Эволюция подходов к оценке результативности научных исследований на пилотируемых космических комплексах

Более 150 лет назад лорд Кельвин (Уильям Томсон Кельвин — британский физик, механик и инженер), выступая в Институте гражданских инженеров, сказал: «Если вы можете оценить то, о чём говорите, и выразить это количественно, тогда вы что-то об этом знаете, но если вы не можете это оценить и выразить количественно, тогда ваши познания скудны и неудовлетворительны» [1]. Смысл этого изречения конкретен и более коротко может быть сформулирован в виде часто цитируемой в интернете управленческой аксиомы (которую приписывают то теоретику менеджмента Питеру Друкеру, то Эдварду Демингу): «Нельзя управлять тем, что невозможно измерить» [2].

В этом контексте представляется актуальным и важным рассмотреть вопрос о том, как в процессе управления полётом пилотируемого космического комплекса (ПКК) измеряется и оценивается результативность выполнения на нём научных исследований.

В наиболее общем смысле результативность — это степень достижения поставленной цели (запланированных результатов) [3] в ходе реализации проекта, процесса, которые структурно и логически рассматриваются как большая система.

В отличие от специализированных автоматических космических аппаратов (связи, навигации, дистанционного зондирования Земли), целью полёта любого ПКК практически всегда является выполнение не одной задачи, а целого их комплекса — научных, технических, народнохозяйственных, образовательных, политических и т. п. Выполнение каждой из них может характеризоваться десятками показателей или целевых индикаторов различной размерности, которые, к тому же, могут иметь различный физический смысл.

При этом особенностью применяемых при оценке результативности любых научных программ показателей (таких как количество успешно завершённых экспериментов, количество опубликованных статей, оформленных патентов, диссертаций и т. п.) является их апостериорный характер, т. е. они определяются только после завершения исследования и анализа полученных результатов.

К апостериорным относятся и другие показатели научной результативности, используемые в настоящее время с применением библиометрических методов при анализе выполнения научных программ на российском сегменте Международной космической станции (РС МКС), а также для оценки эффективности Долгосрочной программы целевых работ (ДПЦР) на РС МКС [4, 5]. Так, например, если исследования авторов носят фундаментальный характер, то определяется суммарное значение пятилетних импакт-факторов без учёта само-цитирования в изданиях из списка ВАК, в которых были опубликованы статьи с результатами экспериментов, выполненных в рамках ДПЦР, на основе значений показателей Российского индекса научного цитирования [6].

Однако такого рода показатели не могут использоваться для корректной оценки результативности научных исследований на ПКК непосредственно в ходе пилотируемого полёта при постоянной смене экипажей основных экспедиций и экспедиций посещения [7, 8]. Члены экипажей этих экспедиций выполняют свою научную программу, состоящую из десятков и сотен космических экспериментов (КЭ) и/или целевых работ (ЦР). При этом основное количество включаемых в программы экспедиций экспериментов, как правило, повторяются (для накопления статистических данных по предмету исследования или смены объектов исследований) и продолжаются из программы одной экспедиции в программу другой, а завершаются только после нескольких лет проведения исследований на борту. И только тогда по результатам этих исследований организацией-постановщиком эксперимента и научным руководителем выпускается итоговый отчёт, который фиксирует и раскрывает ценность полученных научных или прикладных результатов.

Следует отметить, что данная работа направлена на исследование важной и весьма чувствительной частной проблемы целевого использования ПКК, углублённый ретроспективный анализ которой на основе данных о полёте всех отечественных орбитальных станций (ОС), от станций серии «Салют» вплоть до эксплуатируемого в настоящее время РС МКС, уже был проведён одним из авторов ранее [4, 7], а следовательно, результаты этого исследования должны интерпретироваться как составная часть результатов комплексного анализа проблемы.

В этой связи возникает вопрос о том, как оценивать и сравнивать результативность научных и прикладных исследований в процессе полёта

ПКК в условиях, когда в непрерывно сменяющих друг друга экспедициях выполняются десятки и сотни одинаковых по названиям КЭ или ЦР, но они не завершаются с завершением конкретной экспедиции, а продолжаются на следующих этапах полёта ПКК. Иными словами, какие показатели использовать для такого рода оценки, сохраняя её корректность?

Трудность анализа заключается в том, что среди показателей и целевых индикаторов Федеральных космических программ России с 2006 по 2025 г. [9] можно выделить лишь два показателя, которые непосредственно используются для оценки результативности выполнения программы научно-прикладных исследований и экспериментов (НПИ) на РС МКС:

• 1)    количество выполненных (завершённых) экспериментов — NE , шт.;

• 2)    степень выполнения Долгосрочной программы НПИ, планируемых на РС МКС — W_L , %.

Второй показатель в явном виде зависит от первого, так как на конкретном этапе полёта ПКК W_L рассчитывается по следующей формуле:

NE w = NE- . 100 % , ^L NE _L

где NE_L — общее количество экспериментов, включённых в Долгосрочную программу НПИ на РС МКС, шт.

Учитывая, что доля завершённых экспери- ментов в среднем за типовую экспедицию длительностью в шесть месяцев составляет не более 3–10% (табл. 1), то закономерно возникает вопрос о том, насколько объективна (корректна) будет оценка результативности научных исследований, выполненных в течение экспедиции или за год, на основании показателя количества только завершённых экспериментов и целевых работ.

Таблица 1

Статистические данные по количеству космических экспериментов и целевых работ на российском сегменте МКС

Количество экспериментов и целевых работ	Средние значения за год по периодам			За год
	2000 – 2007	2008 – 2012	2013 – 2019	2020	2021	2022	2023	2024
Проводимые на борту, шт.	58	62	69	59	56	56	58	51
Завершённые, шт.	3	6	9	5	8	10	5	11
Доля завершённых за год, %	5	9,6	13	8,4	14	17,8	8,6	21,4
Доля завершённых в среднем за экспедицию, %	2,5	4,8	6,5	4,2	7	8,9	4,3	10,7

На каждом из этапов создания и целевого использования ПКК — от ОС серии «Салют», орбитального комплекса (ОК) «Мир» до РС МКС — вырабатывались и проходили апробацию специфические (соответствующие составу программ, научной аппаратуры и методам проведения научных исследований в космосе) подходы к формированию наиболее адекватного для данного этапа набора количественных показателей в качестве критериев результативности научных исследований. Весьма важно выявить такой подход к выполнению указанной оценки, который обеспечил бы её максимальную адекватность в приложении к текущему состоянию целевого использования ПКК, а также на ближайшую перспективу. В этой связи основную цель данной работы авторы видят в обзоре эволюции подходов к оценке результативности научных программ, проводимых на борту ПКК на протяжении более 60 лет существования пилотируемой космонавтики, а также (на основе проведённого анализа) в выработке рекомендаций по корректному выбору рассматриваемых показателей.

