Жизнь, отданная науке - Б.Н.Петров - Управление лунным космическим кораблем. Лучшие игры про космические корабли

Много сложнейших задач автоматического управления космическими объектами возникает при управлении пилотируемыми ракетно-космическими комплексами, предназначенными для осуществления полета человека на Луну и возвращения на Землю. В качестве примера можно рассмотреть систему управления американским космическим кораблем «Аполлон», рассчитанным на экипаж, состоящий из трех человек.

В целом такой космический корабль состоит из трех отсеков, выводимых на траекторию полета к Луне с помощью мощной ракеты-носителя.

Командный отсек спроектирован для входа в атмосферу, и в нем большую часть полета находятся все три члена экипажа. Во вспомогательном отсеке расположены двигательные системы, обеспечивающие возможность выполнения маневров, источники питания и др. Для посадки на Луну предполагается использовать специальный отсек, в котором в это время будут находиться два члена экипажа, а третий астронавт будет при этом совершать полет по селеноцентрической орбите.

Система управления и навигации такого космического корабля является бортовой системой, применяемой для определения положения и скорости аппарата, а также для управления маневрами. Части этой системы расположены как в командном отсеке, так и в отсеке, предназначенном для совершения посадки на Луну. Каждая часть содержит устройства для запоминания ориентации в инерциальном пространстве и измерения перегрузок, устройства для проведения оптических измерений, приборные щиты и пульты управления, устройства для выведения данных на индикаторы и бортовую цифровую вычислительную машину.

Схема полета космического корабля «Аполлон»

Траектория полета лунного корабля состоит из активных участков и участков полета по инерции. Задачи системы управления на этих участках в некоторой степени различаются.

Во время полета по инерции необходимо знать положение аппарата и его скорость, т. е. решать навигационные задачи. При этом используется информация, получаемая с наземных станций слежения за полетом космического аппарата, данные по определению положения аппарата относительно звезд, Земли и Луны, полученные с помощью бортовых оптических устройств, и данные радиолокационных измерений. После сбора указанной информации становится возможным определение положения аппарата, его скорости и маневра, необходимого для попадания в заданную точку. На участках свободного полета, и особенно в периоды сбора навигационной информации, часто возникает необходимость в обеспечении ориентации аппарата. При выполнении маневров используется платформа, стабилизированная в пространстве с помощью гироскопов.

На платформе устанавливаются акселерометры, измеряющие ускорения и снабжающие информацией бортовую вычислительную машину. При управлении аппаратом перед посадкой на Луну необходимо знать его начальную скорость и положение. Информация об этих величинах формируется на участках полета по инерции.

Кратко рассмотрим задачи, которые должна решать система управления и навигации на различных этапах программы.

Выведение на геоцентрическую орбиту.При запуске ракеты-носителя управление осуществляется системой, установленной в передней части ракеты-носителя. На участке выведения, однако, система командного отсека вырабатывает команды, которые могут быть использованы в случае отказа системы управления ракеты-носителя. Кроме того, система управления командного отсека выдает экипажу информацию о точности выведения аппарата на заданную геоцентрическую орбиту.

Участок полета по геоцентрической орбите.Космический аппарат и последняя ступень ракеты-носителя совершают один или несколько витков по геоцентрической орбите. На этом этапе навигационные измерения, проводимые с помощью бортового оборудования, выполняются в основном с целью проверки правильности его функционирования. Оптические элементы системы управления командного отсека используются для уточнения положения и скорости аппарата. Данные, полученные с помощью бортовых устройств, используются совместно с данными, передаваемыми с наземных станций слежения.

Участок свободного полета к Луне.Аппарат отделяется от последней ступени ракеты-носителя вскоре после схода с геоцентрической орбиты. Начальные положения и скорость аппарата точно определяются как с помощью бортовых систем, так и наземных станций. Когда траектория аппарата точно определена, может производиться коррекция траектории. Обычно предусматривается возможность выполнения трех корректирующих маневров, причем каждый из них может привести к изменению скорости аппарата на величину до 3м/сек. Первая коррекция траектории может быть выполнена примерно через час после старта с геоцентрической орбиты.

