспериментов, 80% которых были успешно выполнены.
Максимальное число отличных один от другого экспериментов
подчас достигало 20, время космонавтов было расписано по
минутам, каждый из них выполнял весьма сложные и разно,.
образные функции.
Данных, которые необходимы космонавту для успешного
выполнения задания, очень много. Эти данные поступают с
Земли, из космического пространства и от различных систем
космического аппарата. Такая информация весьма разнооб.
разна и требует большой подготовленности космонавта в са.
мых различных областях. Современный космонавт должен
быть разносторонним специалистом — подобно тому, как соз
датели первых самолетов были конструкторами, летчиками
и мотористами одновременно. Существенно также и то, что
космонавт взаимодействует, собственно, не с реальной обета-:
новкой, а с ее информационной моделью, даваемой системой
индикации. Необходимо, следовательно, создавать такие ин
12
формационные системы, которые бы обеспечивали максималь
ную эффективность приема информации. Здесь у конструкто
ров космической техники и психологов еще много нерешенных
задач.
Второй важной проблемой является необходимость весьма
быстрой переработки данных космонавтом и принятия реше
ний в сложных ситуациях. Здесь, естественно, существуют оп
ределенные пределы. Недостаточность быстроты психофизи
ологических реакций человека стала сказываться еще при
управлении реактивными самолетами. Уже при скорости поле
та, втрое превышающей звуковую, перед самолетом появляет
ся «слепое» расстояние( примерно равное 100 м), которое не
воспринимается летчиком. Опыт показывает, что для оценки
ситуации в полете на реактивном самолете требуется прибли
зительно 1,5—2 сек. За это время околоземный космический
корабль пролетит 13—16 км. Временной дефицит будет осо
бенно чувствоваться при сближении с каким-нибудь небесным
телом. Здесь человеку должна помочь автоматика, которая
позволяет увеличить скорость реакции системы управления на
изменение обстановки в десятки и сотни раз. Правда, это пока
лишь программированная переработка информации; «сооб
разительности» и «находчивости» ждать здесь нельзя, они попрежнему остаются прерогативой человека.
Не менее важной задачей является выполнение космонав
том принятого решения и слежение за реакцией техники.
Опыт, полученный в процессе космических полетов, показал,
что космонавт весьма пластичен в роли исполнителя команд
и может выполнять самые разнообразные действия. Однако
никогда не следует забывать, что человек подвержен устало
сти, скуке, а в исключительных случаях — страху, растерян
ности, панике. Здесь ему на помощь должны прийти автомати
ческие системы.
Человек хорошо приспосабливается к управлению — адап
тация путем тренировок реакций на заранее известные факто
ры практически неограничена. Огромное значение имеет здесь
совершенство техники, ее соответствие особенностям человека.
Еще в последней четверти XIX в. отечественные ученые Д. И.
Менделеев и Н. А. Арендт отмечали, что, создавая летатель
ный аппарат, конструктор должен думать и о человеке, кото
рый будет им управлять, — необходимо создавать аппарат,
«доступный для всех и уютный». В 30-х годах XX в. в СССР в
области авиационной техники были проведены первые иссле
дования инженерно-психологического характера. Советские
исследователи Н. В. Зимкин и Н. А. Эпле впервые поставили
задачу изучения восприятия показаний авиационных прибо
ров. Была, в частности, выявлена зависимость скорости и точ
ности чтения приборов от величины и формы циферблата, от
величины делений и формы стрелок.
13
С усложнением техники проблема все более и более обо
стряется. Возникает задача согласования конструкции маши
ны с рабочими характеристиками человека. Эта проблема ста
новится первоочередной в случае космической техники.
Предстоит также преодолеть немало трудностей, прежде
чем самые простые инструменты и приборы станут нормально
работать в космических условиях. Известно, например, что по
возвращении в лунную кабину у экипажа космического кораб
ля «Аполлон-12» разорвался из-за большого перепада темпе
ратур мешок с лунной пылью и грунтом; вследствие умень
шения силы тяжести отказал лентопротяжный механизм фо
токамеры; щипцы не позволяли захватывать крупные образ
цы грунта; панель для измерения скорости солнечного ветра
при свертывании вследствие большого перепада температур
получила ряд разрывов и ее с трудом удалось уложить в ме
шок для хранения, и т. д. Поэтому после каждого полета спе
циалисты тщательно изучают выявленные недостатки техники
и затем совершенствуют ее.
Несколько слов о надежности космической техники. На
дежность является основным требованием в случае присут
ствия человека на борту космического аппарата. Несмотря на
то, что современные методы обеспечения надежности достаточ
но развиты, включение человека в систему существенно услож
няет проблему. Возникает следующий основной вопрос: обес
печивает ли присутствие человека, его активные действия по
вышение надежности и безопасности полета? На этот вопрос
можно ответить так: да — при определенных условиях.