Важно отметить, что проблема адекватного выбора (с точки зрения наукометрии) показателя результативности научных исследований на ПКК принципиально важна в контексте будущей оценки эффективности целевого использования создаваемой Российской орбитальной станции (РОС).

Учитывая, что в английском языке понятия результативности и эффективности выражаются одним и тем же словом ( effectiveness ), необходимо определить их сущностное сходство и различие для корректности использования в дальнейшем анализе.

Как уже отмечалось выше, под результативностью мы понимаем степень достижения поставленных целей (запланированных результатов) в ходе реализации некоторого процесса. С другой стороны, эффективность — это соотношение между достигнутыми при реализации процесса результатами и затраченными для получения этих результатов ресурсами [3]. Таким образом, в контексте данной работы эффективность характеризует собственно процесс, а результативность — конечный результат процесса. При этом научные исследования могут быть результативны (эксперимент успешно проведён, цели достигнуты, все задачи решены, результат — новые знания — получен), но не эффективны, например, из-за отказов научной аппаратуры (НА) в ходе эксперимента и дополнительных затрат ресурсов на её ремонт. По аналогии — в экономике: компания выполнила годовой план продаж — она результативна, но если для этого ей пришлось работать в убыток, то она неэффективна.

Для понимания связи между этими понятиями в части использования их для оценок результативности или эффективности каких-либо процессов на ПКК необходимо обратится к теории исследования операций. Это уместно сделать потому, что полёт любого космического аппарата (КА), транспортного корабля или модуля, входящего в состав ПКК, может быть разделён на части — полётные операции, каждая из которых представляет собой строго регламентированную последовательность переходов от одного состояния ПКК к другому для достижения цели полёта [10].

В теории исследования операций [11] при проведении оценок эффективности функционирования систем к основным укрупнённым показателям относят результативность, ресурсо-ёмкость, оперативность. Результативность W характеризуется получаемым целевым эффектом — результатом, ради которого функционирует система. Ресурсоёмкость R характеризуется ресурсами всех видов, используемыми для получения целевого эффекта (для ПКК это не только финансовые затраты, но и бортовые пользовательские ресурсы). Оперативность T характеризуется расходом времени, требуемого для достижения цели. В совокупности результативность, ресурсо-ёмкость и оперативность порождают комплексное свойство — эффективность процесса достижения цели (исхода операции). Соответственно, для оценки эффективности целевого использования ПКК необходимо определить показатели W , R , T и связать их аналитическим выражением с выбранным для оценки эффективности интегральным показателем, часто называемым критерием эффективности [12].

Таким образом, проблема оценки эффективности любых сложных технических систем, и ПКК, в частности, является комплексной, многоаспектной и не имеющей простого решения. При этом становится очевидным, что определение адекватного показателя результативности научных исследований на ПКК является важнейшим и первоочередным шагом и для задачи оценки эффективности целевого использования ПКК в целом, особенно для перспективных высокотехнологичных космических комплексов, таких как РОС.

История становления подхода к оценке результативности научных исследований на пилотируемом космическом комплексе

На начальном этапе исследований космоса в ходе кратковременных пилотируемых полётов на космических кораблях «Восток», «Восход» и «Союз» с 1961 по 1970 г. [7, 8] было начато проведение отдельных научных исследований медицинской направленности в форме наблюдения за здоровьем космонавтов и изучения влияния на него факторов космического полёта. Кроме того, в качестве одного из важнейших направлений работ было начато изучение поведения технических систем в условиях космического полёта. При наличии необходимых средств и возможностей, по результатам первичных наблюдений проводились отдельные системные измерения наиболее значимых параметров жизнедеятельности членов экипажей и/или условий эксплуатации бортовой аппаратуры.

С началом эксплуатации многоместных пилотируемых кораблей («Восход», «Союз») появилась возможность проводить уже не отдельные, а комплексные научно-технические и медико-биологические исследования. Такого рода работы включались в полётные задания космонавтам. Например, в 1964 г. в полётное задание экипажа корабля «Восход» были внесены следующие задачи [13]:

«Провести научные наблюдения и исследования в части:

• •    получения данных, необходимых для выполнения экипажем космического корабля штурманских задач;

• •    получения материалов для изучения структуры и свойств атмосферы Земли;

• •    проведения прямых медицинских наблюдений и экспериментальных исследований экипажа корабля на всех участках полёта».

Непосредственное планирование научных исследований на многоместных кораблях осуществлялось на Земле сразу на весь период полёта (3–5 дней) с детализацией на каждые сутки всех проводимых операций. Основными операциями, выполнявшимися космонавтами, были контроль работы или включение (активация) аппаратуры, интегрированной в состав корабля на Земле, выполнение необходимых операций (в основном, заданных процедур в ходе медицинских исследований) и контроль фиксации результатов с использованием кино- или фотооборудования с возвратом отснятых материалов на Землю. Учитывая кратковременность полёта, исследования планировались сразу без разделения по времени на какие-либо этапы.

На протяжении рассматриваемого периода (1961–1970 гг.) основным показателем результативности полётов была их длительность: сначала — десятки минут, затем — часы, сутки, недели, а показателем результативности научных исследований — количество проведённых наблюдений и возвращённых результатов.

