CC BY
82
us
RESEARCH
НАУКА И АСУ 2014
ПЕРСПЕКТИВЫ СОЗДАНИЯ РОБОТОТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ И КОМПЛЕКСОВ ПОДГОТОВКИ И ПУСКА РАКЕТ КОСМИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Тарасов А.Г., к.т.н., Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского, Atol-77@mail.ru
Ключевые слова:
робот, безопасность, ракета космического назначения, стартовый комплекс, нештатная ситуация.
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются проблемы современной робототехники с позиций их внедрения в процессы подготовки и пуска ракет космического назначения. Основное применение роботизированных средств в рассматриваемой области -устранение нештатных и аварийных ситуаций, для чего необходимо разработать модель процесса функционирования робототехнического комплекса подготовки и пуска РКН и развивать производство собственной элементной базы.
Совершенствование ракетно-космических комплексов (РКК) влечёт за собой увеличение систем, подсистем, блоков, модулей и связей между ними, что конечно, усложняет процесс подготовки и пуска ракет космического назначения (РКН). Возможность использования автоматизированных систем управления (АСУ) определяется рядом противоречивых требований, с одной стороны, увеличением числа используемых технических средств, объёмов обрабатываемой информации, и с другой стороны ограничениями по стоимости, надёжности и быстродействию используемой аппаратной базы и программного обеспечения. Качество подготовки операторов военно-технических систем вследствие отсутствия современных учебно-тренировочных средств, в лучшем случае, остается на прежнем уровне, а как правило, понижается. Анализ запусков космических аппаратов и транспортных рейсов на орбиту показал, что за последние четыре года из 100 запусков в космос шесть признаны «неуспешными» или «аварийными», причем основной причиной космических аварий последних лет является человеческий фактор.
Процессы подготовки и пуска ракет космического назначения всегда были и остаются наиболее опасными операциями, с точки зрения возможных последствий аварийных ситуаций, при выполнении задач выведения космических аппаратов и осуществления пилотируемых пусков. Трагедия, произошедшая 24 октября 1960 года на 41 площадке Байконура, при подготовке к пуску прототипа стратегической ракеты Р-16, в результате взрыва которой на старте сгорели 59 человек, включая Главкома РВСН
Главного Маршала артиллерии Неделина М.И. и еще 32 ракетчика скончались от ожогов в госпитале, явилась толчком к созданию автоматизированных систем управления подготовкой и пуском РКН.
Анализ аварий советских (российских) ракет космического назначения за все время их эксплуатации [1] показал, что с применением автоматизированных систем управления подготовкой и пуском РКН удалось значительно уменьшить количество случаев гибели личного состава (рис.1).
Основными средствами выведения космических аппаратов и транспортных кораблей на орбиту Войск воздушно-космической обороны являются ракеты-носители «Союз-2» и вводимая в эксплуатацию ракета-носитель «Ангара». При разработке современного РКК «Ангара» разработчики комплекса минимизировали непосредственное участие личного состава в процессах подготовки и пуска РКН на стартовом комплексе (СК) с целью повышения качества процессов подготовки и пуска РКН и безопасности личного состава. Однако в случае возникновения нештатной ситуации (НШс), которую при наличии личного состава на СК можно было бы оперативно устранить, ракету приходится снимать со старта и везти обратно в монтажно-испытательный комплекс, что приводит к переносам пусков. Таким образом, в традиционных подходах к построению автоматизированных систем подготовки и пуска имеет место противоречие между требованиями к уровню безопасности и своевременности пуска РКН, поскольку для удовлетворения первого из них количество личного со-
SCIENCE AND ACS 2014
US
RESEARCH
Рис.1. Количество аварий и катастроф по годам за время эксплуатации РКН
става должно сокращаться, а для выполнения второго, наоборот, увеличиваться.
