Самолет для имитации условий невесомости

ФАКТОРЫ ВОЗДЕЙСТВИЯ КОСМИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ

Учебное пособие

 

САМАРА 2012

Содержание

 

Введение 3

1.Невесомость 5

1.1.Имитация невесомости 5

1.2. Самолет для имитации условий невесомости 7

1.3.Гидроневесомость 10

1.4.Парение в воздухе 15

1.5.Имитация гравитации 16

1.6.Модуль с искусственной гравитацией 18

1.7.Центрифуга для создания гравитации 21

2.Ионизирующая радиация 27

2.1.Ионизирующее излучение 27

2.1.1.Единицы измерений 28

2.1.2Единицы радиоактивности 29

2.1.3.Единицы ионизирующих излучений 29

2.2.Источники ионизирующего излучения 32

2.3.Действие ионизирующей радиации на живой организм 33

2.3.1.Галактические космические лучи (ГКЛ) 39

2.3.2.Радиационные пояса и космические лучи 39

2.4.Применение ионизирующих излучений 44

2.4.1.Методы обнаружения и измерения 44

2.5.Дозиметрические приборы 45

2.6.Биологическое действие ионизирующих излучений 55

2.7.Гигиеническое нормирование ионизирующих излучений 56

3.Исследования в космосе 57

3.1.Космический аппарат «Фотон» 58

3.1.1.Конструкция космического аппарата "Фотон-М" 60

3.1.2.Технические характеристики космического Аппарата «Фотон-М» 61

3.2.Космический аппарат «ФОТОН-М» 62

3.2.1.Эксперименты на КА «Фотон» 64

3.2.2.Радиационно-физические эксперименты 67

3.3.ФОТОН-М №3 71

 

 

3.4.Радиационная дозиметрия 78

3.5.Радиационная биология 78

3.6.Экобиология 79

3.7.Биобокс 79

3.8. Первые полеты собак в космос 80

3.9.Эксперименты с собаками перед полетом человека в космос 105

3.10.Эксперименты на кораблях «ВОСХОД» 109

3.11. Эксперименты с обезьянами 113

3.12. Эксперименты с крысами 120

3.13.Другие эксперименты с животными 124

3.14. Аппаратура, используемая для 129

3.15. АППАРАТУРА ДЛЯ АНАЛИЗА ЭЛЕКТРОКАРДИОСИГНАЛА.

3.16. ПУЛЬСОКСИМЕТРИЯ 139

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 143

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 145

ВВЕДЕНИЕ

Злободневность проблем освоения космического пространства достаточно очевидна. Полеты человека на околоземных орбитах помогли нам составить истинную картину поверхности Земли, многих планет, земной тверди и океанских просторов. Они дали новое представление о земном шаре как очаге жизни и понимание того, что человек и природа — неразрывное целое. Космонавтика предоставила реальную возможность для решения важных народнохозяйственных задач: совершенствование международных систем связи, долгосрочное прогнозирование погоды, развитие навигации морского и воздушного транспорта.

Вместе с тем у космонавтики остаются и большие потенциальные возможности. По мнению многих ученых, космонавтика в состоянии помочь при решении глобальной энергетической проблемы путем создания космических устройств, принимающих и перерабатывающих солнечную энергию, а также посредством выноса в космос слишком энергоемких производств.

Важной составляющей глобальной проблемы освоения космоса является наличие в околоземном пространстве обломков спутников и ракетоносителей, угрожающих не только космическим полетам, но и в случае их падения на Землю, ее обитателям. До сих пор международное право, предусматривающее свободное использование всеми государствами космического пространства, никак не регулирует проблему засорения космоса.

Для освоения дальнего космического пространства необходимо разработать принципиально новые двигатели, решить проблему длительного жизнеобеспечения экипажа. В понятие жизнеобеспечения входит не только поддержание газового состава атмосферы космического корабля и обеспечение экипажа пищей и водой. В это понятие входит еще и создание условий искусственной гравитации, что необходимо при длительных полетах, так как длительное пребывание в невесомости негативно сказывается на показателях жизнедеятельности человека. Так лее нельзя забывать и о подготовке космонавтов к полету. Необходимо отрабатывать все штатные операции и нештатные ситуации на земле, для уменьшения вероятности аварии в космосе и минимизации ее последствий. А для отработки действий в космосе необходимо создание условий невесомости на Земле.