По мере совершенствования космической техники и увеличения длительности пилотируемых полётов номенклатура и объём решаемых задач на кораблях стали возрастать, и, помимо ставших традиционными наблюдений, в этих программах начали появляться отдельные специально организованные экспериментальные работы, проводимые, как правило, в несколько этапов и с использованием разных объектов исследований. В качестве примера такого рода экспериментальной работы, в которой хорошо детализирован перечень выполняемых операций, можно привести первый в мире технологический эксперимент по сварке металлов в космосе с использованием технологической установки «Вулкан». Он был выполнен в 1969 г. на космическом корабле «Союз-6» лётчиками-космонавтами В.Н. Кубасовым и Г.С. Шониным [8].

Установка «Вулкан» конструктивно состояла из двух блоков: в рабочем (негерметичном) блоке находились три сварочных устройства и вращающийся стол с образцами; во втором (герметичном) размещались приборы управления, средства автоматики и измерений, система электропитания. Установка имела два пульта управления — один из них располагался на крышке рабочего блока, второй (дистанционный) был соединён с этим блоком кабелем. Источником электропитания служила аккумуляторная батарея.

После разгерметизации орбитального отсека корабля для создания вакуума в экспериментальной установке космонавт-оператор В.Н. Кубасов, который находился в спускаемом аппарате, в соответствии с программой активировал процесс автоматической плазменной сварки. Вслед за этим он приводил в действие автоматические устройства по сварке электронным лучом и плавящимся электродом. Во время каждого опыта космонавт-оператор контролировал работу установки с использованием сигнальных табло на пульте управления [8].

Такого рода исследования, выполняемые в виде комплексных космических экспериментов, имели существенные отличия от простых наблюдений: экипажу приходилось не только включать НА и обеспечивать выполнение измерений, но также передавать поэтапно полученную научную информацию на Землю в сеансах связи для оперативного анализа учёными и инженерами.

Показатель количества сеансов связи стал активно использоваться в управлении КА со времени первых запусков искусственных спутников Земли, но применительно к осуществлению радиосвязи с ними, а не в отношении к проводимым на них в ходе полёта экспериментам. Обмен информацией между наземными станциями связи и КА вёлся отдельными сеансами, продолжительность которых определялась ограниченностью зон радиовидимости КА.

На следующем этапе пилотируемого освоения низкой околоземной орбиты — на этапе эксплуатации ОС серии «Салют» (1971– 1986 гг.) — в программах исследований на борту решались ещё более сложные задачи с выполнением специально поставленных экспериментов в области космической медицины, космического материаловедения, биологии и биотехнологии, экспериментов по исследованию природных ресурсов Земли, исследований в области физики океана и атмосферы Земли, астрофизики и физики космических лучей и т. п.

Для проведения такого рода работ уже потребовалось формировать отдельные перечни КЭ по тематическим направлениям исследований для каждой длительной экспедиции на станцию. В определение КЭ вошли все виды работ на борту пилотируемых кораблей и ОС: от простых наблюдений до специально организуемых на борту экспериментов. В ГОСТ В 24823-83 «Аппараты космические. Порядок подготовки, проведения и обработки материалов космического эксперимента», а затем и в ГОСТ Р 52017-2003 [14] космический эксперимент стал определяться, как «совокупность взаимосвязанных операций, воздействий и наблюдений, направленных на получение научной информации об исследуемом объекте, явлении или технической системе в контролируемых условиях и проводимых в условиях космического полёта (вакуум, невесомость, большая высота) на борту (в гермоотсеках и на внешней поверхности) или вблизи космического аппарата с использованием специально разработанных для этого и доставленных на борт космического аппарата научного оборудования, аппаратуры и инструментов, а также с помощью служебных систем пилотируемого космического комплекса, и предназначенных для подтверждения теории, проверки гипотезы, отработки перспективных конструкций и технологий в интересах науки, промышленности и образования».

Впоследствии перечни экспериментов стали оформляться в виде программ научных исследований, ставших обязательным приложением к программе лётных или лётно-конструкторских испытаний ПКК.

Начиная с ОС «Салют-4», когда на станции была организована работа экипажей двух экспедиций, объём проведённых на борту исследований впервые начал учитываться с использованием данных о количестве не только собственно экспериментов, но и сеансов экспериментов. Так, на ОС «Салют-4» было выполнено 75 экспериментов с использованием 123 наименований НА. Всего же на станции было проведено 305 сеансов КЭ. На ОС «Салют-6» в ходе полёта пяти основных экспедиций и одиннадцати экспедиций посещения в общей сложности было проведено 1 560 сеансов КЭ с использованием 150 наименований НА. На ОС «Салют-7» проведено 2 600 сеансов КЭ с использованием 175 наименований НА (данные по количеству сеансов экспериментов взяты из архива РКК «Энергия», публикуются впервые).

Впервые «сеанс эксперимента» был определён в ГОСТ В 24823-83 как «период времени выполнения космического эксперимента, характеризующийся приёмом информации об исследуемом объекте», что соответствовало обще-употребимому значению термина «сеанс» — «исполнение чего-нибудь в определённый промежуток времени без перерыва» [15]. Как видно, определение сеанса эксперимента имело достаточно узкую трактовку, исходя из специфики исследований, выполнявшихся на борту ОС серии «Салют» в то время (начало 1980-х гг.).

Следует учесть, что на всех ОС серии «Салют» НА устанавливалась на Земле, а на борт в ходе полёта доставлялись только расходные материалы или носители информации (киноплёнка, магнитные ленты) для записи результатов исследований. Операции по монтажу аппаратуры, её настройке, прокладке и подключению кабелей в то время не предусматривались (кроме работ по парированию случавшихся нештатных ситуаций с НА). В связи с этим практически все сеансы экспериментов в то время были связаны с получением собственно научных данных (назовём такие сеансы «исследовательскими») — в них непосредственно решались задачи эксперимента. Отличались эти сеансы друг от друга лишь формой фиксации результата — информации о состоянии изучаемого объекта, представленной в том или ином виде, и, соответственно, характеризовали напрямую объём и результативность исследований.

