Автоматизация в пилотируемой космонавтике: проблемы и социально-психологические детерминанты

Костин Анатолий Николаевич

Разработка стратегии автоматиза­ции управления является одной из ключевых проблем при создании пи­лотируемой космической техники. Отечественная пилотируемая космо­навтика нацелена на максимальную автоматизацию режимов управления. Это выражается в приоритете автома­тических режимов управления, явля­ющихся основными, штатными, над полуавтоматическими и ручными ре­жимами, которые рассматриваются как резервные и используются только при отказах автоматики. Фактически космонавт выступает в роли «дублера» потенциально ненадежных элементов.

Одно из обоснований данной стра­тегии принадлежит известным спе­циалистам в области космонавтики А.С. Елисееву и Б.В. Раушенбаху [5]. Они считают, что создание автомати­ческих систем пилотирования косми­ческих кораблей за редким исключением затруднений не представляет, а ре­жимы ручного управления требуют постоянно тренируемого навыка у космонавтов. Поэтому ручное управление должно рассматриваться лишь как дублирующее средство. В то же время, сложность бортовых систем требует по­стоянного контроля и регулярного вме­шательства космонавтов и умения рас­познавать отказы автоматики.

Приведенное обоснование сомни­тельно сразу с двух точек зрения: ин­женерной и психологической. С инже­нерной — создание автоматических систем для современных космических кораблей как раз является сложной проблемой, а с психологической — распознать отказ и своевременно пе­рейти с автоматического управления на ручное — очень непростая задача для экипажа.

Кроме того, функциональное дуб­лирование имеет существенный недо­статок: резервные полуавтоматические и ручные режимы формируются по ос­таточному принципу и не обеспечивают полноценное управления челове­ком, так как они призваны не реализо­вывать процесс управления в целом, а компенсировать отдельные функцио­нальные возможности отказавшей автоматики. Поэтому очень часто оказы­валось, что экипаж не обеспечен необходимыми средствами управления и объективно ничего не может сделать. Как показал опыт космических поле­тов, экипажи космических кораблей «Союз» почти всегда не могли реали­зовать резервный ручной режим сближения при отказах автоматики, что приводило к срывам стыковок с орби­тальными станциями и досрочному пре­кращению полетов в 1970-80-х годах.

То, что автоматизация приводит к целому ряду психологических про­блем, в том числе и социального свой­ства, хорошо известно. Некоторые из этих проблем неоднократно рассматривались в наших работах [3, 7—11].

Прежде всего, это проблемы опре­деления роли человека (оператора, членов экипажа, персонала) в процес­сах управления и ответственности за обеспечение их надежности и безо­пасности. Как отмечал еще Ч.Э. Бил­лингс (C.E. Billings), каждое технологическое усовершенствование автома­тики по разным причинам вольно или невольно вытесняет экипаж на пери­ферию непосредственного управле­ния самолетом, которое он осуществ­ляет посредством достаточно сложно­го компьютерного интерфейса [17]. Тем не менее, пилоты, игравшие ра­нее ведущую роль во всех аспектах управления, остаются ответственными за обеспечение безопасности по­лета. Автоматика в большинстве слу­чаев меняет роль летчика на роль пассивного наблюдателя, который контролирует работу систем, управ­ляющих самолетом, больше, чем не­посредственно пилотирует его сам. Об этом пишут также А. Стоукс (A. Stokes) и К. Кит (K. Kite) [18].

К несчастью, надежность автома­тики далеко не идеальна и часто не достигает требуемого уровня. Поэто­му в реальности автоматизация не по­вышает, а снижает надежность дея­тельности летчика, поскольку ответ­ственность за исход полета высокая, а уверенности в способности автомати­ки выполнить его нет, как нет уверен­ности и в собственных возможностях заменить ее.

Следствием пассивной роли лет­чика в управлении является возникно­вение чувства недоверия автоматике, которое принимает распространен­ный характер. Причиной его развития является, с одной стороны, суще­ственная непредсказуемость автома­тики в непредвиденных ситуациях, с другой стороны — возможность отка­за автоматики без аварийной индика­ции. Это приводит к таким эффектам, как отключение исправной автомати­ки, когда процесс управления не­сколько отличается от привычного, и несвоевременный переход на ручное управление.

