Научно-техническое обоснование космического эксперимента “ИСКРА”

Научно-техническое обоснование

космического эксперимента “ИСКРА”

1.Сущность исследуемой проблемы

КЭ «ИСКРА» посвящен исследованию и отработке в реальных условиях интерфейсов, программно-аппаратных средств, методов ручного управления бортовой аппаратурой пилотируемых космических объектов с помощью мобильных индивидуальных средств визуализации управляющих форматов, позиционирования курсора и управления программными приложениями.

Исследуются методы, реализация которых позволит сделать в качестве резервных средств управления бортовым комплексом мобильные (не привязанные к определенному месту – центральному посту) устройства, позволяющие облегчить и автоматизировать процесс управления бортовым оборудованием на этапах выведения, сближения, стыковки, спуска.

2. Краткая история и состояние вопроса в настоящее время

Авторство термина «дополненная реальность» принадлежит Томасу Престону Коделлу, инженеру исследовательской лаборатории Боинга. В 1992г. он применил принципы технологии в системе, созданной для помощи рабочим в монтаже электрических кабелей в самолетах. Дополненная реальность (Augmented reality, AR) –это технология наложения информации в форме текста, графики, аудио и других виртуальных объектов на реальные объекты в режиме реального времени. Именно взаимодействие вычислительных устройств с картинкой реального мира отличает дополненную реальность от виртуальной.

Другими словами, задача дополненной реальности – расширить взаимодействие пользователя с окружением, а не отделить его от реальности и поместить в виртуальную среду. Накладываемые посредством компьютерного устройства слои с контентными объектами на изображение реальной среды носят вспомогательно-информативный характер, таким образом, информация, контекстно связанная с объектами с помощью дополненной реальности, становится доступна пользователю в режиме реального времени. Может возникнуть вопрос, что тут удивительного? Ведь подобное наложение графики уже давно применяется в телевидении, например при трансляции спортивных соревнований, когда на изображение накладывается информация со статистикой, временем, счетом и т. п. Однако технология дополненной реальности является более продвинутым явлением, чем простое наложение информационных слоев на видеосигнал. Главное ее отличие от того, что мы можем видеть в телевизионных трансляциях, это то, что данная технология позволяет получить дополнительную информацию с точки обзора каждого отдельного пользователя и в соответствии с его индивидуальными настройками.

Массачусетский технологический институт (MIT) определяет дополненную реальность, как комбинацию реального и виртуального контента с целью улучшения его взаимодействия с его окружением, которая включает интерактивную информацию, а не простую проекцию ее на реальное изображение. Самая ранняя дефиниция дополненной реальности, которая и является сейчас наиболее распространенной, была дана в отчете в 1997 году исследователем Рональдом Азума (Ronald T. Azuma). Он определил, что технология включает три основные характеристики:

1) комбинацию реального и виртуального контента;

2) их взаимодействие в реальном режиме времени;

3) оба типа контента отображаются в 3D пространстве.

Дополненная реальность имеет потенциал сделать отношения людей с информацией более эргономичными. Данные из Интернета будут автоматически доставляться пользователям в требуемом контексте для различных ситуаций в повседневной жизни, таким образом, технология поднимет взаимодействие человека с информацией на принципиально другой уровень. По сути дополненная реальность станет единой «упаковкой» для реального объекта, которая включает данные о местоположении объекта, сопроводительную информацию, рекомендации и интуитивно понятные команды для пользователя. С ее помощью компьютеры могут сделать следующий технологический шаг и перейти границы потребительских о жиданий, когда из портативных приборов для работы с информацией превратятся в портативные средства получения оперативных данных.

Пол Чиппендейл (PaulChippendale), координатор проекта Venturi (проект по разработке технологии дополненной реальности через распознавание контекста, финансируемый Европейским союзом с участием восьми компаний), уверен, что дополненная реальность способна изменить и обогатить жизнь

людей в качестве постоянного действующего приложения, которое будет выступать в роли подсказки, а не простого способа отображения информации. Технологии дополненной реальности уже не являются чем-то из области фантастики, они реализуются в мобильных приложениях для смартфонов и планшетов.

