Молодежный образовательный космоцентр – это специально сформированная образовательно-познавательная среда, где различные категории пользователей в интересной, развлекательной форме познают новое, глубже изучают прикладные направления физики, астрономии, приобщаются к высоким технологиям, проникают в суть создания наукоемкой космической техники и технологии. То, что еще раньше было исключительно делом профессионалов, – модульные интерактивные комплексы для оснащения молодежных образовательных космоцентров, школ молодого космонавта, школ космического резерва, аэрокосмических музеев, планетариев, в наши дни стало доступным школьникам и студентам. Новизна и отличительная особенность применения образовательных космоцентров в том, что познавательная деятельность, основанная на современных инновационных технологиях, разделена на два этапа:

1)    обучение – непосредственное теоретическое ознакомление с историей, достижениями оте­чественной и мировой космонавтики, современными видами средств подготовки космонавтов на тренажерах и с деятельностью экипажей на борту Международной космической станции (МКС) и пилотируемых космических аппаратов (ПКА);

2)    собственно тренировка с использованием виртуальных моделирующих стендов и интерактивных аналогов космических аппаратов для ознакомления с принципами управления ими и выполнения типовых операций.

При этом в образовательно-познавательный процесс вносится игровая, развлекательная составляющая, что значительно повышает мотивацию обучения детей и молодежи. Одной из ключевых задач образовательного космоцентра является теоретическая и общекосмическая подготовка обучаемых [1]. Общекосмическая подготовка – это получение пользователями образовательного космоцентра комплекса знаний об истории освоения космоса, используемых для этого космических аппаратах, о современных технических средствах подготовки космонавтов, их использовании на всех этапах подготовки, дополнительных сведений о работе с научным оборудованием и проводимыми на борту МКС экспериментами.

В молодежном космоцентре школьники и студенты проходят курсы теоретических основ космонавтики и технической подготовки. В их состав входят теория полета ПКА, системы управления им, основы космической навигации, построения бортовых систем ПКА, компьютерной техники и персональных компьютеров, исторические аспекты развития отечественных пилотируемых космических полетов.

В техническую подготовку входят изучение общей характеристики орбитального комплекса, конструкции и бортовых систем транспортного корабля «Союз ТМА», комплексные практические занятия по транспортному кораблю «Союз ТМА», ознакомление со стартовым комплексом. Важным элементом общекосмической подготовки является курс по основам научных исследований и экспериментов, который включает в себя обзорные материалы по космической технологии и материаловедению, биотехнологическим экспериментам и производству лекарственных препаратов в кос- мосе, биологическим исследованиям в космосе, космическим исследованиям геосферы, геофизи- ческим экспериментам, углубленным знаниям астрофизики, астрофизическим экспериментам, экологическому мониторингу окружающей природной среды экипажами ПКА.

Для общекосмической подготовки школьников и студентов в составе молодежного космоцентра необходимы образовательный и научный модули. После прослушивания курсов и получения теоретических знаний обучаемые могут перейти на следующий этап – процесс профессиональной подготовки на натурных (физических) и виртуальных тренажерах, размещенных в тренажерном модуле космоцентра. Завершающим этапом подготовки школьников и студентов – «космонавтов» – является осуществление полета на интерактивных аналогах ПКА к МКС. Для этого, помимо тренажерного, используется модуль управления полетами, предназначенный для централизованного контроля и управления.

Центральной частью, обеспечивающей информационное взаимодействие всех объектов и модулей молодежного космоцентра, является интегрирующий комплекс. Информационные каналы данного комплекса способны передать аудио-, видео-, управляющую и моделируемую информацию между отдельными компонентами системы в зависимости от конфигурации космоцентра. Структура и состав модулей образовательного космоцентра представлены на рисунке 1. Как видно из рисунка, работа с обучаемыми в космоцентре ведется с этапа теоретической и общекосмической подготовки в образовательном модуле до тренажерной подготовки с использованием интерактивных аналогов космических аппаратов модуля управления полетами. На всех этапах подготовки ведется выходной контроль полученных знаний с помощью тестирований и зачетов.

Для полноценного функционирования и выполнения всех задач образовательный космоцентр должен иметь в своем составе все перечисленные модули. Различия могут определяться количественным составом интерактивных аналогов тренажерного модуля, симбиозом физических и виртуальных тренажеров, количеством рабочих мест и экипажей, имеющих возможность одновременно проходить подготовку на виртуальном тренажере, количеством мультимедийных аудиторий и лабораторий [2].