С другой стороны, пассивная роль в управлении может приводить и к чувству излишнего доверия автомати­ке. Тогда, столкнувшись с неожидан­ной проблемой, оператор может пы­таться ее не замечать, вместо того что­бы выключить автоматику и перейти на ручное управление.

Отчуждение человека от результа­тов процесса управления автоматикой является причиной отказа от ответ­ственности за обеспечение надежнос­ти и безопасности. Так, В.А. Понома­ренко отмечал, что при автоматизации работник отчуждается от средств про­изводства, становится контролером, а не исполнителем, его человеческая индивидуальность нивелируется, он чувствует себя ущемленным, иногда даже потерянным, а прежняя профес­сиональная гордость сменяется чувством растерянности. При этом чело­век отвечает за то, что сам не делает. В результате многим автоматизирован­ным системам человек предпочитает ручное управление. Кроме того, автоматика может ввести его в область запредельных человеческих возмож­ностей, не снимая ответственности за управление [13].

Определение стратегии автомати­зации в инженерной психологии свя­зано с решениями проблемы распре­деления функций между человеком и автоматикой, которые за последние более чем полвека претерпели значи­тельные изменения. Начало было по­ложено в 1960-е годы выдвижением принципа преимущественных воз­можностей П. Фиттса (P. Fitts) и прин­ципа взаимодополняемости человека и машины Н. Джордана (N. Jordan). В 1971 году Н.Д. Заваловой, Б.Ф. Ломо­вым и В.А. Пономаренко был разра­ботан принцип активного оператора, ставший классическим для отече­ственной инженерной психологии. Его основное следствие, заключающееся в принципиальном преимуществе полуавтоматических режимов управ­ления над полностью автоматически­ми, позволило существенно повысить надежность управления создававшей­ся в стране авиационной техникой. Еще одним, наиболее распространен­ным в настоящее время направлени­ем решения указанной проблемы яв­ляется разработка различных спосо­бов адаптивного или динамического распределения функций, реализую­щих гибкое изменение степени авто­матизации (В.Ф. Венда, В.М. Ахутин, W Rouse, B. Kantowitz, R. Sorkin и др.). Однако это направление страдает серьезными теоретическими изъянами и далеко от практической реализации.

Возрастающая сложность создава­емой техники приводит к необходимо­сти поиска новых решений. К харак­теристикам этой сложности, прежде всего, следует отнести свойство потенциальности сложных крупномасштаб­ных технических объектов. Выражает­ся оно, в частности, в возможности возникновения непредвиденных ситу­аций управления из-за многообразия, непредсказуемости, неоднозначности и опосредованности межсистемных взаимодействий, то есть связей между различными системами объекта. Но тогда невозможно создание полностью адекватных моделей управления и ре­ализация на их основе автоматических режимов.

Существование таких ситуаций приводит к новому виду отказов, кото­рый связан не с реальными поломками техники, а с неадекватной работой ав­томатики при диагностике бортовых систем. С этими нетрадиционными отказами впервые столкнулись во вре­мя первого советско-французского космического полета на корабле «Союз Т-6» в 1982 году, при сближении исследовательских модулей «Квант- 1», «Квант-2» и «Кристалл» с орби­тальной станцией «Мир» и в ряде дру­гих случаев. Суть этих отказов своди­лась к аварийному прекращению или непредусмотренной динамике режима автоматического сближения. После­дующие режимы выполнялись либо за счет действий экипажей, перехваты­вающих управление, либо за счет от­ключения программ диагностики, осуществляемого наземным персона­лом Центра управления полетами (ЦУП).

Подобные отказы случаются и сейчас. Примерно полтора года назад в июле 2009 года произошел сбой при стыковке грузового корабля «Прогресс-М-67» с Международной кос­мической станцией (МКС), когда ав­томатика без всякой аварийной диаг­ностики не стала осуществлять облет для выхода на нужный стыковочный узел. Сближение и стыковку корабля осуществил экипаж с борта МКС с помощью специального ручного теле- операторного режима. Заметим, что данная непредсказуемая ситуация возникла в 67-м полете кораблей дан­ной серии, когда, казалось, бы все действия автоматики должны быть давно отработаны!