Американский космонавт Д. Гленн подчеркивал в своих
отчетах после полета, что во многих случаях безопасность че
ловека на космическом корабле прямо зависит от его дей
ствий. Даже там, где необходимы автоматические системы,
благодаря присутствию человека надежность их работы значи
тельно повышается. Полет Д. Гленна на космическом кораб
ле «Меркурий» служит хорошим тому примером. Корабль в
связи с отказом автоматической системы возвращения мог не
вернуться на Землю, если бы на его борту не было человека.
Американскими исследователями было проведено сравне
ние надежности работы бортовых систем космических кораб
лей, полностью автоматизированных (с двухкратным, трех
кратным, четырех- и пятикратным дублированием), а также
систем, включающих оператора. Вначале работа всех систем
была одинаковой. Но уже на четвертый день имитированного
полета начался разнобой. К концу 14-го дня полета работо
способность систем с двукратным, трехкратным и четырех
кратным дублированием не могла считаться удовлетворитель
ной, а система с пятикратным дублированием не была доста
точно высокой. За это же время надежность работы системы,
включавшей космонавта, оказалась выше, чем у других си14
сгсм. К тому же и вес ее был меньше веса последних, что для
космической техники с ее жесткими весовыми лимитами весь
ма существенно.
Что мы имеем в виду, говоря, что человек способен повы
шать надежность системы «при определенных условиях»?
Имеется в виду комфорт, оптимальная продолжительность ра
боты и отдыха, разнообразие ситуаций и г. д. Нельзя сказать,
чтобы в этом плане все было уже ясно, особенно если речь
идет о длительных космических полетах. Но кое-что уже изве
стно. Изучается, например, проблема готовности к действию,
которая служит весьма важным фактором надежности в си
стемах «человек — машина». Как долго космонавт, несущий
вахту, может находиться в состоянии достаточной готовности
к действию? Или, иными словами, когда у него разовьется
утомление, которое может отразиться на качестве его деятель
ности? В настоящее время с полной определенностью ответить
на этот вопрос невозможно. Однако, используя данные, на
копленные физиологией и психологией труда, ученые уже се
годня ищут пути к определению оптимального времени несе
ния вахты в космическом полете.
Для обеспечения надежности и безопасности необходимо
рациональное сочетание возможностей человека и машины.
Это возможно только в том случае, если уже при проектиро
вании космического корабля будут в комплексе учитываться
психофизиологические свойства оператора и технические ха
рактеристики машины. Одним из современных средств каче
ственного изменения характеристик технической системы, ее
возможностей является включение в ее состав вычислительной
техники.
Человек и ЭВМ в космосе
История применения ЭВМ на летательных аппаратах уже на
считывает более двух десятков лет. Начиная с конца 40-х го
дов, разрабатываются ЭВМ, предназначенные для использо
вания на борту летательных аппаратов. Первые ЭВМ устанав
ливались на военных самолетах и решали ограниченный круг
задач. В дальнейшем возможности таких машин расширились,
и их стали устанавливать на ракетах и космических аппара
тах.
С какой целью устанавливаются ЭВМ на космических ап
паратах? Использование ЭВМ позволяет объединить электрон
ное и радиотехническое оборудование космического аппарата
в единый комплекс для централизованного решения различ
ных задач. При этом повышается автоматизация навигации и
управления космического аппарата, точность навигации, на
15
дежность, уменьшаются размеры и вес бортовой аппаратуры
и время при подготовке запуска. В целом использование ЭВМ
повышает эффективность космического корабля.
К основным функциям ЭВМ на космическом корабле отно
сятся навигация, управление полетом и возвращением, инди
кация, управление двигателем корабля, а также контроль си
стем и выявление причин аварий. Следует особо отметить две
последние операции.
Использование ЭВМ для управления работой двигателей
является весьма перспективным, так как ЭВМ быстро прини
мает правильные решения в критические моменты, а это су
щественно повышает безопасность. ЭВМ программируется на
выполнение тех же операций, которые может выполнить и кос
монавт, но действует во много раз быстрее, оставляя за эки
пажем право утвердить или запретить выполнение того или
иного решения.
Автоматическое обнаружение неисправностей поможет
сократить время поиска неисправностей, поможет быстро и
точно определить объем и вид работ, необходимых для эф
фективного устранения неисправностей в космосе.
Каковы же возможности ЭВМ на космическом аппарате?
Прежде всего о навигации и управлении. В настоящее вре
мя бортовые ЭВМ (цифровые) используются преимуществен
но в авиационных навигационных системах. В космосе для них
пока мало «интересной» работы, за исключением маневров во
время встречи в космосе, а также некоторых задач полета на
Луну. Современные навигационные системы могут автомати
чески вычислять текущее местоположение космического аппа
рата по данным автономной навигационной системы и средств
коррекции, имеющихся на космическом аппарате. Они могут
рассчитать заданную траекторию, оставшееся расстояние, вре
мя полета до любого заданного промежуточного пункта, за
данное время пребывания в контрольном пункте или пункте
назначения. Известно, например, что когда в ноябре 1968 г.
спускаемый аппарат станции «Зонд-6» вошел в плотные слои
атмосферы, необходимая программа дальнейшего полетаспуска была выбрана с помощью бортовой вычислительной
машины. Навигационные системы обеспечивают данные для
систем индикации, а также необходимые сигналы для функ
ционирования системы управления.