Однако  наибольшие надежды и перспективы дополненной реальности связаны с созданием устройств типа handsfree (не требующих управления руками),что имеет определенные преимущества для определенного круга пользователей. Такая технология будет востребована в разных сферах, начиная с вооруженных сил и полиции, для решения задач лучшего ориентирования в темное время суток с наложением на изображение местности теплового изображения людей и объектов с навигационными параметрами, до хирургов, постоянно имеющих в поле зрения жизненно важные показатели пациента во время операции, а также механиков, выполняющих сложные ремонтные операции, и даже для кормящих мам, у которых руки заняты ребенком, но при этом требуется выполнение ежедневных

Для реализации резервного канала управления бортовой аппаратурой возможно использование индивидуальных средств управления, таких как интерактивные очки, планшет.

В настоящее время на прототипах была произведены рассмотрение и апробация Индивидуальных средств управления в наземных условиях специалистам РКК «Энергия», по следующим вопросам:

Сценарий использования; Описание системы; Процедура оценки.

3. Необходимость проведения КЭ в условиях космоса

Необходимо решить задачу – в реальных условиях космического полета провести проверку работы инструментальных средств в невесомости, а также отработку интерфейсов:

беспроводной интерфейс связи с АБП  в соответствии со стандартами IEEE802.11a/b/g/n (Wireless LAN) в частотных диапазонах 2,4 ГГц и 5,0 ГГц; интерфейс с микроконтроллером; интерфейс по питанию.

Кроме того, будут исследоваться методы работы с индивидуальными средствами, реализация которых позволит использовать в качестве резервных средств управления, или средств управления для специальных условий, мобильные (не привязанные к определенному месту – центральному посту) устройства, облегчающие процесс управления некритичным бортовым или научным оборудованием в при проведении ремонтно-восстановительных работ, при поиске неисправностей или при проведении научных экспериментов в реальном времени на борту. Это существенно сократит время экипажа при проведении таких работ.

Т. к. невозможно при наземной отработке сымитировать все условия космического полета - необходимо использовать возможность проверки различного оборудования в качестве индивидуальных средств экипажа на МКС  в ~ 2016/2017 г.

4. Описание КЭ

КЭ «ИСКРА» представляет собой долгосрочный эксперимент, в котором предполагается исследовать возможность использования аппаратуры индивидуальных средств экипажа:

в качестве резервного контура управления бортовым комплексом; для мониторинга состояния бортовой аппаратуры; для определения текущего положения корабля; для мониторинга состояния экипажа.

Планируются следующие этапы реализации направления исследований:

Стадия 1 – разработка сценария использования имеющихся очков и планшетов; Стадия 2 – Разработка и изготовление летных моделей  - пять экземпляров для использования:

В, стендах, тренажерах систем МКС – 2 экземпляра; В автономном наземном рабочем месте  (для отработки шрифтов, цвета, дизайна экрана и т. д.) – 1 экз.; На борту МКС – 2 экз. (1 летный, 1 –ЗИП).

Стадия 3 – Квалификационное рассмотрение, подтверждение соответствия очков требованиям РКК Энергия; Стадия 4 – Демонстрационный полет на МКС с пристыкованным КА «Союз» с использованием WiFi через МКС и интерфейсным приложением, разработанным РКК «Энергия».

5. Ожидаемые результаты и их использование

В ходе проведения КЭ "ИСКРА" планируется:

получить реальные данные по эксплуатационным характеристикам оборудования в режимах выведения, сближения, стыковки, спуска; провести летную отработку установленного программного обеспечения; подтвердить корректное функционирование аппаратуры во всех требуемых режимах управления и мониторинга; разработать методические рекомендации по действиям экипажа по использованию переносной аппаратуры.

Результаты КЭ «ИСКРА» будут использованы впоследствии при создании отечественной аппаратуры для решения задач:

управления бортовым комплексом; мониторинга состояния бортовой аппаратуры; определения текущего положения корабля; мониторинга состояния экипажа.

6. Новизна, оценка качественного уровня по сравнению с аналогичными отечественными и зарубежными исследованиями

Новизна предложенных подходов к использованию программно-аппаратных средств индивидуального (мобильного) мониторинга и управления заключается в использовании отработанных интерфейсов и сетевого оборудования для обслуживания индивидуальных средств управления экипажа в реальном времени.

Должна быть проведена оценка эффективности использования таких средств и направления модернизации для лучшей адаптации к условиям МКС.

7. Обоснование возможности создания НА

Оборудование, необходимое для реализации КЭ «ИСКРА», включает в себя следующие элементы:

Интерактивные очки; Планшет; Микроконтроллер; Сетевое оборудование беспроводной передачи данных – АБП ГФКП.468363.013; Другие электронные устройства и аксессуары, потребность в которых для очередного этапа КЭ определяется в результате проведения предшествующих этапов.