Последний раз телеоператорный режим пришлось задействовать 1 мая 2010 года при отказе во время сбли­жения грузового корабля «Прогресс М-05М». Считается, что причиной отказа стал сбой программного обес­печения или срабатывания датчика контроля давления в камерах сгорания двигателей ориентации, хотя развитие событий почти совпадало с уже упоми­навшейся стыковкой корабля «Союз Т-6». Тем не менее, успешное осуще­ствление стыковки экипажем МКС позволяет считать, что двигатели ори­ентации в отказе не виноваты.

Парадоксальность непредвиден­ных ситуаций межсистемного взаимо­действия заключается в том, что сами технические системы функциониро­вали нормально! Но тогда перестает действовать основной принцип обес­печения надежности, заключающий­ся в резервировании отказавших блоков систем, так как автоматика отклю­чит любое количество исправной резервной аппаратуры, сколько бы комплектов ее не было. Следователь­но, в проблеме обеспечения надежно­сти возникает принципиально новое качество — потенциальная неадекват­ность используемых разработчиками техники количественных критериев в программах автоматики и возмож­ность диагностики ими ложных, несу­ществующих отказов с последующим отключением исправных блоков сис­тем, как основных, так и резервных.

Почему же, несмотря на инженер­но-психологическое обоснование пре­имущества полуавтоматических режи­мов управления над автоматическими, разработчики техники ими пренебре­гают и стремятся к полной автомати­зации? Попробуем разобраться в при­чинах этого стремления, во многом имеющих социально-психологичес­кий характер, в которых, как будет показано ниже, переплетаются осо­бенности профессиональных менталитетов и традиций, исторические предпосылки, мировоззренческие убеждения и многое другое.

Начнем с истории космонавтики. Как известно, первый космический корабль «Восток» разрабатывался как пилотируемый. В то же время, его пер­вый полет планировался полностью автоматическим, с управлением авто­матикой с Земли. Перед Ю.А. Гагари­ным не ставились задачи по управле­нию кораблем — только проверка воз­можности жизни человека в космосе.

В частности, это объяснялось отсут­ствием уверенности у некоторых пси­хологов и физиологов в дееспособно­сти человека в условиях невесомости.

Но тогда возникает парадокс: ко­рабль из пилотируемого превращает­ся в корабль с «человеком на борту» (как и заявлено во всех сообщениях о полете), а это может быть и пассажир. Закономерно встает вопрос: нужна ли тогда на корабле система ручного управления? По свидетельству одного из главных разработчиков систем уп­равления космических аппаратов ака­демика Б.Е. Чертока, ее решили сде­лать на «всякий случай», для обеспе­чения возвращения на Землю при отказе автоматики, тем более что это оказалось несложно [15]. Собственно, к такому дублированию и был профес­сионально подготовлен Ю.А. Гагарин, а сам случай, кстати, представился очень скоро — в полете корабля «Вос­ход-2» при отказе автоматики только использование ручного управления обеспечило спуск с орбиты и спасло жизнь космонавтам П.И. Беляеву и А.А. Леонову.

Идеология полной автоматизации, то есть «человека на борту», которую еще можно принять для первых кораб­лей «Восток» и «Восход», была сохра­нена и в дальнейшем при разработке следующего корабля — «Союз», всех его модификаций и многоразового кораб­ля «Буран». Автоматические режимы оставались основными, штатными, а полуавтоматические и ручные — резер­вными, дублирующими автоматику.

С идеологией приоритета автома­тики стали сразу активно бороться космонавты, настаивая на необходи­мости активного включения экипажа в управление. Против «засилья авто­матов» часто выступал Ю.А. Гагарин. «Что бы вы делали без человека! Ваша ионная система оказалась ненадеж­ной, датчик 45К (для ориентации на Солнце и звезды — А.К.) отказал, а вы все еще не доверяете космонавтам», — говорил он, обращаясь к ведущим спе­циалистам по бортовым системам управления Б.Е. Чертоку и Б.В. Раушенбаху, когда космонавт В.М. Кома­ров после многочисленных непредви­денных отказов обеспечил спуск ко­рабля «Союз-1» с орбиты [16]. После своего полета на корабле «Союз-3» с неудачной стыковкой космонавт Г.Т. Береговой говорил: «Управлять самому лучше, чем когда тобой все время управляют с Земли. Чувствовать себя бесправным пассажиром или гостем — это не по мне. Контакт челове­ка с кораблем надо менять» [16].