Участок выведения лунного отсека на траекторию полета к поверхности Луны.Первая задача системы управления лунного отсека состоит в обеспечении точного выполнения маневра, при котором лунный отсек за счет изменения его скорости на несколько сот метров в секунду выводится на траекторию, заканчивающуюся на высоте 16 км в окрестностях заданной точки посадки. Начальные условия для выполнения этого маневра определяются с помощью навигационного оборудования командного отсека. Данные вводятся в систему управления лунного отсека вручную.

Участок посадки на поверхность Луны.В соответствующий момент времени, установленный системой управления лунного отсека, запускаются посадочные двигатели, уменьшающие скорость спуска лунного отсека. На начальном этапе наведения отсека с помощью инерциальной системы измеряются ускорения и обеспечивается необходимая ориентация аппарата. При дальнейшем управлении посадкой, после того как высота и скорость отсека упадут до заданных пределов, будет использоваться радиолокатор. В то же время члены экипажа обеспечивают ориентацию отсека с помощью специальных отметок, нанесенных на иллюминатор, и информации, поступающей с вычислительной машины. Система управления должна обеспечить наиболее эффективное использование топлива при осуществлении мягкой посадки в заданном месте.

Этап пребывания на поверхности Луны.Когда лунный отсек находится на поверхности Луны, специальный радиолокатор, который используется также и для обеспечения встречи отсеков на орбите, осуществляет слежение за командным отсеком для точного определения положения орбиты командного отсека относительно точки посадки.

Этап старта с поверхности Луны.Для соответствующих начальных условий вычислительная машина отсека определяет траекторию, обеспечивающую встречу с командным отсеком, совершающим полет по орбите спутника Луны, и выдается команда на взлет. С помощью инерциальной системы происходит наведение лунного отсека и определяется момент выключения двигателя. После выключения двигателя лунный отсек совершает свободный полет по траектории, близкой к траектории командного отсека.

Этап полета по промежуточной траектории.Радиолокатор, установленный на лунном отсеке, позволяет получить информацию об относительном положении обоих отсеков. После уточнения взаимного расположения траекторий можно производить их коррекцию аналогично тому, как это делалось на участке полета к Луне.

Этап встречи на селеноцентрической орбите.Когда отсеки сблизятся, по сигналам инерциальной и радиолокационной систем производится управление тягой двигателей, чтобы уменьшить относительную скорость между отсеками. Управление стыковкой отсеков может производиться вручную или автоматически.

Возвращение к Земле.Возвращение командного и вспомогательного отсека к Земле выполняется аналогично этапу полета к Луне с проведением корректирующих маневров. В конце этого участка навигационная система должна точно определить начальные условия для входа в атмосферу и обеспечить вход в относительно узкий «коридор», ограниченный сверху и снизу.

Вход в атмосферу.На участке входа в атмосферу по данным о перегрузках и ориентации аппарата, получаемым с инерциальной системы, производится управление движением отсека с помощью изменения его угла крена. Командный отсек является осесимметричным телом, но его центр массы не лежит на оси симметрии и при полете на балансировочном угле атаки аэродинамическое качество* аппарата составляет около 0,3. Это позволяет, изменяя угол крена, менять угол атаки и таким образом осуществлять управление полетом в продольной плоскости. При входе в атмосферу Земли происходит аэродинамическое торможение командного отсека. При этом его скорость снижается со второй космической до скорости, несколько меньшей, чем первая космическая (круговая). После первого погружения в атмосферу аппарат переходит на баллистическую траекторию, выходя за пределы атмосферы, а затем снова входит в плотные слои атмосферы и переходит на траекторию спуска. Этап управления космическим кораблем при первом погружении в атмосферу является чрезвычайно ответственным, так как, с одной стороны, система управления должна обеспечить поддержание перегрузок и аэродинамического нагрева в заданных пределах, а с другой - обеспечить требуемую величину подъемной силы, при которой будет достигнута необходимая дальность и приземление корабля в заданном районе.

* Аэродинамическим качеством называется отношение величины подъемной силы к силе лобового сопротивления.

Управление космическим кораблем на участке второго погружения может осуществляться по аналогии с управлением при снижении кораблей-спутников.