При таком подходе постепенно, в привязке к конкретным направлениям исследований, стали формироваться своего рода шаблоны толкований содержательного наполнения понятия «сеанс эксперимента». Так, например, по направлениям астрономических, астро- и геофизических исследований проводились сотни, и даже тысячи, сеансов экспериментов с непосредственной регистрацией научных данных об объектах исследований (без существенных затрат бортовых ресурсов) и последующей их передачей на Землю по каналам связи (фактически сеанс эксперимента по этим направлениям исследований был полным аналогом сеанса связи), либо с возвращением результатов этих исследований на Землю в записи на физических носителях. Напротив, по направлениям медико-биологических исследований и биотехнологии сеансы экспериментов были немногочисленными, даже «штучными», и весьма ресурсоёмкими, прежде всего в части времени экипажа, используемого для их выполнения.

В ходе полётов на ОС серии «Салют» было введено также понятие «зон проведения экспериментов», в которых выполнялись целевые полётные операции по конкретным экспериментам различной тематической направленности [10]. Это было связано с необходимостью рационального планирования (оптимизации) операций при выполнении экспериментов, для которых требовались разноплановые ресурсы (необходимо было добиться того, чтобы расход ресурсов на выполнение программы экспериментов был не более заданного). Кроме того, часто требовалось искать компромисс между условиями проведения КЭ, которые по своей сути противоречат друг другу [16] (например, эксперименты по получению кристаллов полупроводников необходимо проводить при возможно более низких значениях микроускорений на станции, что крайне проблематично в ходе выполнения экипажем медицинских экспериментов с использованием беговой дорожки и велоэргометра и т. п.).

На данном этапе целевого использования ПКК (1971–1986 гг.) основным показателем эффективности использования ОС серии «Салют» по-прежнему была длительность полёта экспедиций, а основным показателем результативности научных исследований на их борту было количество успешно выполненных экспериментов.

На следующем этапе (1986–2000 гг.) при выполнении каждой из четырёх этапных программ исследований на многомодульном ОК «Мир» (табл. 2) оперативное планирование работ на борту и учёт результатов выполнения исследований в период каждой экспедиции проводились уже с указанием и количества экспериментов, и сеансов этих экспериментов.

Необходимость в таком подходе возникла при переходе от эксплуатации станций в ходе длительных, но логически и тематически замкнутых (по сути, «разовых») экспедиций (ОС «Салют-1» – «Салют-4»), к их эксплуатации в непрерывном пилотируемом режиме, реализуемом в виде последовательности основных длительных экспедиций, непрерывно переходящих одна в другую, в сочетании с короткими экспедициями посещения (ОС «Салют-6» и «Салют-7», ОК «Мир»). При эксплуатации ПКК в таком режиме перечень выполняемых в рамках программы НПИ экспериментов изменяется от экспедиции к экспедиции несущественно, в связи с чем количество проведённых КЭ уже не может объективно характеризовать результативность и объём проводимых исследований в каждой конкретной экспедиции. Эту функцию в количественном выражении принял на себя показатель «сеансы экспериментов».

Вот как, например, выглядит место понятия «сеансы экспериментов» в контексте итоговых показателей эффективности реализации

Таблица 2

Программы исследований на орбитальном комплексе «Мир» (1986–2000 гг.)

Период	Наименование программы	Количество экспериментов	Уровень утверждения
1986 – 1990 гг.	Программа экспериментальных исследований и целевых работ, планируемых на орбитальном комплексе «Мир»	194	Постановление ЦК КПСС и СМ СССР №137-47 от 27.01.1986
1991 – 1993 гг.	Программа целевых работ, экспериментов и исследований, планируемых на орбитальном комплексе «Мир»	114	Министерство общего машиностроения, Министерство обороны, Академия наук СССР, Главное управление по геодезии и картографии при СМ СССР, Министерство медицинской промышленности, Министерство электронной промышленности
1994 – 1996 гг.	Программа научных исследований, экспериментов и целевых работ на орбитальном комплексе «Мир»	58	Российское космическое агентство, Совет по космосу РАН
1997 – 2000 гг.	Программа научноприкладных исследований, планируемых на орбитальном комплексе «Мир»	214	Российское космическое агентство и РАН

программ НПИ на ОК «Мир». За 15 лет полёта на борту ОК работали 104 космонавта и астронавта из России, США, европейских и азиатских стран, реализовано 55 научных программ, в т. ч. 28 российских этапных программ в ходе основных экспедиций и 27 программ в рамках международного сотрудничества. Проведено 31 245 сеансов экспериментов, объём полученной научной информации составил 1 690 Гбайт, суммарная масса возвращённых грузов с результатами экспериментов достигла 4 700 кг [17].

С учётом опыта целевого использования ОК «Мир» и применения этого опыта в ходе эксплуатации РС МКС был разработан ГОСТ Р 52017-2003 «Аппараты космические. Порядок подготовки и проведения космического эксперимента» [14].

В этом стандарте понятие «сеанс эксперимента» использовалось, прежде всего, для комплексной характеристики требуемого объёма проводимых исследований, а не в качестве учёта количества периодов времени, в течение которых эти исследования проводились.

Важно отметить, что при планировании полёта ОК «Мир» [13, 18] в части целевых операций требовалось задавать уже не только состав исследований (для чего достаточно было знать количество экспериментов по каждому тематическому направлению), но и требуемый объём научных исследований с распределением времени экипажа между основными видами работ. Сделать это можно было лишь с использованием показателя «сеанс эксперимента». Вместе с тем, для планирования могли задаваться требования к особым (специфичным) условиям проведения сеансов КЭ.

В соответствии с требованиями ГОСТ Р 52017-2003 [14], уже на стадии выпуска технического задания на КЭ в обязательном порядке в программе эксперимента вводился раздел «Организация и обеспечение сеансов КЭ», в котором необходимо было указывать перечень оперативных групп, формируемых из представителей специалистов – участников КЭ, их состав, размещение, решаемые ими задачи и порядок взаимодействия. В этом разделе устанавливались виды работ, выполняемых при подготовке сеанса КЭ на Земле, описывалось их содержание и порядок проведения; определялись порядок и сроки обмена информацией при подготовке сеанса КЭ и в процессе его проведения.