Тем не менее, позицией космонав­тов пренебрегли, поэтому идеология автоматизации осталась ведущей и при разработке отечественного многоразо­вого корабля «Буран». По словам его главного конструктора Б. Губанова, си­стемы автоматического управления «Бурана» столь совершенны, что эки­паж в будущих полетах рассматривает­ся как звено, дублирующее автоматику [4]. Однако за четыре месяца до старта «Бурана», который должен был совер­шить полет без экипажа в автоматичес­ком режиме, протест против этого вы­сказали два авторитетных космонавта: Игорь Волк — начальник отряда космо­навтов для полетов на «Буране», возглавлявший программу испытательных полетов на самолетах-лабораториях и аналоге орбитального корабля, и Алексей Леонов — заместитель началь­ника Центра подготовки космонавтов. В своем письме в Совет министров СССР они потребовали отменить бес­пилотный полет «Бурана», мотивируя тем, что американский «Шаттл» начал летать с экипажем с первого полета, и своим неверием в возможность успеш­ного автоматического полета «Бурана» [14]. Как известно, их мнение опять учтено не было. И, несмотря на благо­получное выполнение самого полета, неожиданный маневр «Бурана» перед приземлением, поставивший в тупик наземные службы управления, лиш­ний раз подтвердил существенность непредсказуемых ситуаций в процес­се его функционирования.

Показательны в этом отношении высказывания академика Г. Бюшгенса, сделанные им в одном интервью: «Путь к безопасности в авиации лежит через полную автоматизацию полета на всех этапах. Человек нужен лишь в качестве контролера. Чтобы он не те­рял квалификацию, есть тренажеры. Космический самолет «Буран», обле­тев без пилота Землю, точно попал в начало полосы». На вопрос, почему Игорь Волк, командир отряда космо­навтов для полетов на «Буране», счи­тает, что летчик надежнее любого авто­мата, следует красноречивый ответ: «Мы с ним много грызлись. Но он же летчик, он должен так говорить. Любой серьезный ученый (курсив мой — А.К.) скажет: машина надежнее человека» [1]. Безапелляционность и снобизм высказываний по отношению к одно­му из наших лучших летчиков-испытателей и космонавту просто поражает.

Однако у самих разработчиков кос­мической техники сомнения по пово­ду правильности выбора стратегии ав­томатизации все-таки возникали. Уме­стно привести горькие слова из дневника от 13 ноября 1968 года по­мощника Главкома ВВС по подготовке и обеспечению космических полетов Н.П. Каманина — человека, отвечавше­го за выполнение советской космичес­кой программы: «Пять—шесть лет тому назад я повел большой принципиаль­ный спор с С.П. Королевым, а после его смерти — с В.П. Мишиным (преемни­ком С.П. Королева на посту Главного конструктора — А.К.) о путях развития пилотируемых космических полетов. Королев и Мишин, закладывая кораб­ли «Союз», Л-1 и Л-3 (для полетов на Луну — А.К.), верили только в автома­тику. «На моих кораблях кролики мо­гут летать!» — неоднократно заявлял Королев. Они не доверяли космонавтам участие в управлении полетом и сводили их роль только к роли наблюдателей и дублеров некоторых автоматических си­стем корабля (курсив мой - А.К.). В этом споре конструкторы одержали верх и повели нашу космическую про­грамму по неправильному пути. Неза­долго до смерти Королев понял свою роковую ошибку («Мы заавтоматизировались...»), но выправить неверный курс было уже трудно. Преемники Ко­ролева продолжали по инерции стро­ить корабли-автоматы, а это в десятки раз труднее, чем создать корабли типа «Джемини» и «Аполлон», рассчитан­ные на активное участие экипажа в управлении полетом» [6]. Позднее В.П. Мишин на одном из заседаний Го­сударственной комиссии после оче­редного срыва стыковки со станцией сказал: «Если бы мы больше доверяли космонавтам, мы бы уже имели выпол­ненные стыковки» [12].