Наука и техника управления космическими летательными аппаратами находится еще в начальном периоде своего развития. За десятилетие, прошедшее со времени запуска первого искусственного спутника Земли, она сделала огромные успехи и разрешила многие труднейшие проблемы, однако перспективы ее развития еще более грандиозны.

Совершенствование средств вычислительной техники, микроминиатюризация элементов электронных устройств, развитие средств обработки и передачи информации, построение измерительно-информационных устройств на новых физических принципах, разработка новых принципов и устройств ориентации, стабилизации и управления открывают необозримые горизонты создания совершенных пилотируемых и беспилотных космических летательных аппаратов, которые помогут человеку познать тайны Вселенной и послужат решению многих практических задач.

Как только космический корабль или орбитальная станция отделяются от последней ступени ракеты, выносящей их в космос, они становятся объектами работы для специалистов в Центре управления полетом.

Главный зал управления - просторное помещение, уставленное рядами пультов, за которыми разместились специалисты, - поражает сосредоточенной тишиной. Нарушает ее лишь голос оператора, ведущего связь с космонавтами. Вся передняя стена зала занята тремя экранами и несколькими цифровыми табло. На самом большом, центральном экране - красочная карта мира. Синей синусоидой пролегла на ней дорога космонавтов - так выглядит развернутая на плоскости проекция орбиты космического корабля. Медленно движется по синей линии красная точка - корабль на орбите. На правом и левом экранах видим телевизионное изображение космонавтов, перечень основных операций, выполняемых в космосе, параметры орбиты, планы работы экипажа на ближайшее время. Над экранами светятся цифры. Они показывают московское время и время на борту корабля, номер очередного витка, сутки полета, время очередного сеанса связи с экипажем.

Над одним из пультов табличка: «Руководитель баллистической группы». Баллистики ведают движением космического аппарата. Это они рассчитывают точное время старта, траекторию выведения на орбиту, по их данным совершаются маневры космических кораблей, стыковки их с орбитальными станциями и спуск на Землю. Руководитель баллистиков следит за информацией, поступающей из космоса. Перед ним на небольшом телеэкране колонки цифр. Это сигналы с корабля, прошедшие сложную обработку на электронных вычислительных машинах (ЭВМ) Центра.

ЭВМ разных моделей составляют в Центре целый вычислительный комплекс. Они сортируют информацию, оценивают достоверность каждого измерения, обрабатывают и анализируют телеметрические показатели (см. Телемеханика). Каждую секунду в Центре выполняются миллионы математических операций, и каждые 3 секунды ЭВМ обновляют информацию на пультах.

В Главном зале находятся люди, принимающие непосредственное участие в управлении полетом. Это руководители полета и отдельных групп специалистов. В других помещениях Центра работают так называемые группы поддержки. Они планируют полет, находят наилучшие пути для выполнения принятых решений, консультируют сидящих в зале. В группы поддержки входят специалисты по баллистике, конструкторы различных систем космического аппарата, врачи и психологи, ученые, разработавшие научную программу полета, представители командно-измерительного комплекса и поисково-спасательной службы, а также люди, организующие досуг космонавтов, готовящие для них музыкальные передачи, радиовстречи с семьями, известными деятелями науки и культуры.

Центр управления не только руководит деятельностью экипажа, следит за функционированием систем и агрегатов космических аппаратов, но и координирует работу многочисленных наземных и корабельных станций слежения.

Зачем нужно много станций связи с космосом? Дело в том, что каждая станция может поддерживать связь с летящим космическим кораблем очень недолго, так как корабль быстро выходит из зоны радиовидимости данной станции. А между тем объем информации, которой обмениваются через станции слежения корабль и Центр управления полетом, очень велик.

На любом космическом аппарате установлены сотни датчиков. Они измеряют температуру и давление, скорости и ускорения, напряжения и вибрацию в отдельных узлах конструкции. Регулярно измеряются несколько сотен параметров, характеризующих состояние бортовых систем. Датчики преобразуют значения тысяч различных показателей в электрические сигналы, которые затем по радио автоматически передаются на Землю.

Всю эту информацию нужно обработать и проанализировать как можно быстрее. Естественно, что специалисты станций не могут обойтись без помощи ЭВМ. На станциях слежения обрабатывается меньшая часть данных, а основная масса по проводам и по радио - через искусственные спутники Земли «Молния» - передается в Центр управления.