При ядерном взрыве, авариях на АЭС и других ядерных превращениях появляются и действуют не видимые и не ощущаемые человеком излучения. По своей природе ядерное излучение может быть электромагнитным, как например, гамма-излучение, или представлять поток быстро движущихся элементарных частиц - нейтронов, протонов, бета и альфа-частиц. Любые ядерные излучения, взаимодействуя с различными материалами, ионизируют их атомы и молекулы. Ионизация среды тем сильнее, чем больше мощность дозы проникающей радиации или радиоактивность излучения и длительное их воздействие.

Для человека в космосе значительную опасность представляет радиация. Защита от нее требуется сразу же, как только останутся позади окружающие Землю атмосфера и магнитные поля. Радиационное излучение в космосе — это поток заряженных и незаряженных частиц и электромагнитного излучения. Такие же условия существуют на Луне, лишенной атмосферы и магнитного поля. В космическом полете наиболее опасна ионизирующая радиация, к которой относятся рентгеновские лучи и гамма-излучение Солнца, частицы, образующиеся во время солнечных (хромосферных) вспышек, солнечный ветер, солнечные, галактические и внегалактические космические лучи, электроны и протоны радиационных поясов, нейтроны и альфа-частицы. К неионизирующей радиации относится инфракрасное и ультрафиолетовое излучения Солнца, видимый свет и электромагнитное излучение радиочастотного диапазона. Эти виды излучения не представляют большой опасности для космонавта, так как сквозь обшивку космического корабля или оболочку скафандра они не проникают.

Космические аппараты типа «Фотон» предназначены для проведения технологических и научных экспериментов, производства материалов и биологических препаратов в интересах различных отраслей промышленности и науки, а также осуществления международного сотрудничества на коммерческой основе. Их вклад в развитие науки сложно переценить. Несмотря на то, что «Фотон» изначально предназначался, в основном, для технологических экспериментов, сейчас на нем располагается большое количество различной аппаратуры для биологических исследований. За почти десятилетний период с момента утверждения «Долгосрочной программы научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на Российском сегменте МКС (версия 1999 г.)» накоплен большой опыт реализации исследований и экспериментов в области космиче­ской биологии и медицины.

НЕВЕСОМОСТЬ

1.1.Имитация невесомости

Невесомость, состояние материального тела, при котором действующие на него внешние силы или совершаемое им движение не вызывают взаимных давлений частиц друг на друга. Если тело покоится в поле тяжести Земли на горизонтальной плоскости, то на него действуют сила тяжести и направленная в противоположную сторону реакция плоскости, в результате чего возникают взаимные давления частиц тела друг на друга. Человеческий организм воспринимает такие давления как ощущение весомости. Аналогичный результат имеет место для тела, которое находится в лифте, движущемся по вертикали вниз с ускорением а ¹ g, где g - ускорение свободного падения. Но при а = g тело (все его частицы) и лифт совершают свободное падение и никаких взаимных давлений друг на друга не оказывают; в результате здесь имеет место явление невесомости. При этом на все частицы тела, находящегося в состоянии невесомости, силы тяжести действуют, но нет внешних сил, приложенных к поверхности тела (например, реакций опоры), которые могли бы вызвать взаимные давления частиц друг на друга. Подобное же явление наблюдается для тел, помещенных в искусственном спутнике Земли (или космическом корабле); эти тела и все их частицы, получив вместе со спутником соответствующую начальную скорость, движутся под действием сил тяготения вдоль своих орбит с равными ускорениями, как свободные, не оказывая взаимных давлений друг на друга, т. е. находятся в состоянии невесомости. Как и на тело в лифте, на них действует сила тяготения, но нет внешних сил, приложенных к поверхностям тел, которые могли бы вызвать взаимные давления тел или их частиц друг на друга.