Аналогичное мнение конструкто­ра Сергея Охапкина приводит в своей книге Б.Е. Черток. Как специалист, воспитанный на авиационной культу­ре веса, Охапкин больше других воз­мущался излишним утяжелением систем и восхищался простотой и смело­стью, с которой американцы выходи­ли из сложных ситуаций, возлагая на человека функции по управлению там, где у нас устанавливали «тяжелые сун­дуки всяческой троированной автома­тики» [15].

Действительно, экипажам в систе­мах управления американскими кос­мическими кораблями с самого нача­ла отводилась ведущая роль. Причина была достаточно прозаическая: из-за малого веса, выводимого ракетой- носителем, в первом корабле «Мер­курий» оказалось невозможным за­резервировать бортовые системы и пришлось создавать полноценную систему ручного управления. По­зднее идеология активного участия ас­тронавтов в управлении посредством разработки полуавтоматических и ручных режимов, только уже с ис­пользованием бортовой вычисли­тельной техники, была сохранена и на последующих космических кораблях «Джемини», «Апполон» и «Спейс Шаттл». Более того, автоматические режимы управления для этих кораблей даже не разрабатывались, хотя их ве­совые характеристики позволяли осу­ществлять необходимое дублирование систем. В отличие от наших разработ­чиков, американские специалисты считали, что приоритет человека над автоматикой не снижает, а повышает надежность и безопасность полета.

Главная причина такого расхожде­ния во взглядах на автоматизацию и обеспечение ее надежности заключа­лась в различиях профессиональных менталитетов и традиций специалис­тов базовой отрасли техники, на осно­ве которой создавалась пилотируемая космонавтика. В США такой базовой отраслью явилась авиация, в которой традиционно существовало уважительное отношение и доверие к летчи­ку. Кроме того, в проектировании космических кораблей, начиная с ранних полетов по программе «Меркурий», непосредственное участие принимали летчики-испытатели, поэтому и зада­чи ставились с учетом их профессио­нальных навыков.

В Советском Союзе космонавти­ка развивалась на основе ракетной техники. Традиционно ракеты и пер­вые космические аппараты управля­лись автоматикой. Опыта работы с человеком у ракетчиков не было, он им был непонятен, потенциально мог ошибаться, поэтому, естественно, вы­зывал недоверие.

Еще одно интересное соображе­ние, которое тоже касается ментали­тета руководителей отечественной космонавтики, высказывает участни­ца нашего первого женского отряда космонавтов Валентина Пономарева. По ее мнению, космический полет для этих людей был завершением колос­сальной работы, за которую они отве­чали головой и поэтому не могли доверить ее кому-то другому, кроме сво­их систем, «которые и были — они сами» [12].

В принципе автоматика действи­тельно является средством участия разработчиков в управлении, только не непосредственным, а опосредован­ным. Поэтому зависимость от автома­тики на деле является зависимостью от ее разработчиков. Она усиливается еще и тем, что космонавты должны действовать строго согласно бортовой инструкции и указаниям ЦУПа. Эки­паж не имеет права самостоятельно переходить на резервное управление, а может его осуществлять только по разрешению с Земли, которое, как по­казал опыт, не всегда дается вовремя.

При всех перечисленных ограни­чениях, которые сковывают само­стоятельность космонавтов, ответ­ственность за выполнение полета воз­лагается на экипаж. Более того, его невмешательство в управление в ряде нерасчетных нештатных ситуаций во время выполнения режимов сближе­ния признавали виной космонавтов. Но ответственность должен нести тот, кто обладает правом принятия реше­ний, то есть в данном случае — разра­ботчики автоматики и специалисты ЦУПа. Иначе использование автома­тических режимов является еще и удобным для разработчиков уходом от ответственности за управление, перекладыванием ее на других.

Таким образом, детерминанты ре­шения проблем автоматизации в пило­тируемой космонавтике определяются рядом социально-психологических факторов. К ним относятся: разный профессиональный опыт специалис­тов; разное понимание ими значимо­сти и роли человека в управлении тех­никой; вытекающие отсюда особен­ности менталитета, определяемые национальными и культурными тради­циями; социальная зависимость одних профессиональных групп (космонав­тов) от других (разработчиков техники); наличие возможности избегания или перекладывания ответственности.