В ходе целевого использования РС МКС с 2000 г. по настоящее время сеансы экспериментов стали ещё более разноплановыми в сравнении с теми, что проводились на ОС серии «Салют» и ОК «Мир». Эти сеансы могут включать в себя наборы совершенно разноплановых операций, например: выдачу команд на включение или выключение аппаратуры, обеспечение контроля и непосредственное проведение сеансов исследований по программе КЭ или ЦР, передачу на Землю целевой информации или телеметрических данных о состоянии НА, проведение мониторинга параметров среды в окружающем космическом пространстве в автоматическом режиме, проведение ремонта или мероприятий по обеспечению работоспособности НА (например, для поддержания заданного теплового режима НА, её ориентации в пространстве и т. п.), обеспечение пассивного и активного экспонирования образцов материалов и биообъектов, фотографирование, укладка результатов в спускаемый аппарат пилотируемого корабля для возврата на Землю и многие другие виды операций.

В отличие от ОК «Мир», в ходе целевого использования которого выпускались только этапные программы НПИ, для РС МКС формировалась Долгосрочная программа научно-прикладных исследований (ДП НПИ), планируемых на МКС на весь период полёта и программы реализации НПИ на каждую экспедицию [4, 13].

Можно утверждать, что на этом этапе процесс формирования методологии планирования и проведения научных исследований на борту ПКК (как в виде визуальноинструментальных наблюдений, так и в виде тщательно спланированных и организованных высокотехнологичных и наукоёмких экспериментов с непосредственным участием членов экипажа) был завершён. Схематически его можно проиллюстрировать блок-схемой, представленной на рис. 1.

Именно этот кумулятивный опыт целевого использования отечественных ПКК привёл к формулированию определения понятия «сеанс эксперимента» в обновлённой редакции ГОСТ Р 52017-2023 [19].

В настоящее время сеанс космического эксперимента или целевой работы — часть этапа КЭ или ЦР, выполняемая как технологически целостная совокупность операций, позволяющая планировать и контролировать использование бортовых ресурсов пилотируемого космического комплекса (включая время экипажа) в процессе проведения конкретного КЭ/ЦР или передачи на Землю полученных данных.

Следует сразу же отметить, что количество, продолжительность и тип сеансов КЭ или ЦР определяется в техническом задании на эксперимент или целевую работу и зависит от их тематической направленности.

Покажем теперь функциональное значение этого понятия (и, одновременно, показателя) для корректной оценки не только результативности научных исследований, но и, в перспективе, для оценки эффективности целевого использования

ПКК, имеющей принципиальное значение для принятия технико-экономических и, зачастую, политических решений в области пилотируемой космонавтики

Сеанс эксперимента как ключевой показатель результативности научных исследований непосредственно в процессе полёта пилотируемого космического комплекса

Шаг за шагом в течение десятилетий целевого использования отечественных ПКК накапливался и расширялся опыт проведения научных исследований на околоземной орбите. Эксперименты последовательно усложнялись с точки зрения методов проведения исследований, а также состава и технологии использования НА на борту. Этот процесс эволюционировал от выполнения космонавтами простых наблюдений и мониторинга заданных параметров объектов исследований в ходе первых полётов, до проведения комплексных экспериментов, сопровождающихся отработкой циклограмм, состоящих из десятков операций, обеспечением монтажа НА экипажем непосредственно на борту внутри и на внешней поверхности модулей ОС на универсальных рабочих местах, тестированием аппаратуры и, при необходимости, её ремонтом и отладкой в ходе полёта.

Для корректного определения и оценки показателя количества сеансов экспериментов введём классификацию типов сеансов, исходя из всей номенклатуры операций, выполняемых на борту для проведения эксперимента и достижения цели исследования, а не только из операций, проводимых для решения поставленных научных задач. Можно выделить семь таких типов.

• 1.    Подготовительные операции (ПО) — совокупность операций по подготовке аппаратуры и объектов исследований к непосредственному проведению эксперимента в соответствии с его программой. Эксперимент может проводиться как с использованием вновь доставленной аппаратуры, так и с НА, доставленной ранее и хранящейся на борту. В обоих случаях аппаратуру необходимо извлечь из транспортного корабля или места хранения на станции, распаковать, перевести из транспортного состояния в рабочее, разместить на месте проведения эксперимента, подключить электрические кабели и установить иные интерфейсы, провести активацию, тестирование, калибровку НА. Далее, в соответствии с программой КЭ, выполнить исследовательские сеансы (см. ниже) по заданной циклограмме. В состав ПО также могут входить работы экипажа, связанные с поиском аппаратуры и оборудования, используемой

• 2.    Исследовательские сеансы (И) — проведение операций с участием экипажа ПКК, непосредственно направленных на получение научных данных и новых знаний для решения поставленных в программе эксперимента задач. В каждом из тематических направлений исследований на РС МКС исследовательские сеансы имеют свою специфику и по-разному интерпретируются.

• 3.    Мониторинг процессов и экспонирование (М) объектов исследований без участия экипажа ПКК. Эксперименты, связанные с решением задач в области дистанционного зондирования Земли или астрофизических исследований (мониторингом подстилающей поверхности Земли или космического пространства с использованием бортовой аппаратуры, работающей в автоматическом режиме), а также эксперименты технической и медикобиологической направленности, связанные с мониторингом параметров окружающей ПКК среды и экспонированием новых образцов материалов или перспективных комплектующих электронной компонентной базы, по-прежнему достаточно актуальны и востребованны в научных программах на МКС. В последнем случае получение обновлённых экспериментальных данных необходимо, несмотря на имеющиеся цифровые модели воздействия факторов космического пространства на конструкционные материалы и комплектующие на низкой околоземной орбите.

• 4.    Заключительные операции (ЗО) — операции по выключению НА, записи данных измерений на сменные носители, подготовке полученных результатов (объектов исследований) к возвращению на Землю, разборке схемы подключения и укладке аппаратуры на хранение или подготовке её к утилизации. Если ЗО проводятся без перерыва сразу же по завершении последнего исследовательского сеанса эксперимента, то эти операции зачастую объединяются с последним сеансом и отдельно не учитываются. Если ЗО и исследовательские сеансы проводятся в разное время или разными членами экипажа, то они учитываются отдельно.