Вообще тело под действием внешних сил будет в состоянии невесомости, если: а) действующие внешние силы являются только массовыми (силы тяготения); б) поле этих массовых сил локально однородно, т. е. силы поля сообщают всем частицам тела в каждом его положении одинаковые по модулю и направлению ускорения; в) начальные скорости всех частиц тела по модулю и направлению одинаковы (тело движется поступательно). Т. о., любое тело, размеры которого малы по сравнению с земным радиусом, совершающее свободное поступательное движение в поле тяготения Земли, будет, при отсутствии других внешних сил, находиться в состоянии невесомости. Аналогичным будет результат для движения в поле тяготения любых других небесных тел. Вследствие значительного отличия условий невесомости от земных условий, в которых создаются и отлаживаются приборы и агрегаты искусственных спутников Земли, космических кораблей и их ракет-носителей, проблема невесомости занимает важное место среди других проблем космонавтики. Невесомость может быть использована для осуществления некоторых технологических процессов, которые трудно или невозможно реализовать в земных условиях (например, получение композиционных материалов с однородной структурой во всём объёме, получение тел точной сферической формы из расплавленного материала за счёт сил поверхностного натяжения и др.). Впервые эксперимент по сварке различных материалов в условиях Н. и вакуума был осуществлен при полёте советского космического корабля "Союз-6" (1969). Ряд технологических экспериментов (по сварке, исследованию течения и кристаллизации расплавленных материалов и т.п.) был проведён на американской орбитальной станции "Скайлэб" (1973).

Особенно существенно учитывать своеобразие условий невесомости при полёте обитаемых космических кораблей: условия жизни человека в состоянии невесомости резко отличаются от привычных земных, что вызывает изменения ряда его жизненных функций. Так, невесомость ставит центральную нервную систему и рецепторы многих анализаторных систем (вестибулярного аппарата, мышечно-суставного аппарата, кровеносных сосудов) в необычные условия функционирования. Поэтому невесомость рассматривают как специфический интегральный раздражитель, действующий на организм человека и животного в течение всего орбитального полёта. Ответом на этот раздражитель являются приспособительные процессы в физиологических системах; степень их проявления зависит от продолжительности невесомости и в значительно меньшей степени от индивидуальных особенностей организма.

С наступлением состояния невесомости у некоторых космонавтов возникают вестибулярные расстройства. Длительное время сохраняется чувство тяжести в области головы (за счёт усиленного притока крови к ней). Вместе с тем адаптация к невесомости происходит, как правило, без серьёзных осложнений: в невесомости человек сохраняет работоспособность и успешно выполняет различные рабочие операции, в том числе те из них, которые требуют тонкой координации или больших затрат энергии. Двигательная активность в состоянии невесомости требует гораздо меньших энергетических затрат, чем аналогичные движения в условиях весомости. Если в полёте не применялись средства профилактики, то в первые часы и сутки после приземления (период реадаптации к земным условиям) у человека, совершившего длительный космический полёт, наблюдается следующий комплекс изменений. 1) Нарушение способности поддерживать вертикальную позу в статике и динамике; ощущение тяжести частей тела (окружающие предметы воспринимаются как необычно тяжёлые; наблюдается растренированность в дозировании мышечных усилий). 2) Нарушение гемодинамики при работе средней и высокой интенсивности; возможны предобморочные и обморочные состояния после перехода из горизонтального положения в вертикальное (ортостатические пробы). 3) Нарушение процессов обмена веществ, особенно водно-солевого обмена, что сопровождается относительным обезвоживанием тканей, снижением объёма циркулирующей крови, уменьшением содержания в тканях ряда элементов, в частности калия и кальция. 4) Нарушение кислородного режима организма при физических нагрузках. 5) Снижение иммунобиологической резистентности. 6) Вестибуло-вегетативные расстройства. Все эти сдвиги, вызванные невесомостью - обратимы. Ускоренное восстановление нормальных функций может быть достигнуто с помощью физиотерапии и лечебной физкультуры, а также при предварительных тренировках в самолётах для имитации невесомости, в бассейнах невесомости и имитация невесомости при парении в воздухе.

 

Самолет для имитации условий невесомости

В соответствующим образом переоборудованном для экспериментов по имитации невесомости самолете КС-135 в течение приблизительно 25 сек можно создавать условия невесомости, переходя на нисходящую ветвь параболы, с точностью около ±0,01 g, зависящей от квалификации пилота и метеорологических условий. В Советском Союзе для этих же целей использовали самолет ТУ-104. Такой способ имитации условий невесомости можно использовать для тренировки космонавтов, и его действительно широко применяли для этой цели в первых советских и американских программах пилотируемых космических полетов, а иногда его используют и сейчас.