Вопросы обеспечения безопасности процессов подготовки и пуска РКН рассматривались в работе [2]. В данной работе показатель безопасности процесса функционирования стартового комплекса (ПФ СК) оценивается по следующей формуле:
безопасно
1 -
' GF К
ES [N]
1 -W W
(1)
p p p P )(1 - p p p )
1 НшС ОФ1 R1 Защ)\у 1 Обн1 Tipp1 pp)
где G - безразмерный «избыточный» расход веществ при достижении целевого назначения ПФ СК; F - безразмерная площадь воздействия безразмерного «избыточного» расхода веществ;
ES - безразмерная энергия диссипации «избыточных» мощности и веществ при достижении целевого назначения ПФ СК;
^ - требуемая мощность для достижения целевого назначения ПФ СК;
[N1 - нормированная мощность достижения целевого назначения ПФ СК;
W - потенциально возможная целевая эффективность ПФ СК;
PНшc = Р(БНшС)- вероятность возникновения НшС в ПФ СК; POФ = Р(Б0Ф/БНшС) - условная вероятность возникновения опасного фактора (ОФ);
Рд = р(Бд /БНшС Б0Ф) - условная вероятность нахождения объекта безопасности в пространстве воздействия ОФ; Рзащ = р($ващ/БншсБофБя) - условная вероятность отсутствия защищенности у объекта безопасности от воздействия ОФ; РОбн = Р(Б0бн/БНшС) - условная вероятность обнаружения и распознавания опасной ситуации (ОС);
Р„рГ = р(Б„рГ/Бнша ЯобН) - условная вероятность принятия правильного решения по выходу из ОС; Ррр = Р(БРР /БНшС Б0бн Б„рР) - условная вероятность безотказной (безошибочной) реализации принятого решения; [Р] - нормированное значение вероятности поражения объекта безопасности в ПФ СК; БНшС - случайное событие возникновения НшС; Б0Ф - случайное событие возникновения ОФ при наличии Нш С;
Бд - случайное событие нахождения объекта безопасности в пространстве воздействия ОФ;
БЗащ - случайное событие отсутствия защищенности у
объекта безопасности от воздействия ОФ;
Б0бн - случайное событие обнаружения и распознавания ОС;
Б„рР - случайное событие принятия решения по выходу из
ОС;
БРР - случайное событие реализации решения по выходу из ОС.
Согласно формуле (1) для повышения безопасности ПФ СК необходимо уменьшать вероятность возникновения ОС, за счет повышения надежности оборудования СК, обучения и тренажа личного состава боевых расчетов (РНшС ¿), исключения условий возникновения ОС (Р0Ф 1,Рд I, РЗащ ¿), а также повышать вероятность выхода из НшС за счет совершенствования технических средств обнаружения и распознавания НШс (Р0бн Т), применения технических средств поддержки принятия решения (Р„рР Т), надежной (безошибочной) реализации решения (Ррр Т ).
Значение показателя Убезопасно должно определяться для каждой составляющей процесса подготовки и пуска РКН, а именно для личного состава боевого расчета (ЛСБР), оборудования СК и РКН. При этом интегральный показатель Убезопасно безопасности ПФ СК будет рассматриваться как вектор показателей безопасности ПФ СК для различных объектов безопасности
HiS
RESEARCH
НАУКА И АСУ 2014
. =
^7ЛСБР Т7 СК ТлРКН
безопасно > * безопасно > * безопасно
)
безопасно(З)
В РКК «Ангара» после вывоза ракеты на СК все операции выполняются в автоматическом режиме без непосредственного участия личного состава, вследствие чего уменьшается вероятность возникновения ОС (Рл^0), а
Г Т^ЛСБР
показатель безопасности личного состава Убезопасно стремится к абсолютному значению. Однако при этом также уменьшается вероятность выхода из НшС, которые в большинстве случаев требуют вмешательства личного состава, а следовательно уменьшаются показатели безопасности оборудования СК и РКН.
Таким образом, в современном РКК «Ангара» созданы все предпосылки для замены личного состава в процессе выхода из НШс техническими средствами. Данные технические средства должны решать следующие задачи:
- оценить состояние объекта управления (функция идентификации);
- сформировать закон управления (функция принятия решения);
- реализовать управление в виде энергетического воздействия на объект управления (функция модификации).
В виду того, что оборудование СК и РКН имеют большие габаритные размеры и разнесены на большие расстояния, технические средства для выхода из НШс должны обладать средствами передвижения и манипуляции. Техническое средство, обладающее средствами передвижения и манипуляции, способное частично или полностью выполнять функции человека при взаимодействии с окружающим миром называется роботом.
Таким образом, необходимость развития робототех-нических комплексов (РТК) подготовки и пуска РКН обусловлена:
- необходимостью минимизации участия личного состава в ряде опасных операций при подготовке и пуске РКН;
- возрастающей актуальностью решения ряда задач, возможность решения которых с непосредственным участием человека-оператора сильно затруднена (устранение НШС и ликвидация последствий аварий на стартовом комплексе, подготовка и пуск РКН в период нарастания военной угрозы и в условиях военного времени).