Несколько слов о тенденциях развития систем индикации.
Усложнение космических аппаратов и задач, выполняемых
ими, требует существенного улучшения систем индикации.
Можно выделить два основных направления развития индика
торов, специально предназначенных для работы экипажа с вы
числительной техникой: автоматические картографические ин
дикаторы, в которых необходимо навигационные данные с
микропленки проецировать на экран в виде карты, схемы или
16
чертежа; многофункциональные электронные лндикаторы, ко
торые могут, в частности, индицировать данные, поступающие
с электронных приборов, радиолокаторов и т. д.
ЭВМ может также обеспечивать самоконтроль и помощь
экипажу в контроле за всеми бортовыми системами и борто
выми приборами. Для экипажа космического аппарата очень
важно, чтобы на все вопросы, касающиеся полета, были полу
чены быстрые ответы — для того, чтобы можно было принять
наилучшее решение в критической ситуации. Безопасность уве
личивают следующие мероприятия: автоматизация управле
ния, автоматизированное получение, передача и переработка
информации, автоматический сбор и обработка информации о
работе космонавта, автоматический контроль работы систем
и прогнозирование отказов. Все эти мероприятия невозможны
без вычислительной техники.
В ряде случаев ЭВМ могут не только помочь человеку, но
и заменить его полностью при выполнении тех или иных задач
полета. Широко известны примеры использования ЭВМ в про
цессе прогноза погоды (на основе использования данных, по
лучаемых со спутников). Менее известны весьма любопытные
примеры использования ЭВМ при фотографировании из кос
моса. Например, для увеличения четкости деталей на получен
ных снимках определяется яркость отдельных точек на снимке
(примерно 40 000 точек на одном снимке). Соответствующий
цифровой код записывается на магнитную ленту и обрабаты
вается на вычислительной машине. В результате удается обес
печить большую четкость деталей и большую контрастность
между участками, освещенными Солнцем и находящимися в
тени. Удается также частично устранить влияние электронных
шумов, наложившихся при передаче снимков с борта космиче
ского аппарата на Землю (речь, в частности, идет об обработ
ке снимков Марса).
Возникает вопрос о соотношении, оптимальном распреде
лении функций между ЭВМ и космонавтом. В случае жестко
программированного полета ЭВМ, вообще говоря, может пол
ностью заменить космонавта в процессе управления космиче
ским аппаратом. В случае нежесткой программы такая заме
на нецелесообразна — ЭВМ должна в этом случае вырабаты
вать информацию в наиболее удобной для космонавта форме,
а также обеспечивать контроль за характеристиками всех си
стем и немедленно сигнализировать о появившихся неисправ
ностях. Самос большое преимущество — возможность выбора
космонавтом информации по желанию. Например, на навига
ционном индикаторе космического аппарата, могут воспроизво
диться не только текущие значения местоположения, но и дру
гие данные в наиболее наглядной форме, по которым можно
судить о возникшей ситуации. Возможность воспроизведения
только нужной в данный момент информации и связанное с
17
этим сокращение числа приборов упрощает и увеличивает
надежностьсистемы «человек — машина» в космосе.
В настоящее время за рубежом разработаны бортовые
ЭВМ, предназначенные для использования на космических
аппаратах. Непрерывно появляются все новые и новые маши
ны, предназначенные для самого различного использования
на летательных аппаратах. Это объясняется стремлением ча
стных фирм получить выгодные заказы, а также тем, что при
разработке сложных комплексов вооружения и космических
объектов (в США, например, имеется большое число военных
и космических программ) специально создаются бортовые
ЭВМ, предназначенные для решения конкретных задач.
Специализация ЭВМ потребует наличия на космическомаппарате нескольких вычислителей. При этом стоимость аппа
ратуры повышается, отдельные ЭВМ с трудом сопрягаются
между собой, затрудняется автоматический самоконтроль.
Преимуществом специализации является повышение надежно
сти систем.
Более перспективными считаются, однако, системы, в кото
рых все задачи решаются одной центральной ЭВМ. В таком
случае существенно снижается общее число устройств за счет
использования временного разделения, облегчается режим са
мопроверки всей системы, упрощаются работа индикаторов,
запись и анализ данных. Недостатком является необходи
мость многократно резервировать подсистемы, от которых не
посредственно зависит безопасность полета.
Современные ЭВМ общего назначения уже удовлетворяют
требованиям центрального вычислителя, их стоимость сни
жается. Это машины на твердых интегральных схемах, обла
дающие высокой надежностью, быстродействием, гибкостью
программирования,
большой
емкостью
запоминающих
устройств и хорошей точностью.
Вес и объем ЭВМ непрерывно уменьшаются. Вес машин
1949—1955 гг. составлял 140—200 кг, а объем — 160—240 дл?.
Вес большинства современных машин, предназначенных для
использования на борту летательных аппаратов, составляет
5—20 кг, а объем 5—30