Внутрь большого самолета помещают макет космического корабля, и космонавт учится входить и выходить из него, есть и пить в условиях невесомости, а также выполнять специальные работы, которые ему предстоят во время пребывания за пределами космического корабля, как это показано на снимке (рисунок 1).

 

 

Рисунок 1 - Советский космонавт во время тренировки на адаптацию к условиям невесомости в самолете.

Однако такая обстановка не совсем соответствует условиям космоса вследствие сравнительной кратковременности периода невесомости, а также из-за того, что до и после состояния кратковременной невесомости космонавт испытывает действие ускорения от 1 до 3 g. При тренировках американских космонавтов на адаптацию к условиям невесомости каждый вылет происходил по сорока таким параболам. В общей сложности они находились в условиях невесомости в течение 10 час.

 

 

 

 

Рисунок 2 - Имитация условий невесомости при полете самолета по баллистической траектории. Свободное падение происходит на участке кривой, где g равно нулю, и продолжается 25-35 секунд.

В 1997 г. Национальный центр по исследованиям космического пространства Франции (КНЕС) получил модифицированный самолет А300 ZERO-G для имитации условий невесомости.

С 15 по 19 октября 2001 года Европейское космическое агентство провело на аэродроме в Бордо (Франция) серию полетов специализированной летающей лаборатории Airbus А-300 "Zero-g", на борту которой имитировалось состояние невесомости для проведения различных экспериментов. Задачей серии 2001 года были эксперименты, которые впоследствии были проведены на российском спутнике типа "Фотон" и на борту Международной космической станции (МКС). Изготовленные на базе широкофюзеляжного аэробуса Ил-76МДК летающие лаборатории обеспечивают возможность достижения кратковременной невесомости. При полетах по кривой Кеплера во время перехода с горизонтального полета на восходящий участок кривой и движении самолета через ее вершину создается режим кратковременной невесомости продолжительностью до 25 секунд за один режим. В одном полете продолжительностью 1,5 часа выполняется до 15 режимов невесомости, то есть общее пребывание в невесомости составляет примерно 450 секунд.

 

Рисунок 3 - Самолёт - лаборатория ATLAS Aerospace

ATLAS Aerospace осуществляет технологические испытания и исследования на самолетах-лабораториях различных устройств, агрегатов и объектов космической техники, медико-биологические исследования организмов и их жизнедеятельности в условиях невесомости и пониженной весомости ("лунная", "марсианская" и другие гравитации), а также производит коммерческие полеты и полеты для производства рекламных проектов.

Гидроневесомость

Наиболее эффективный способ моделирования невесомости - создание гртдроневесомости. В состоянии нейтральной плавучести сила притяжения Земли уравновешивается выталкивающей силой гидросреды. Недостатком является то, что эта сила действует только на поверхность тела, и внутренние органы по-прежнему остаются в условиях гравитации. Поэтому нарушения функций вестибулярного аппарата не происходит, и ощущения невесомости у человека не возникает. Ещё одним недостатком "гидроневесомости" является сопротивление жидкости при движении в ней. Хотя невесомость в гидросреде сильно отличается от её прототипа на орбите, испытатель может находиться в ней практически неограниченное время и свободно перемещаться в любом направлении. Все операции отрабатываются в реальном масштабе времени.

В 1965 г. в Центре подготовки космонавтов построили гидробассейн и создали гидролабораторию - сложное сооружение с целым комплексом технологического оборудования, специальных систем, аппаратуры и механизмов. Сам бассейн представляет собой цилиндр диаметром 23 м и высотой 12 м с вмонтированными в него иллюминаторами. Несмотря на сопротивление, которое возникает при движении тела в жидкости, методы нейтральной плавучести, создаваемой погружением в воду, позволяют ознакомить космонавтов с динамикой человеческого тела, имеющего три степени свободы (рисунок 4).