Интересную версию причины то­тального недоверия к человеку пред­лагает В. Пономарева. По ее мнению, «ставка на автоматику» является след­ствием нашей прошлой идеологичес­кой установки, что человек — это «вин­тик» огромного механизма, а раз так, то техника важнее, она решает все! Именно ей, а не человеку оказывается доверие и отдается предпочтение. Все это рождает технократический тип со­знания [12]. Таким образом, стремле­ние к полной автоматизации может детерминироваться еще исторически­ми предпосылками.

Все вышесказанное позволяет сде­лать вывод о том, что требуется ради­кальное изменение отношений между разработчиками и космонавтами. К этим отношениям для современной сложной техники, как справедливо считает Ю.Я. Голиков, должны быть применены требования даже не антро­поцентрического подхода, являюще­гося доминирующим в современной инженерной психологии, а подхода равнозначных субъектных отношений [2], основное требование которого со­стоит в том, что роли разработчиков и операторов в управлении не должны заметно отличаться, соответственно, на них должна возлагаться и равная ответственность.

Несколько лет назад как в отече­ственной, так и американской космо­навтике приступили к созданию тех­ники следующего поколения. В Рос­сии начата разработка перспективной пилотируемой транспортной системы (ППТС) — нового космического корабля, который должен прийти на сме­ну «Союзам». Удастся ли при его раз­работке преодолеть груз традиций при решении проблем автоматизации — вопрос пока открытый.

Список литературы:

1. Бюшгенс Г. Верю в безопасность авиации // Известия. — 16 августа 2002.

2. Голиков Ю.Я. Методология психологи­ческих проблем проектирования техники. М.: ПЕР СЭ, 2003.

3. Голиков Ю.Я., Костин А.Н. Психология автоматизации управления техникой. — М.: ИП РАН, 1996.

4. Губанов Б. «Энергия» — «Буран» — шаг в будущее // Наука и жизнь. —1989. — №4.-С. 2—9.

5. Елисеев А.С., Раушенбах Б.В. Работа космонавта по управлению космическим кораблем // Проблемы космической биологии. — Т. 34. Оптимизация деятель­ности космонавта. — М.: Наука, 1977. — С. 39—49.

6. Каманин Н.П. Скрытый космос: 3-я кни­га. — М: Новости космонавтики, 1999.

7. Костин А.Н. Взаимная адаптация и вза­имное резервирование человека и автома­тики // Психология адаптации и соци­альная среда: современные подходы, про­блемы, перспективы. — М.: ИП РАН, 2007. — С. 408—426.

8. Костин А.Н. Изменение принципов рас­пределения функций между человеком и автоматикой при возрастании сложности техники // Психологический журнал. — 1992. — Т. 13. — №5. — С. 57—63.

9. Костин А.Н. Инженерно-психологические проблемы автоматизации современной тех­ники // Современные проблемы инженер­ной психологии / Под ред. ВА. Бодрова. — М.: ИП РАН, 2008. — С. 466—484.

10. Костин А.Н. Социально-психологичес­кие проблемы и детерминанты автомати­зации управления сложной техникой // Социальная психология труда: теория и практика. — Т. 1 / Под ред. Л.Г. Дикой и А.Л. Журавлева. — М.: ИП РАН, 2010. — С. 277—296.

11. Костин А.Н. Тенденции в автоматизации авиационно-космической техники и про­блема распределения функций между че­ловеком и автоматикой // Человеческий фактор в авиации и космонавтике: Сбор­ник научных трудов / Под ред. А.А. Ме- денкова. — М.: Полет, 2007. — С. 52—55.

12. Пономарева В. Женское лицо космоса. — М.: Гелиос, 2002.

13. Пономаренко В.А. Психология духовно­сти профессионала. — М., 1997.

14. Сафонов И. Многоразовый «Буран» од­норазового использования // Коммер- сантъ-daily. — №213. — 14 ноября 1998.

15. Черток Б.Е. Ракеты и люди. — Кн. 2. Фили — Подлипки — Тюратам. —М.: Машино­строение, 1999.

16. Черток Б.Е. Ракеты и люди. — Кн. 4. Лун­ная гонка. —М.: Машиностроение, 1999.

17. Billings C.E. Toward a human-centered aircraft automation philosophy // The International journal of aviation psychology.-1991. — Vol. 1 — No.4. — P. 261—270.

18. Stokes A., Kite K. Flight stress: stress, fatigue, and performance in aviation. — Avebury Aviation, 1994.