До сих пор нет однозначного мнения по поводу содержания понятия «робот». Многие ученые исходят из того, что в своей основе это понятие должно отражать идею создания искусственной технической системы, способной выполнять действия, свойственные интеллектуальной системе «человек». В 1971 году академик М.В.Кельдыш дал следующее определение: «Робот - это машина, выполняющая механическую работу с повышенным уровнем автоматизма» [5]. В работе [3] робот определяется как система, заменяющая человека в процессе труда, обладающая основными функциональными возможностями человека, при этом реализация этих возможностей производится с использованием различных технических средств. В работе [4] роботом называется универсальный автомат для осуществления механических действий, подобных тем, которые производит человек, выполняющий физическую ра-
боту. Далее под роботом будем понимать конструктивно и функционально завершенное изделие (средство), способное в автоматическом режиме воспроизводить сенсорные, двигательные и интеллектуальные функции человека и целенаправленно изменять свое состояние во внешней среде. В данном определении ключевым является автоматический режим работы робота, потому как системы, в контуре управления которых присутствует человек, называются автоматизированными. Для наглядного качественного представления содержания, вкладываемого в понятие «робот», изобразим условное трехмерное пространство, в котором по трем осям отложены уровни: интеллектуальные, двигательные и сенсорные функции (рис. 2).
Рис.1. Изображение робота в условном трехмерном пространстве
Анализ последней катастрофы, произошедшей в 2002 году, показывает, что высокий уровень безопасности подготовки и пуска РКН не исключает человеческих жертв в случае падения ракет вблизи стартового комплекса. В связи с этим актуальной становится задача разработки робототехнических средств и комплексов для ликвидации последствий аварий в процессах подготовки и пуска РКН с целью недопущения гибели личного состава и минимизации ущерба последствий аварий.
Для разработки робототехнических средств и комплексов необходимо разработать адекватную модель процесса функционирования будущего робототехнического комплекса подготовки и пуска РКН.
Активному развитию робототехники в нашей стране препятствует слабое развитие производства собственной элементной базы, необходимой для создания компактной, надежной, стойкой к различным воздействиям и функциональной электроники.
Выводы
1. Развитие автоматизированных систем подготовки и пуска РКН направлено на повышение безопасности технологических процессов подготовки и пуска РКН, что создает необходимые условия применения робототехнических комплексов для устранения нештатных и аварийных ситуаций.
2. Наиболее сложные задачи современной робототехники могут быть успешно решены с помощью использования методов искусственного интеллекта.
3. Развитие робототехники невозможно без производства собственной элементной базы, необходимой для создания компактной, надежной, стойкой к различным воздействиям и функциональной электроники.
SCIENCE AND ACS 2014
Литература
1. http://www.astro.websib.ru/kosmo/sprav/avaria (дата обращения 07.03.2014).
2. Федоров А.В. Обеспечение безопасности процесса функционирования стартового комплекса на основе анализа нештатных ситуаций. - СПб: ВКА имени А.Ф.Можайского, 2004. - 136 с.
His
RESEARCH
3. Мачульский И.И.. Робототехнические системы и комплексы. - М.: Транспорт, 1999. - 446 с.
4. Юревич Е.И. Основы робототехники, 2-е изд. - Издательство: БХВ-Петербург, 2005. - 401 с.
5. Корендясев А.И., Саламандра Б.Л., Тывес Л.И. Теоретические основы робототехники. Книга 1. - М.: Наука, 2006. - 383 с.
PROSPECTS OF CREATION OF ROBOTIC TOOLS AND SYSTEMS TRAINING AND START-UP SPACE ROCKETS
Tarasov A., Ph.D, Military Space Academy, Atol-77@mail.ru
Abstract
The article deals with the problems of modern robotics in terms of their implementation in the process of preparation and launching of space rockets. The main application of robotic means in the art - elimination of abnormal and emergency situations for which it is necessary to develop a model of the functioning of the robotic system preparation and launch of space rockets and develop the production of its own components.Keywords: information security system, semimark processes, dynamic factor to efficiency, system designing to information safety, certified test.
Keywords: robot, safety, a rocket for space purposes, the launch complex, non-routine situation.
References
1. Astronautics. Reference. Accident Soviet (Russian) boosters, available at: http://www.astro.websib.ru/kosmo/ sprav/avaria (accessed 07.03.2014).
2. Fedorov A.V. (2004), Obespechenie bezopasnosti processa funkcionirovanija startovogo kompleksa na osnove analiza neshtatnyh situacij, Military space Academy named Mozhaisky, Saint-Petersburg, p. 136.
3. Machul'skij I.I. (1999), Robototehnicheskie sistemy i kom-pleksy, Transport, Moscow, p. 446.
4. Jurevich E.I. (2005), Osnovy robototehniki, 2nd ed., BHV-Peterburg, Saint-Petersburg, p. 401.
5. Korendjasev A.I., Salamandra B.L., Tyves L.I. (2006), Teoreticheskie osnovy robototehniki, book 1, Nauka, Moscow, p. 383.
