Особенности поддержки принятия решений по устранению особых событий и опасных состояний летчика в высотном полете
д. т. н., проф. Ю. А. Кукушкин, д. м. н., проф. М. В. Дворников,
д. т. н., проф. А. В. Богомолов, д. м. н., проф. А. А. Шишов, к. т. н. В. А. Сухолитко, к. т. н. А. П. Симоненко, д. м. н., проф. В. К. Степанов
Описаны особенности поддержки принятия решений по устранению особых событий и опасных состояний летчика в высотном полете, позволяющие обеспечить идентификацию особых событий и опасных состояний летчика и устранения их последствий в высотном полете в соответствии с принципами активного обеспечения безопасности полета.
Ключевые слова: жизнеобеспечение, высотный полет, состояние летчика.
Проблема обеспечения безопасности полетов по своей социальной и экономической значимости находится в числе приоритетных как у нас в стране, так и за рубежом. Практический опыт совершенствования военной авиации, научные разработки в области авиационной медицины и техники показали невозможность обеспечения эффективной и безопасной эксплуатации летательных аппаратов (ЛА) без комплексных исследований проблемы защиты организма летчика в полете от действия неблагоприятных факторов среды. Одним из ключевых направлений снижения риска нарушения работоспособности летчика при неблагоприятном действии экстремальных факторов полета, в частности – высотного фактора, является совершенствование технических характеристик систем обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) и защитного снаряжения [1, 5 - 7, 10, 11, 14].
Новым и еще недостаточно полно исследованным аспектом этой проблемы является разработка таких средств управления СОЖ, которые учитывают не только тактико–технические характеристики и особенности применения летательных аппаратов, типовые режимы функционирования бортовых систем, но, и, что особенно важно, – динамику функционального состояния и работоспособности экипажа при действии неблагоприятных факторов полета.
Детальная проработка проблемы должна включать решение ряда задач:
1) концепцию построения нового поколения кислородно-дыхательной аппаратуры (КДА), позволяющей реализовать оперативное управление состоянием летчика в соответствии с развитием ситуации;
2) способ формирования информационно-управляющих воздействий в соответствии с концепцией активного обеспечения безопасности полета;
3) аппаратно-программные средства оперативного контроля среды обитания, оценки функционального состояния летчика с расчетом индексов риска потери (или времени сохранения) работоспособности при действии исследуемого (в данном случае – высотного) фактора.
Актуальность изучения этого круга практически важных вопросов вытекает из следующих положений [1, 2, 4, 7]:
1. В ходе предшествующих многочисленных исследований были созданы теоретические и методические основы применения КДА в составе СОЖ. Многолетний практический опыт реальных полетов показал высокие эксплуатационные качества образцов КДА, основанных на пневмомеханических принципах, что в значительной степени предопределено надежностью и простотой их конструкции. Эти устройства могут по-прежнему рассматриваться как резервирующее звено при возникновении на борту нештатных ситуаций. Однако сегодня они уже не в полной мере удовлетворяют требованиям к современным и особенно к перспективным ЛА. Поэтому актуальны вопросы научного обоснования и практического создания систем, позволяющих надежно выявлять не только технические причины, но и психофизиологические факторы, которые приводят к нарушению работоспособности летчиков под воздействием факторов полета в штатных и нештатных ситуациях, и давать наглядное представление о том, насколько это значимо для оценки риска снижения надежности деятельности летчика.
2. Усилиями многочисленных исследователей разработана методология и отвечающий ей критериальный аппарат оценки переносимости оператором факторов полета, и, в частности, фактора гипоксии. Этот аппарат хорошо зарекомендовал себя в лабораторных условиях, хотя для проведения полунатурных и натурных испытаний требуется его дальнейшее развитие. Особый интерес для построения индексов работоспособности оператора представляет концепция потенциальной ненадежности действий летчика, базовым постулатом которой является изначально присущая оператору ненадежность в специфически затрудненных условиях деятельности [3, 12, 13].
Если рассматривать такие условия не только как внешние по отношению к оператору, но и как внутренние, определяемые состоянием базового физиологического компонента деятельности в условиях измененной газовой среды, то эту методологию можно рекомендовать в качестве исходной теоретической базой для конструирования индексов работоспособности и их расчета в реальном масштабе времени.