Когда космические аппараты проходят над станциями слежения, определяются параметры их орбит и траекторий. Но в это время напряженно работают не только радиопередатчики корабля или спутника, но и их радиоприемники. Они принимают многочисленные команды с Земли, из Центра управления. По этим командам включаются или выключаются различные системы и механизмы космического аппарата, изменяются программы их работы.

Представим себе, как работает станция слежения.

В небе над станцией слежения появляется и медленно движется маленькая звездочка. Плавно вращаясь, следит за ней многотонная чаша приемной антенны. Еще одна антенна - передающая - установлена в нескольких километрах отсюда: на таком расстоянии передатчики уже не мешают приему сигналов из космоса. И так происходит на каждой следующей станции слежения.

Все они расположены в местах, над которыми пролегают космические трассы. Зоны радиовидимости соседних станций частично перекрываются друг другом. Еще не полностью выйдя из одной зоны, корабль уже попадает в другую. Каждая станция, закончив разговор с кораблем, «передает» его другой. Космическая эстафета продолжается и за пределами нашей страны.

Задолго до полета космического аппарата выходят в море плавучие станции слежения - специальные суда экспедиционного флота Академии наук СССР. В разных океанах несут вахту суда «космического» флота. Его возглавляет научный корабль «Космонавт Юрий Гагарин», 231,6 м в длину, 11 палуб, 1250 помещений. Четыре огромные чаши антенн корабля посылают и принимают сигналы из космоса.

Благодаря станциям слежения мы не только слышим, но и видим обитателей космического дома. Космонавты регулярно проводят телерепортажи, показывают землянам их планету, Луну, россыпи ярко сияющих на черном небе звезд...

::: Как управлять космическим кораблем: Инструкция Корабли серии «Союз», которым почти полвека назад сулили лунное будущее, так и не покинули околоземную орбиту, зато завоевали себе репутацию самого надежного пассажирского космического транспорта. Посмотрим же на них взглядом командира корабля.

Космический корабль «Союз-ТМА» состоит из приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА) и бытового отсека (БО), причем СА занимает центральную часть корабля. Подобно тому как в авиалайнере во время взлета и набора высоты нам предписывают пристегнуть ремни и не покидать кресел, космонавты также обязаны на этапе выведения корабля на орбиту и маневра находиться в своих креслах, быть пристегнутыми и не снимать скафандров. После окончания маневра экипажу, состоящему из командира корабля, бортинженера-1 и бортинженера-2, разрешается снять скафандры и переместиться в бытовой отсек, где можно поесть и сходить в туалет. Полет к МКС занимает около двух суток, возврат на Землю - 3−5 часов. Применяемая в «Союзе-ТМА» система отображения информации (СОИ) «Нептун-МЭ» относится к пятому поколению СОИ для кораблей серии «Союз». Как известно, модификация «Союз-ТМА» создавалась специально под полеты к  Международной космической станции, что предполагало участие астронавтов NASA с их более объемными скафандрами. Чтобы астронавты смогли пробираться через люк, соединяющий бытовой блок со спускаемым аппаратом, потребовалось уменьшить глубину и высоту пульта, естественно, при сохранении его полной функциональности. Проблема также состояла в том, что ряд приборных узлов, использовавшихся в предыдущих версиях СОИ, уже не мог быть произведен из-за дезинтеграции бывшей советской экономики и прекращения некоторых производств. Tренажерный комплекс «Союз-ТМА», находящийся в Центре подготовки космонавтов им. Гагарина (Звездный городок), включает в себя макет спускаемого аппарата и бытового отсека. Поэтому всю СОИ пришлось принципиально переработать. Центральным элементом СОИ корабля стал интегрированный пульт управления, аппаратно совместимый с компьютером типа IBM PC. Космический пульт