Теоретическая и общекосмическая подготовка школьников и студентов в космоцентре проводится с использованием возможностей образовательного модуля. Основные функции данного модуля реализуются с помошью специализированного ПО интегрированной образовательной среды, позволяющей проводить лекционные, практические, лабораторные занятия, а также оперативное тестирование (рис. 2).

Огромным преимуществом данного подхода с использованием наборов электронных учебных материалов является вовлечение обучаемых в процесс познания [3]. Как после непосредственно проведенного занятия, так и в любой другой момент обучаемый может получить электронную версию лекционного материала, презентации для самостоятельного или более углубленного изучения. Такой возможности не было раньше в сфере обучения, при этом использование базовых функций программных систем позволяет преподавателям изменять структуру курса, добавлять новые сведения и материалы максимально быстро, учитывая специфику и опыт проведенных занятий.

При теоретической подготовке используются возможности мультимедийных учебных аудиторий в комплексе с электронным учебно-методи­ческим материалом для проведения лекционных, лабораторных и практических занятий. Основная цель при этом – получение углубленных знаний по школьным предметам с проведением оперативного тестирования и контроля знаний с выставлением оценок и сохранением результатов по каждому обучаемому. В основе общекосмической подготовки лежит изучение истории освоения космоса, разработки и использования пилотируемых и непилотируемых космических аппаратов, технических средств подготовки космонавтов и специфики проведения ими научных экспериментов. Взаимосвязанный комплекс данных видов подготовки в образовательном модуле дает представление обучаемым о тесной взаимосвязи научных знаний, теоретических основ для достижения практических целей в освоении и изучении явлений.

Научный модуль образовательного космоцентра предназначен для выполнения следующих задач:

–      первичное ознакомление школьников и студентов с содержанием научных задач и экспе- риментов, проводимых космонавтами и астронавтами на борту МКС;

–      демонстрация (иллюстрация) отдельных экспериментов и работ, отражающих проявление законов физики и физиологии человека в космосе и на Земле;

–      получение посетителями молодежного образовательного космоцентра знаний и навыков, связанных с проведением научных экспериментов с использованием космического оборудования [4];

–      моделирование научно-прикладных исследований с использованием средств виртуальной реальности, виртуальных тренажеров и специализированных аппаратно-программных стендов;

–      использование специальных медико-биоло­гических стендов для моделирования отдельных факторов космического полета, таких как стенд оптокинетической стимуляции;

–      использование медицинского оборудования для обучения школьников и студентов методам исследований с непосредственным участием человека (оборудование для регистрации физиологических функций, анатомических измерений, проведения лабораторных исследований).

Обучаемые космоцентра после первоначальной общекосмической и теоретической подготовки переходят к следующему этапу подготовки с использованием всех возможностей научного модуля, который дополняет и закрепляет практическим опытом работы с оборудованием на виртуальных тренажерах и физических стендах.

В процессе работы обучаемыми задействуется весь спектр физических и виртуальных стендов, которые выполняют определенные функции и задачи подготовки и ознакомления с физической природой явлений, человеческого организма и со спецификой работы в космосе (рис. 3).

Решение поставленных задач достигается благодаря применению технологий виртуальной реальности, которые обеспечивают предоставление графической информации с высоким уровнем качества, достаточным для максимального приближения к реальным представлениям об используемом оборудовании. Внутреннее пространство виртуального мира обеспечивает интерактивный режим взаимодействия с обучаемым; отработка воздействий оператора является адекватной и соответствует ожидаемой реакции от воздействий в реальном мире. Обеспечивается и возможность перемещения в виртуальном мире с необходимым количеством степеней свободы.