3. Необходимым условием обеспечения профессиональной надежности летчика в полете является создание методологии и отвечающего ей инструментария, позволяющего в широком диапазоне условий полета и с учетом контекста полетной ситуации обеспечить информационную поддержку и защиту экипажа посредством выдачи ему предупредительной и командной информации, а также команд в системах автоматического управления с целью выхода на безопасные, с точки зрения высотного фактора, режимы полета.
Все вышесказанное свидетельствует об актуальности комплексного решения ряда теоретических и методических задач, связанных с разработкой информационно-управляющего аппаратно-программного комплекса бортовой системы обеспечения безопасности высотного полета. В этом плане весьма важной является разработка моделей, алгоритмов и аппаратно-программных средств опознания особых событий и опасных состояний летчика в высотном полете и поддержки принятия решений по устранению их последствий.
Современная система защиты экипажа в высотном полете есть многофункциональная система с элементами многократного дублирования [6, 7]. Однако практическое использование ее многочисленных возможностей, в том числе и при возникновении нештатных ситуаций, в значительной степени зависит от психофизиологических возможностей самого летчика по своевременному выявлению, распознанию ситуации, принятию правильного решения и его реализации. В условиях дефицита времени, недостаточности опыта экипажа, весьма вероятны случаи бездействия, несвоевременности действий или их ошибочности. С учетом чрезвычайно высокой агрессивности высотных факторов полета последствия нерационального поведения летчика могут стать причиной авиационного происшествия, вплоть до катастрофы [1, 6, 8 – 10, 14]. Большинство особых случаев в высотном полете являются типовыми, это позволяет сформулировать и типовые рекомендации по выходу из сложившейся опасной ситуации, которые могут быть реализованы в автоматизированном режиме.
При формулировании типовых сценариев выхода из опасной ситуации, необходимо учитывать и возможную неадекватность поведения летчика, обусловленную выраженным влиянием кислородного голодания. Следует отметить, что на протяжении многих лет специалистами авиационной медицины вообще отрицалась возможность человека правильно оценивать свое состояние и принимать верные решения в этих условиях. Хотя в последние годы эта точка зрения подверглась пересмотру, и во многих странах мира предусмотрена система специальной психофизиологической подготовки по распознаванию признаков гипоксии в полете и отработке навыков по выходу из нее.
При построении аппаратно-программного комплекса профилактики и купирования особых событий и опасных состояний летчика в высотном полете следует предусмотреть решение следующих функциональных задач:
- обеспечение информационной поддержки экипажа в виде предписывающих или советующих речевых сообщений;
- оценка адекватности реакции экипажа на предупредительную информацию;
- принятие решения о недееспособности летчика и выключение его из контура управления ЛА;
- включение аварийной подачи кислорода для купирования опасных состояний летчика;
- включение системы автоматического управления по выводу ЛА на безопасный режим полета;
- регистрация всех отказов на средствах объективного контроля;
- включение устройства для автоматического покидания ЛА.
Основные варианты решения этих функциональных задач приведены в табл.
Таблица
Основные варианты принимаемых решений
Увеличить kukushkin2009-1-01.gif (61кб)
Совокупность перечисленных в таблице мер, реализуемых аппаратно-программным комплексом, отвечает принципу активной безопасности, т.е. их реализация может быть обеспечена как самим летчиком, так и автоматикой, если летчик по той или иной причине на это не способен. Это принципиальное отличие от пассивных систем, в которых предусмотрена лишь информационная поддержка, а выполнение действий остается только за оператором, является несомненным преимуществом, однако накладывает серьезную ответственность, из-за риска ложного срабатывания системы.
Проблема распознавания ложных сигналов одна из самых актуальных в развитии автоматических систем обеспечения безопасности в «человеко-машинных» системах. Применение интерактивного режима многоуровневого принятия решения, предусматривающего вмешательство в контур управления ЛА автоматики только при неадекватной реакции человека-оператора на одно или двукратную (если позволяет остаточное резервное время возникновения опасных состояний летчика) предупредительную или предписывающую информацию, уменьшает риск необоснованного включения автоматических средств изменения режима полета и тем самым срыв выполнения полетного задания.
Схема процедуры принятия решений в виде схемы представлена на рис. Следует отметить, что каскадный принцип поэтапного принятия решения может быть реализован при условии учета степени опасности сложившейся ситуации и учета остаточного резервного времени.
Большое количество возможных вариантов типовых особых случаев высотного полета, а также многообразие сценариев выхода из возникшей ситуации учитывается в специальном математическом обеспечении процедур принятия решений [3, 6, 12].