• 5.    Проведение ремонтно-восстановительных работ (РВР) — выполняемые экипажем

• 6.    Технические сеансы (ТС) — операции по тестированию и наладке научной или иной привлекаемой для проведения эксперимента аппаратуры после её монтажа на рабочем месте или проведения РВР. Несмотря на то, что проведение таких сеансов, как РВР и ТС, непосредственно не ведёт к решению задач эксперимента, на их выполнение тратятся пользовательские бортовые ресурсы, включая время экипажа, а следовательно, они должны учитываться в обязательном порядке отдельно от исследовательских сеансов и в дополнение к ним. Их детальный учёт позволит провести корректную оценку результативности работ при выполнении конкретного эксперимента с использованием соответствующей НА.

• 7.    Сеансы фотосъёмки (Ф) — операции по фото- или видеосъёмке объектов исследований, НА или экипажа при выполнении КЭ. Такого рода сеансы могут быть плановыми (выполняемыми в соответствии с программой и методикой КЭ в соответствии с бортовой документацией) или оперативно запланированными по радиограммам экипажу.

в эксперименте помимо основной НА, со сборкой электрической схемы, с прокладкой и/или монтажом кабелей, обеспечивающих связь аппаратуры со служебными системами ПКК и т. п.

Также возможна ситуация, когда операции по извлечению доставленной НА из транспортного корабля и начало проведения КЭ проводятся последовательно без перерыва во время разгрузки корабля. В этом случае сеанс ПО при проведении эксперимента отдельно не учитывается, а использованные ресурсы засчитываются в квоте на служебные операции по разгрузке транспортного корабля.

операции по восстановлению работоспособности аппаратуры после выхода её из строя, после модернизации НА или её плановой замены по истечении ресурса комплектующих и т. п.

Очевидно, что результативность выполнения конкретного эксперимента NSE^R определяется только суммой сеансов типа И и М , в то время как все остальные сеансы являются вспомогательными или обеспечивающими:

NSE^R = NSE ^И + NSE ^М . (2)

Данный показатель очень часто используется научными руководителями экспериментов в качестве критерия выполнения намеченных задач КЭ, поскольку в программе эксперимента количественно определяются только исследовательские сеансы или сеансы мониторинга. Сеансы ПО, ЗО, ТС и РВР появляются уже на этапе планирования операций на борту, исходя из качества отработки заданных циклограмм проведения КЭ, имеющихся на борту ресурсов в данный период полёта ПКК или при парировании возникающих нештатных ситуаций.

Общее количество выполненных сеансов по любому из проводимых на борту экспериментов NSE должно являться суммой всех типов сеансов:

NSE = NSE ^ПО + NSE ^И + NSE ^М + NSE ^ЗО +

• +    NSE ^РВР + NSE ^ТС + NSE ^Ф . (3)

Результирующий показатель NSE в выражении (3) учитывает по факту проведения эксперимента не только количество всех выполненных сеансов, но и, опосредованно, все реально затраченные для этого ресурсы, включая время экипажа, несоответствия в работе НА и служебных систем ПКК, а также изменения программы полёта, повлиявшие на ход выполнения эксперимента.

Рассмотрим, какие оценки результативности научных исследований можно проводить, используя показатели количества сеансов NSE^R и NSE .

Оценка полноты выполнения научных исследований

Полноту проведения любого эксперимента W _O ^E _P в отдельно взятой программе можно оценивать как соотношение фактически выполненных сеансов к запланированным:

RF

W E = NSE— . 100 % ,                  (4)

OP NSE PL где NSERF и NSEPL — количество выполненных и запланированных сеансов по эксперименту соответственно, шт.

Учитывая, что во всех программах эксперименты распределены по тематическим направлениям, количество всех сеансов экспериментов в программе определяется по следующей формуле: NR NE k

NSE Op = ^^ NSE R ,                   (5)

k = 1 i = 1

где NR — количество тематических направлений исследований, шт; NE_k — количество экспериментов в k -м направлении исследований, шт; NSE_i^R — количество сеансов по i -му эксперименту в k -м направлении исследований, шт.

Тогда полнота реализации для программы в целом может быть представлена следующим образом:

NR NE k NSE RF

Wop - -' - • 100 % . (6) OP NR NE k NSE PL

Z—i k = 1.^ i = 1 i

Аналогично с использованием показателя количества сеансов можно определять полноту выполнения научных задач в рамках конкретного тематического направления исследований:

RR

OP

^NEk NSE ^RF

£j i = 1        ⁱ

^NEk NSE ^PL

Z-I i = 1         ⁱ

• 100 % .

С помощью показателя количества сеансов экспериментов можно охарактеризовать эффективность проведения исследований в виде доли исследовательских сеансов NSE^R от общего количества выполненных сеансов NSE как по отдельному эксперименту

NSE ^R NSE

• 100 % ,

так и по программе в целом:

NR NEkNSER nOP XX. ’100%. (9)

NSE

L-> k=1L^ i = 1

Эти показатели могут использоваться в качестве целевых индикаторов для текущей оценки результативности проведения научных исследований на ПКК непосредственно в ходе полёта.

По результатам проведённого краткого анализа можно констатировать, что показатель количества сеансов экспериментов NSE отвечает стандартным требованиям, предъявляемым к такого рода показателям [20] в части его соответствия поставленной цели, измеримости, ясности физического смысла. В перспективе по мере накопления опыта и статистических данных использования этого показателя необходимо будет оценить его чувствительность к изменению в ходе полёта основных технических характеристик и бортовых ресурсов ПКК, влияющих на реализацию программ научных исследований.

Практическое использование методики учёта количества сеансов

В качестве иллюстрации корректности предложенного подхода оценим рассмотренные выше показатели на примере программы реализации НПИ на РС МКС в период экспедиции МКС-72 (2024–2025 гг.) с учётом всех реально прошедших на борту в процессе полёта изменений.

Первоначально, в соответствии с программой полёта МКС, запланированная длительность экспедиции МКС-72 составляла 182 дня (с 24 сентября 2024 г. по 24 марта 2025 г.). В ходе этой экспедиции планировалось выполнить 42 эксперимента, из которых:

• •    три КЭ являлись новыми («Кинетика-2», «МВН», «БТН-Нейтрон-2»);

• •    39 КЭ были начаты в предыдущих экспедициях с продолжением в рассматриваемой экспедиции.

Для реализации включённых в программу МКС-72 экспериментов требовалось выполнить 518 сеансов и затратить 667 ч времени экипажа.