Для тренажерной подготовки «космонавтов» – школьников и студентов – и реализации полного цикла космического полета, имитирующего современную международную программу пилотируемых полетов к МКС, в космоцентре создается программно-технический комплекс интерактивных аналогов космических, авиационных аппаратов и наземных объектов управления. Типовой состав интерактивных аналогов тренажерного модуля:

–      интерактивный физический аналог спускаемого аппарата транспортного космического корабля «Союз-ТМА» (тренажер причаливания и стыковки с МКС) для подготовки одного экипажа школьников и студентов – космонавтов – в составе трех человек (командира, бортинженера и космонавта-исследователя);

–      интерактивный виртуальный аналог транспортного космического корабля «Союз-ТМА» для подготовки трех экипажей школьников и студентов – космонавтов в составе трех человек (командира, бортинженера и космонавта-исследователя) в каждом экипаже – всего девять человек;

–      интерактивный виртуальный аналог (тренажер) МКС для подготовки четырех экипажей школьников и студентов – космонавтов по три человека в каждом экипаже – всего девять или двенадцать человек;

–      интерактивный физический аналог поисково-спасательного вертолета (тренажер поисково-спасательного вертолета) для подготовки одного пилота вертолета;

–      интерактивный виртуальный аналог поисково-спасательного вертолета для подготовки трех пилотов вертолета;

–      интерактивный физический аналог гагаринского космического корабля «Восток» для имитации первого космического полета с человеком на борту;

–      виртуальный центр управления полетами (ЦУП) молодежного образовательного космоцентра для имитации управления Российским сегментом МКС специалистами главной оперативной группы управления (ГОГУ) ЦУП в составе десяти человек.

Молодежный образовательный космоцентр имеет модульную структуру, которая позволяет использовать объекты космоцентра в любом сочетании: автономно, комплексно по группам объектов и интегрированными в единый комплекс.

Интерактивные физический и виртуальный аналоги транспортного космического корабля «Союз-ТМА» молодежного космоцентра имитируют полет российского пилотируемого транспортного космического корабля «Союз-ТМА» на этапах старта и выведения на околоземную орбиту, автономного полета, сближения и стыковки с МКС, совместного орбитального полета в составе МКС, расстыковки и автономного полета, спуска и посадки спускаемого аппарата (СА). Основным элементом физического аналога является рабочее место космонавта, состоящее из макета спускаемого аппарата пилотируемого космического транспортного корабля «Союз-ТМА» с тремя ложементами и трапом, основного бортового оборудования в тренажном исполнении. В кабине макета спускаемого аппарата установлена телекамера наблюдения за оператором во время работы на мультимедийном мониторе пульта контроля и управления.

Важной составной частью интерактивного аналога является набор специализированного ПО, которое обеспечивает моделирование динамических процессов движения пилотируемого транспортного космического корабля «Союз-ТМА» в космическом пространстве, моделирование штатной логики бортовых систем, задание начальных условий и контроля за текущим положением корабля относительно МКС, ПО генерации изображений на специальном визире космонавта (ВСК) МКС, звездного неба и подстилающей поверхности Земли. На мониторе интегрированного пульта управления космонавта «Нептун» можно увидеть сгенерированное изображение МКС, звездного неба и подстилающей поверхности Земли с внешней телевизионной камеры наблюдения транспортного космического корабля «Союз-ТМА». Одной из основных задач молодежного образовательного космоцентра является предоставление школьникам и студентам возможности осуществления полного цикла космического полета – от старта транспортного космического корабля «Союз-ТМА», его стыковки с МКС, работы на борту станции до расстыковки, спуска и приземления спускаемого аппарата «Союз-ТМА», которое сопровождается поисково-спасательными вертолетами.

Интерактивный виртуальный аналог МКС молодежного космоцентра имитирует полет Российского сегмента МКС на околоземной орбите Земли. Интерактивные физический и виртуальный аналоги поисково-спасательного вертолета имитируют работу поисково-спасательной группы при спуске и посадке спускаемого аппарата транспортного космического корабля «Союз-ТМА». Виртуальный ЦУП имитирует работу Российского ЦУП по управлению транспортным космическим кораблем «Союз-ТМА» и МКС.

В молодежный космоцентр одновременно приходят от пятидесяти до ста школьников и студентов, поэтому одного физического тренажера транспортного космического корабля «Союз-ТМА», обеспечивающего работу только одного экипажа школьников и студентов – космонавтов в составе трех человек, явно недостаточно. Дополнительные интерактивные рабочие места экипажей организуются в виртуальном тренажере.

Комплексный режим возможности для осуществления полного цикла космического полета задействует тренажерный модуль, модуль управления полетами, в данном режиме максимально используются все теоретические и практические знания, умения и навыки, полученные в космоцентре ранее. Полет на интерактивных физических аналогах ПКА является квинтэссенцией в деятельности космоцентра, это уникальная возможность для посетителей космоцентра полностью вжиться в образ космонавта, почувствовать на себе ответственность за товарищей, вошедших в очередной экипаж, на несколько часов преодолеть земное притяжение и вернуться обратно на Землю [5].