Разработанное математическое обеспечение диагностики особых событий полета и опасных состояний летчика в высотном полете и принятия решений по их устранению, а также результаты исследований, направленные на обоснование выбора и разработки датчиков, используемых для оценки состояния членов экипажа ЛА и работоспособности комплекта кислородного оборудования, реализованы при создании информатора критического состояния летчика. Он обеспечивает информационную поддержку летчика (экипажа) при возникновении особых событий высотного полета и опасных состояний летчика в таком полете, автоматизированный контроль работоспособности летчика (экипажа) в высотном полете и выработку управляющих сигналов, выдаваемых бортовым системам авиационного комплекса и наземным службам в целях предотвращения авиационных происшествий и спасения летчика (экипажа) в случае потери им работоспособности.
На основании результатов экспериментальной апробации макета информатора критического состояния летчика в условиях имитации высотного полета на барокамерном стенде ГосНИИИ ВМ Минобороны России установлено, что он обеспечивает:
- непрерывный автоматический контроль состояния средств жизнеобеспечения, дееспособности летчика и правильности применения им средств защиты в экстремальных условиях высотного полета;
- выдачу летчику речевой информации о возникновении нештатной ситуации, оценку правильности и своевременности действий летчика по ее устранению;
- принятие решения о передаче функции управления ЛА автоматике, реализующей несколько вариантов программ вывода самолета на безопасный режим полета, в тех случаях, когда реагирование летчика на предупредительную информацию неадекватно;
- выдачу команды на исполнительный механизм аварийной подачи 100% кислорода для ускоренной нормализации измененного состояния летчика;
- принятие решения о восстановлении дееспособности летчика и отключение систем автоматического управления;
- регистрацию на средствах объективного контроля данных о состоянии средств обеспечения жизнедеятельности и функционального состояния летчика при возникновении нештатных ситуаций в полете;
- автоматическую выдачу в эфир информации группе руководства полетами об опасном состоянии экипажа или его восстановлении, а также об отключении информатора.
Литература
1. Авиационная медицина. / Под ред. Н. М. Рудного, П. В. Васильева, С. А. Гозулова. М.: Медицина, 1986. 578 с.
2. Акопов М. Г., Дудник М. Н. Расчет и проектирование авиационных систем индивидуального жизнеобеспечения. М.: Машиностроение, 1985. 232 с.
3. Богомолов А. В., Гридин Л. А., Кукушкин Ю. А., Ушаков И. Б. Диагностика состояния человека: математические подходы. М.: Медицина, 2003. 144 с.
4. Бухтияров И. В., Усов В. М., Дворников М. В., Кукушкин Ю. А., Богомолов А. В., Чернуха В. Н. Технология биоадаптивного управления функционированием средств обеспечения жизнедеятельности человека в условиях измененной газовой среды // Безопасность жизнедеятельности. 2004. № 5.
5. Быков Л. Т., Ивлентиев В. С., Кузнецов В. И. Высотное оборудование пассажирских самолетов. М.: Машиностроение, 1972. 332 с.
6. Гузий А. Г., Богомолов А. В., Кукушкин Ю. А. Теоретические основы функционально–адаптивного управления системами «человек–машина» повышенной аварийности // Мехатроника, автоматизация, управление. 2005. № 1.
7. Дворников М. В., Меденков А. А., Степанов В. К. Выбор и подгонка защитного снаряжения. Обучение дыханию и речи под избыточным давлением. М.: Полет, 2001. 156 с.
8. Дворников М. В., Черняков И. Н., Степанов В. К., Шишов А. А. Актуальные направления совершенствования медицинского обеспечения безопасности высотных полетов // Военно–медицинский журнал. 2000. № 9. С. 14 – 16.
9. Кукушкин Ю. А., Дворников М. В., Степанов В. К., Богомолов А. В., Сухолитко В. А. Методика определения потенциальной ненадежности действий и резервного времени сохранения работоспособности летчика в высотном полете // Проблемы безопасности полетов. 2002. № 11.
10. Кукушкин Ю. А., Дворников М. В., Степанов В. К., Сухолитко В. А., Богомолов А. В. Анализ проблем защиты летчика от воздействия высотного фактора полета // Проблемы безопасности полетов. 2002. № 10. С. 27–31.
11. Пешков Е. М., Черток В. Б., Чугунов В. Л. Кислородное оборудование пассажирских самолетов М.: Транспорт, 1985. 141 с.
12. Ушаков И. Б., Богомолов А. В., Гридин Л. А., Кукушкин Ю. А. Методологические подходы к диагностике и оптимизации функционального состояния специалистов операторского профиля. М.: Медицина, 2004.