В течение всей экспедиции еженедельно вёлся учёт фактически проведённых бортовых операций по выполнению программы. Целевые операции объединялись в сеансы, исходя из понимания того (ГОСТ Р 52017-2023 [19]), что сеанс — это часть этапа КЭ или ЦР, выполняемая как технологически целостная совокупность операций, позволяющая планировать и контролировать использование бортовых ресурсов РС МКС.

В табл. 3 приводится ряд примеров типовых операций, выполнявшихся на борту РС МКС в период МКС-72 в рамках программы реализации НПИ, с учётом их комплексирования в сеансы.

Вследствие изменений программы полёта МКС и уточнений состава Программы реализации НПИ на этапе МКС-72 (всего было выпущено три извещения) в части:

• •    продления срока бортовой реализации КЭ «3 D -печать» до апреля 2025 г. согласно ДПЦР эксперимент был дополнительно включён в программу полёта МКС-72;

• •    переноса в соответствии с утверждённым сквозным планом-графиком подготовки и проведения КЭ «Феникс» бортовой реализации эксперимента на период экспедиции МКС-73, в связи с чем КЭ «Феникс» был исключён из Программы НПИ МКС-72;

• •    принятого решения с учётом предложений ОАО «Биохиммаш» о проведении в период МКС-72 КЭ «Каскад» из резервного списка, а также из-за переноса завершения экспедиции МКС-72 на 20 апреля 2025 г., в связи с чем её длительность составила 209 дней (вместо изначальных 182 дней), фактически в период экспедиции МКС-72 были проведены работы по 43 КЭ и ЦР в объёме 982 сеансов с использованием 1 066 ч времени экипажа на реализацию программы.

Сводные данные по фактическому количеству и типам сеансов КЭ и ЦР, выполненных в ходе экспедиции МКС-72, приведены на диаграмме (рис. 2).

Рис. 2. Количество сеансов экспериментов, выполненных в ходе экспедиции МКС-72, по типам: ПО — подготовительные операции; И — исследовательские сеансы; М — мониторинг процессов и экспонирование; ЗО — заключительные операции; РВР — ремонтновосстановительные работы; ТС — технические сеансы; Ф — сеансы фотосъёмки (рисунок создан авторами)

Следует отметить, что всего за время экспедиции было проведено 804 исследовательских сеанса NSE^R ( И + М ).

Таблица 3

Эксперимент	Дата	Операции	Комплекси-рование операций	Итоговый тип сеанса эксперимента
«Виртуал»	14/IV	Помощь при наложении электродов. Выполнение КЭ. Фотографирование в ходе проведения эксперимента	ПО, И, Ф	И
«Кварц М»	25/II	Контроль НА (раз в неделю)	ТС	ТС
«Экон-М»	19/II	Выполнение сеансов съёмки земной поверхности	И	И
«Ураган»	17–18/II	Подготовка и включение НА «СОВА-2-228» (иллюминатор № 3 служебного модуля РС МКС). Съёмка земной поверхности в автоматическом режиме в течение ночи. Заключительные операции. Сброс информации	ПО, И, ЗО	И
«Сепарация»	08/II	Ремонтно-восстановительные работы НА «СРВ-У-РС»	РВР	РВР
«Вампир»	14/I	Заключительные операции и разборка схемы (извлечение экспериментального контейнера из нагревательного блока, фотографирование и укладка. Демонтаж мановакуумметров и укладка на место хранения)	ЗО, Ф	ЗО
«Идентификация»	15/II	Перезапись результатов измерений в узловом модуле РС МКС на лэптоп	ЗО	ЗО
«МВН (Монитор всего неба)»	19/XII	Открытие отверстий моноблока МВН (перед ВКД-63). Монтаж моноблока МВН на УРМ-Д по II плоскости служебного модуля и подключение к внешним разъёмам БКС в период проведения ВКД-63	ПО	ПО
«Пилот-Т»	23/XII	Проведение эксперимента после ФУ на БД-2. Заключительные операции	И, ЗО	И
«БТН-Нейтрон»	05/XII	Синхронизация времени НА	ТС	ТС
«Биориск», «Матрешка-Р», «Выносливость», «Перспектива-КМ»	24/IX	Продолжение экспонирования образцов	М	М

Примеры комплексирования целевых операций в МКС-72 (2025 г.)

Примечание. СРВ-У-РС — система регенерации воды из урины на РС МКС; ВКД — внекорабельная деятельность; УРМ-Д — универсальное рабочее место доставляемое; БКС — бортовая кабельная сеть; ФУ — физические упражнения; БД — беговая дорожка. Расшифровки остальных аббревиатур см. в подрисуночной подписи к рис. 2.

Сравнение плановых и фактических показателей в отношении количества КЭ и исследовательских сеансов по направлениям исследований приведены в табл. 4. Из приведённых в этой таблице данных видно, что в Программе реализации НПИ на этапе МКС-72 общее количество выполненных исследовательских сеансов превысило плановый показатель как по программе в целом, так и практически по всем тематическим направлениям. Это произошло не только из-за увеличения длительности экспедиции, но и за счёт интенсификации работы экипажа, которая часто выполнялась и в личное время, и в выходные дни. Эти данные свидетельствуют также о том, что оценка результативности исследований лишь на основе учёта количества проведённых экспериментов даёт некорректный результат или, иными словами, не отражает реальную ситуацию с использованием ресурсов ПКК для получения этого результата.

В рассматриваемом случае длительность экспедиции увеличилась на 27 дней (т. е. на 15%), затраты времени экипажа (наиболее дефицитного и дорогого из бортовых ресурсов) увеличились в 1,6 раз (на 60%), а количество проводимых КЭ практически не изменилось — было 42, стало 43 (увеличилось лишь на 2,5%). При этом количество исследовательских сеансов увеличилось более чем на 50%.