Для взаимодействия интерактивных физических и виртуальных аналогов космических и авиационных аппаратов, а также ЦУП все объекты интегрированы в единый программно-техничес­кий комплекс (рис. 4).

Центр тренажеростроения и подготовки персонала (г. Москва) накопил весомый опыт создания космоцентров различной конфигурации. В его планах – создание первой очереди интегрированного комплекса, состоящего из трех космоцентров, расположенных в различных городах России. Интеграция в единый комплекс действующих космоцентров обеспечит выполнение следующих задач:

-      предоставление посетителям космоцентров в городах России возможности дистанционно ознакомиться с объектами космоцентров;

-      предоставление посетителям трех космоцентров возможности осуществить на Земле имитационный космический полет к МКС на физических и виртуальных интерактивных аналогах российского пилотируемого космического корабля «Союз-ТМА», расположенных в различных космоцентрах;

-      трансляция лекционных и практических учебных занятий между космоцентрами как в режиме реального времени, так и в режимах записи и последующего воспроизведения;

-      организация трансляции мастер-классов летчиков-космонавтов, режима видеоконференций между космоцентрами, дистанционного видеонаблюдения за объектами космоцентров и обмена учебно-методическими материалами и пособиями.

Другим направлением является разработка новых молодежных образовательных космоцентров в различных городах России. Возрастающий интерес к космическим технологиям в нашей стране и за рубежом, стремление многих городов иметь у себя космические центры, которые будут привлекать новых пользователей, станут местами проведения интеллектуального досуга – все это будет способствовать развитию технологий построения подобных комплексов, появлению новых идей и принципиально новых обучающих и познавательных возможностей в космоцентрах.

Литература

1.     Здесь дети учатся летать. URL: http://rostov.mk.ru/artic- le/2012/04/11/692049-zdes-deti-uchatsya-letat.html (дата обращения: 22.04.2013).

2.     Шукшунов В.Е., Янюшкин В.В. Основы разработки образовательных космоцентров. М.: Машиностроение, 2012. 96 с.

3.     Создание электронных образовательных ресурсов нового поколения. URL: http://kvarks.narod.ru/quark/smolnik.htm (дата обращения: 22.04.2013).

4.     Орбитальные станции. Эксперименты и исследования на МКС. Исследования космических лучей на Российском сегменте МКС. URL: http://russpace.ucoz.ru/index/orbitalnye_stan­cii/0-33 (дата обращения: 22.04.2013).

5.     Главная оперативная группа управления (ГОГУ): история создания и деятельности. URL: http://readings.gmik.ru/lec­ture/2009-glavnaya-operativnaya-gruppa-upravleniya-gogu-isto­riya-sozdaniya-i-deyatelnosti (дата обращения: 22.04.2013).

References

1.     Zdes deti uchatsya letat [Here children learn flying], available at: http://rostov.mk.ru/article/2012/04/11/692049-zdes-deti-uchatsya-letat.html (accessed 22 April 2013).

2.     Shukshunov V.E., Yanyushkin V.V., Osnovy razrabotki obrazovatelnykh kosmotsentrov [Basics of educational space centers development], Moscow, Mashinostroenie, 2012.

3.     Sozdanie elektronnykh obrazovatelnykh resursov novogo pokoleniya [Creating new generation electronic educational resources], available at: http://kvarks.narod.ru/quark/smolnik.htm (accessed 22 April 2013).

4.     Orbitalnye stantsii. Eksperimenty i issledovaniya na MKS. Issledovaniya kosmicheskikh luchey na Rossiyskom segmente MKS [Orbital bases. Experiments and researching on ISS. Research on cosmic rays on Russian part of ISS], available at: http://russpa­ce.ucoz.ru/index/orbitalnye_stancii/0-33 (accessed 22 April 2013).

5.     Glavnaya operativnaya gruppa upravleniya (GOGU): istoriya sozdaniya i deyatelnosti [The main control division: origin and activities], available at: http://readings.gmik.ru/lecture/2009-glavnaya-operativnaya-gruppa-upravleniya-gogu-istoriya-sozdaniya -i-deyatelnosti (accessed 22 April 2013).