13. Ушаков И. Б., Кукушкин Ю. А., Богомолов А. В., Карпов В. Н. Потенциальная ненадежность действий оператора как характеристика степени влияния физико–химических факторов условий деятельности // Безопасность жизнедеятельности. 2001. № 1.
14. Щербаков С. А., Кукушкин Ю. А., Солдатов С. К., Зинкин В. Н., Богомолов А. В. Психофизиологические аспекты совершенствования методов изучения ошибочных действий летного состава на основе концепции человеческого фактора // Проблемы безопасности полетов. 2007. № 8.
Literature
1. Air medicine. / Under ed. N. M. Rudny, P. V. Vasiljeva, S. A. Gozulova. M.: Medicine, 1986. 578 p.
2. Akopov M. G., Dudnik M. N. Calculation's angelica and projection of air systems personal live support. M.: Mechanical engineering, 1985. 232 p.
3. Bogomolov A. V., Gridin L. A., Kukushkin J. A., Ushakov I. B. Diagnostics of a state of the person: mathematical approaches. M.: Medicine, 2003. 144 p.
4. Buhtijarov I. V., Usov V. M., Dvornikov M. V., Kukushkin J. A., Bogomolov A. V., Chernuha V. N. Technolog of adaptive control by operation of agents of life support of the person in conditions of modified gas medium // Safety of habitability. 2004. N 5.
5. Bulls L. T., Ivlentiev V. S., Kuznecov V. I. Smiths equipment of passenger airplanes. M.: Engineering, 1972. 332 p.
6. Guzij A. G., Bogomolov A. V., Kukushkin J. A. Fundamental theory of functional - adaptive control by systems "person - machine" of the raised accident rate // Mechatroniks, automation, control. 2005. N 1.
7. Dvornikov M. V., Medenkov A. A., Stepans V. K. Selection and adjustment of protective equipment. Education to breathing and speech under an overpressure. M.: Flight, 2001. 156 p.
8. Dvornikov M. V., Chernjakov I. N., Stepanov V. K., Shishov A. A. Actual of a direction of perfecting of medical safety control of high-altitude flights // the Military-medical log-book. 2000. N 9. P. 14-16.
9. Kukushkin J. A., Dvornikov M. V., Stepanov V. K., Bogomolov A. V., Suholitko V. A. Procedure of definition of potential unreliability of operations and stand-by time of conservation of functionability of the pilot in high-altitude flight // Problems of flight safety. 2002. N 11.
10. Kukushkin J. A., Dvornikov M. V., Stepanov V. K., Suholitko V. A., Bogomolov A. V. Analysis of problems of protection of the pilot from effect of the high-altitude factor of flight // Problems of flight safety. 2002. N 10. P. 27-31.
11. Peshkov E. M., Chertok V. B., Chugunov V. L. Oxygenous equipment of passenger airplanes / M.: Transport, 1985. 141 p.
12. Ushakov I. B., Bogomolov A. V., Gridin L. A., Kukushkin J. A. Methodological approaches to diagnostics and optimizations of a functional state of experts operator a structure. M.: Medicine, 2004.
13. Ushakov I. B., Kukushkin J. A., Bogomolov A. V., Karpov V. N. Potential's unreliability of operations of the operator as the characteristic of a degree of influence of physical and chemical factors of conditions of activity // Safety of habitability. 2001. N 1.
14. Shcherbakov S. A., Kukushkin J. A., Soldatov S. K., Zinkin V. N., Bogomolov A. V. Psychophysiological aspects of perfecting of methods of learning of error operations of a flight structure on the basis of the concept of the human factor // Problems of flight safety. 2007. N 8.
Увеличить kukushkin2009-1-02.gif (28кб)
Рис. Схема процедуры поддержки принятия решения по устранению особого случая или опасного состояния летчика в высотном полете
Features of support of decision making on elimination of the special events and dangerous states of the pilot in high-altitude flight
Yu. A. Kukushkin, M. V. Dvornikov, A. V. Bogomolov, A. A. Shishov,
V. A. Suholitko, A. P. Simonenko, V. K. Stepanov
Features of support of decision making on elimination of the special events and dangerous states of the pilot in the high-altitude flight are described, permitting to provide identification of the special events and dangerous states of the pilot and elimination of their consequences in high-altitude flight according to principles of awake safety control of flight.
Keywords: live support, high-altitude flight, states of the pilot.