Таблица 4

Данные по плановым и фактическим показателям Программы реализации НПИ на этапе МКС-72

Направление исследований	Количество				Полнота выполнения сеансов по направлению WORPR , %
	Экспериментов		Сеансов
	Плановое	Фактическое	Плановое	Фактическое
Космическая биология и физиология	14	14	166	189	113
Космическое материаловедение	5	5	14	13	92
Исследования Земли из космоса	3	3	63	71	112
Внеатмосферная астрономия	1	1	1	1	100
Физика космических лучей	3	3	12	29	240
Отработка перспективных космических технологий	13	15	250	470	188
Практические задачи и образовательные мероприятия	3	3	12	31	258
Итого	42	43	518	804	—

На основании полученных данных можно рассчитать индикаторы полноты реализации программы в целом и эффективности выполненных сеансов:

полнота реализации программы в целом WOP ................................. 155%;

эффективность сеансов КЭ

(доля результативных сеансов) η _OP ..............82%^.

Введённый нами индикатор эффективности сеансов показывает, что лишь чуть более 80% сеансов были исследовательские, а около 20% имели вспомогательный характер, при этом на их проведение тратились бортовые пользовательские ресурсы РС МКС.

На рис. 3 представлены статистические данные о проведении сеансов экспериментов на РС МКС с 2000 по 2024 г., вошедшие в разного рода отчётные документы по результатам целевого использования РС МКС в этот период. Следует особо подчеркнуть, что в этих данных фигурируют исключительно исследовательские сеансы (И),

ЗА 24 ГОДА ПРОВЕДЕНО 41 528 СЕАНСОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

33 656 по российской программе

7 872 по международным программам и соглашениям

5 000

(Ч о н

4 000

и и И

М О и К

3 000

о м

К2 000

ч с

1 000

СМ

^„^

СО1

1823    1633         15611732

1390          ¹⁵³⁰

^ °^ °^ °^ °!? ^

МИМ2

МИМ1

МЛМ

Рис. 3. Статистические данные о проведении исследовательских сеансов экспериментов на РС МКС с 2000 по 2024 г.: СМ— служебный модуль «Рассвет»; СО1— стыковочный отсек «Пирс»; МИМ1 и МИМ2 — малые исследовательские модули «Рассвет» и «Поиск» соответственно; МЛМ — многоцелевой лабораторный модуль «Наука»; УМ —узловой модуль «Причал» (рисунок создан авторами)

которые вплоть до настоящего времени и воспринимаются как «сеансы экспериментов». В то же время, если бы учёт количества сеансов вёлся на основании описанной выше методики, данные по их количеству, представленные на рис. 3, были бы в среднем на 20% выше. Соответственно, оценка операционной эффективности РС МКС была бы более точной и взвешенной.

Следует также отметить, что в данной работе рассматривается эволюция подходов к оценке, прежде всего, результативности научных исследований. С другой стороны, углублённый анализ эффективности целевого использования ПКК в целом, начало которому было положено в работах [4, 7], вне всякого сомнения, является задачей, актуальность которой возрастает из года в год и является, пожалуй, наиболее значимой в предметной области. Вполне осознавая это, авторы проводят сбор и исследование статистических данных по результатам целевого использования РС МКС за весь период его эксплуатации на орбите. Результаты этого исследования будут изложены в последующих публикациях.

Заключение

В статье на основе анализа исторического материала в области эксплуатации пилотируемых космических комплексов, а также применяемых методов оценки результативности научных исследований и целевых работ, проводимых на их борту, рассматривается проблема использования показателей и индикаторов результативности для оперативной оценки целевого использования ПКК в ходе его полёта.

Очевидно, что в науке не существует прямой связи между количеством (объёмом) исследований и ценностью полученных при их проведении результатов, а повышение эффективности научных исследований состоит не только, и не столько в увеличении количества проводимых экспериментов или их сеансов. Несмотря на это, по результатам проведённого анализа можно обоснованно утверждать, что для оперативной оценки результативности научных исследований на ПКК нет показателя более адекватного и точного, чем количество сеансов экспериментов.

Проведённый анализ также даёт основание утверждать, что при формировании и анализе программ реализации научных исследований отнесение к сеансам экспериментов и целевых работ только той деятельности на борту ПКК, которая непосредственно связана с выполнением конкретных исследовательских операций, описанных в программе эксперимента, некорректно. При таком подходе не учитывается существенная часть номенклатуры ресурсов ПКК, которые используются для монтажа аппаратуры, проведения операций по её настройке или функциональной проверке, фото- и видеосъёмке, выполнению иных операций, не предусмотренных в программе эксперимента, в т. ч. из-за возникающих несоответствий (и связанных с ними ремонтно-восстановительных работ) или изменений программы полёта. Это неизбежно приводит к существенным неточностям и ошибкам при проведении оценок результативности исследований с точки зрения выявления реальных затрат бортовых ресурсов на их проведение, а следовательно, в последующем — к некорректности интегральной оценки эффективности целевого использования ПКК, что может иметь существенные технико-экономические последствия для программы пилотируемых космических полётов.

Для устранения перечисленных несоответствий авторами в ходе оценки результативности научных исследований на ПКК (исходя из всей номенклатуры операций, выполняемых на борту для проведения эксперимента и достижения цели исследования, а не только из операций, проводимых для решения поставленных научных задач) введён, определён и оценён показатель количества сеансов экспериментов. Он позволил учесть по факту проведения эксперимента не только количество всех выполненных сеансов, но и опосредованно все реально затраченные для этого ресурсы, включая время экипажа, несоответствия в работе научной аппаратуры и служебных систем ПКК, а также изменения программы полёта, повлиявшие на ход выполнения эксперимента. Важно, что этот показатель отвечает стандартным требованиям [20] в части его соответствия поставленной цели, измеримости, ясности физического смысла.

В перспективе, по мере накопления опыта и статистических данных использования этого показателя, авторы ставят перед собой задачу оценить его чувствительность к изменению в ходе полёта основных технических характеристик и бортовых ресурсов ПКК, влияющих на реализацию программ научных исследований. Помимо этого, всё более актуальной и требующей решения становится проблема создания соответствующей современным научным представлениям и техническим вызовам методики планирования исследований и детального учёта ресурсов для перспективной Российской орбитальной станции. Это представляется возможным реализовать лишь в том случае, когда весь набор связанных операций, проводимых на борту для выполнения эксперимента, на которые затрачиваются бортовые ресурсы любого вида, будет учитываться в числе сеансов этого эксперимента.