Cистема отображения информации (СОИ) в корабле «Союз-ТМА» носит название «Нептун-МЭ». В настоящее время существует более новая версия СОИ для так называемых цифровых «Союзов» - кораблей типа «Союз-ТМА-М». Однако изменения затронули в основном электронную начинку системы - в частности, аналоговая система телеметрии заменена на цифровую. В основном же преемственность «интерфейса» сохранена. 1. Интегрированный пульт управления (ИнПУ). Всего на борту спускаемого аппарата два ИнПУ - один у командира корабля, второй у сидящего слева бортинженера-1. 2. Цифровая клавиатура для введения кодов (для навигации по дисплею ИнПУ). 3. Блок управления маркером (применяется для навигации по дисплею ИнПУ). 4. Блок электролюминесцентной индикации текущего состояния систем (ТС). 5. РПВ-1 и РПВ-2 - ручные поворотные вентили. Они отвечают за наполнение магистралей кислородом из шаробаллонов, один из которых расположен в приборно-агрегатном отсеке, а другой - в самом спускаемом аппарате. 6. Электропневмоклапан подачи кислорода при посадке. 7. Визир специальный космонавта (ВСК). Во время стыковки командир корабля смотрит на стыковочный узел и наблюдает за стыковкой корабля. Для передачи изображения применяется система зеркал, примерно такая же, как в перископе на подводной лодке. 8. Ручка управления движением (РУД). С ее помощью командир корабля управляет двигателями для придания «Союзу-ТМА» линейного (положительного или отрицательного) ускорения. 9. Ручкой управления ориентацией (РУО) командир корабля задает вращение «Союза-ТМА» вокруг центра масс. 10. Холодильно-сушильный агрегат (ХСА) выводит из корабля тепло и влагу, неизбежно накапливающиеся в воздухе ввиду присутствия на борту людей. 11. Тумблеры включения вентиляции скафандров при посадке. 12. Вольтметр. 13. Блок предохранителей. 14. Кнопка запуска консервации корабля после стыковки. Ресурс «Союза-ТМА» всего четверо суток, поэтому его надо беречь. После стыковки электропитание и вентиляция поставляются уже самой орбитальной станцией. Статья опубликована в журнале «Популярная механика»

Игры про космос сложно представить без управления космическим кораблем . Тем не менее в большинстве космостратегий корабли представляют собой лишь еще один юнит, который можно обвести рамочкой и отправить крушить противника. Список игр, в которых менеджмент корабля занимает столь же важное место в геймплее, как и «пиу-пыщ» в невесомости, значительно короче. Поэтому в нашем топе вы найдете экшены и симуляторы космических полетов на PC, в которых для достижения победы вам нужно осваивать и апгрейдить свой крафт .

ММО

1. Star Conflict

Эта сессионая онлайн игра про космические корабли , разработанная российской студией StarGem Inc и издаваемая настоящим монстром российского геймдева, компанией Gaijin Entertainment, предлагает вам сесть за штурвал выбранного вами корабля и с головой окунуться в динамичные сражения против ботов, рейд-боссов и живых противников. Кроме сессионного формата, здесь доступна и сюжетная кампания в открытом мире .

Игру отличает яркая и сочная графика, достаточно удобное управление (что в целом нехарактерно в полном 3D), огромный выбор доступных для прокачки кораблей и высокий онлайн на серверах. Скачать клиент игры можно на официальном сайте Gaijin.

2. Star Trek Online

Хорошие игры по кино, к сожалению, считаются огромной редкостью. Хорошие игры по телесериалам и вовсе можно пересчитать по пальцам. И пусть Star Trek Online не назовешь шедевром космических ММОРПГ , но звание как минимум «неплохой игры» этот проект все-таки заслуживает.

3. Entropia Universe

4. Звездные Призраки

5. EVE Online

Топ игр про космические корабли на ПК немыслим без этой грандиозной ММО со сверхмасштабными сражениями и огромным количеством игроков на серверах, ведь в каждый момент времени в игровом мире находятся десятки тысяч геймеров – и это несмотря на то, что в мае 2018 года EVE исполнилось солидные 15 лет.

Мало ММО могут похвастаться такой продолжительностью жизни. Достигнуть такого успеха игре помог гигантский игровой мир, огромное разнообразие кораблей и модулей и множество доступных для изучения профессий, среди которых как боевые скиллы, так и навыки крафта.

6. Elite: Dangerous

Играть в «Элиту» – удел избранных ценителей жанра хардкорных космосимов . Никто не будет вести вас за ручку, разжевывать детали управления или подкидывать на старте крутой шмот – у вас только корабль, 1000 кредитов и множество лежащих перед вами путей.

Одиночные

1. FTL: Faster Than Light

В отличие от большинства игр нашей подборки, в которых перед игроком ставятся масштабные и амбиционзные цели, в FTL на первый взгляд все куда проще – нужно всего лишь довести корабль из пункта А в пункт Б.

Дьявол, как всегда, кроется в деталях – гибель каждого члена экипажа здесь почти необратима, потеря корабля означает провал миссии, а путешествие оказывается полным встреч с повстанцами, пиратами, агрессивными космитами. Суть геймплея состоит в грамотном распределении экипажа и энергии корабельного реактора между разными отсеками.

2. Space Rangers HD: A War Apart

HD-переиздание легендарного хита начала двухтысячных годов порадует геймеров не только заметно похорошевшей графикой, но и тоннами новых квестов (включая так полюбившиеся игрокам текстовые).

Не обошлось и без нового оборудования и корпусов кораблей и даже дополнительной сюжетной кампаниеи, посвященной противостоянию мощному пиратскому флоту, решившему вторгнуться в системы Коалиции прямо посреди хаоса войны с Доминаторами.

3. Rebel Galaxy

Если большинство игр нашего топа предлагают вам попробовать себя в роли пилота звездного истребителя, то Rebel Galaxy целиком и полностью посвящена управлению грандиозными линейными кораблями, несущими тысячи истребителей и сотни оружейных турелей.

Геймплей здесь больше похож на морские сражения XVII века, чем на скоростные зарубы типа Star Conflict – корабли степенно сходятся, разворачиваются бортами и обрушивают друг на друга тераватты лазерно-плазменной ярости.

4. Серия Х

Игры этой знаменитой серии позволяют геймером почувствовать себя настоящим адмиралом звездного флота – ведь в этом космосиме можно не только лично пилотировать истребители и огромные линкоры, но и создавать соединения из принадлежащих вам кораблей и отправлять их выполнять задания самостоятельно.

В итоге каждая из игр серии сочетает драйв заруб в духе Elite с размахом стратегий типа Master of Orion.

5. Everspace

Во времена, когда даже создатели серии Elite сдались и клепают ММО, немецкая компания Rock Fish Games отважилась выпустить сингл-онли космосим.

Everspace удается сочетать качественную графику, вменяемую оптимизацию движка (что редкость для игр 2017 года), динамичный геймплей, продуманную систему повреждений модулей корабля и удобное управление (что не очень характерно для космосимов). А вот по хардкорности и закрученности сюжета Everspace уступает многим другим играм из нашего топа.

6. Freelancer

В первые месяцы после релиза российские геймеры встретили эту игру чуть ли не восторженно – ведь по сути она воспроизводила тот самый геймплей «Космических рейнджеров», да еще и в полном 3D и с возможностью лично побегать по планетам и космическим базам.

Что еще нужно для счастья? Как оказалось – нужны побочные квесты, которыми пестрят более успешные игры из нашего топа. Freelancer можно пройти один раз, восхититься замечательной по меркам 2003 года графикой и разнообразием доступных кораблей.

Где купить: найти игру в официальных цифровых сервисах не удалось.

Полеты на космических кораблях многоразового использования и космических станциях становятся частью современной жизни, космические ПУТЕШЕСТВИЯ уже почти доступны. И, как следствие этого, более распространенными становятся и сны о них. Сон такого рода- часто простое ИСПОЛНЕНИЕ ЖЕЛАНИЯ, мечта увидеть мир из другой точки пространства. Однако это также может быть сном о БЕГСТВЕ, путешествии или поиске. Очевидно, что ключом к пониманию такого сна является цель путешествия. Еще один путь к пониманию значения сновидения касается способа путешествия. Вы были в космическом корабле или в чем-то более вам привычном (как, например, ваша машина)?

Сон о космическом путешествии является хорошим материалом для исследования. Вам может присниться, что вы потерялись и ощупью ищете что-то в безбрежном вакууме.

В сновидении вам действительно хотелось оказаться в открытом космосе или вы просто обнаружили, что очутились там? Находясь там, чувствовали ли вы себя в безопасности?