 

Рисунок 4 - Космонавт Э.Олдрин во время тренировки на адаптацию к условиям невесомости, проводимой в бассейне с водой.

Космонавты, тренировавшиеся до полетов в космос в таких бассейнах невесомости, дают этому виду тренировок высокую оценку. Космонавт Э. Олдрин, сравнивая задания, выполнявшиеся им во время тренировок в бассейне, с заданиями, которые ему пришлось выполнять позже в космосе, утверждает, что «подводная имитация невесомости имеет значительные преимущества перед имитацией невесомости в самолете, так как в условиях бассейна мы можем последовательно осуществлять все операции, которые потом производим при выполнении заданий в космосе, и можем проверить весь план полета или по крайней мере ту его часть, которая связана с выходом из космического корабля».

Система наземных и подводных телевизионных камер позволяет наблюдать на информационном табло и записывать на видеокамеру весь процесс тренировки.

При тренировках в «бассейнах невесомости» необходимо, чтобы космонавт был в том же скафандре и использовал то же оборудование, с которыми он будет работать во время космического полета. Для правильного воспроизведения динамики движений важно также, чтобы космонавт был соответствующим образом нагружен балластом. Ранец системы жизнеобеспечения имитируется макетом, размеры которого соответствуют реальным. Воздух для дыхания и вода для системы терморегулирования подаются по шлангам. Работы под водой обычно связаны с определённой опасностью, поэтому космонавтов и испытателей страхуют аквалангисты.

В бассейн помещается макет космического комплекса или его фрагмента в натуральную величину с полной имитацией элементов интерьера, внутренних переходов, наружного выхода. В целях безопасности на макетах предусматриваются аварийные выходы. Общее время тренировок составляет 30-50 ч. По эмоциональному напряжению и энергозатратам тренировки в гидросреде близки к реальным условиям космического полёта.

Эксперименты, проведенные в Научно-исследовательском центре ВМС США в Джонсвилле, штат Пенсильвания, показали, что если воду в бассейне заменить жидкостью на основе полидиметилсилоксана (кремнийорганическое соединение, входящее в состав кремов для кожи и косметических средств), то космонавты могут оставаться в состоянии нейтральной плавучести в течение нескольких дней или, может быть, даже недель. Такой бассейн невесомости будет особенно полезен для тренировок космонавтов перед полетами на космических станциях без искусственной гравитации.

 

 

Рисунок 5 – тренировка в бассейне невесомости

 

Гидролаборатория ЦПК включает в себя:

- бассейн;

- макет выходного космического скафандра "Орлан-М";

- комплекс макетов космической техники;

- комплекс qзyзoпoдъeмныx механизмов;

- комплекс систем воздухо-водо-обеспечения;

- комплекс водолазного оборудования и снаряжения;

- поточно-декомпрессионную камеру ПДК-2У с возможностью имитации "погружения" под воду до 100 метров (10 атм.);

- комплекс гипербарической оксигенации;

- комплекс отображения и обработки видео и телеметрической информации;

- системы освещения.

 

 

Скафандр типа "Орлан-ДМА-ГН", используемый в гидро-лаборатории ЦПК, предназначен для проведения тренировок космонавтов с имитацией невесомости в условиях гидросреды в целях отработки программ проведения "выходов" в открытый космос.

 

 

 

 

Рисунок 6 – Скафандр типа «Орлан – ДМА-ГН»

Парение в воздухе

В какой-то мере невесомость можно имитировать и парением в воздухе. В этом случае космонавт может стать невесомым «в одном измерении». На снимке, помещенном на рисунке 7, показано, как космонавт М. Коллинз, закрепленный в раме, опоры которой находятся на воздушной подушке, обучается действовать ручной маневровой установкой (пистолетом). Так как благодаря воздушной подушке трение между полом и рамой практически отсутствует, характер движений космонавта, правда, только в горизонтальной плоскости, в какой-то мере соответствует особенностям передвижения в космосе.

 

Рисунок 7 - Имитация невесомости в горизонтальной плоскости. Космонавт М.Коллинз тренируется в пользовании ручной маневровой установкой для передвижения в космосе. Тренажер представляет собой подвеску в раме с тремя опорами на воздушной подушке.

Знаменитая башня Института робототехники — не только привлекающее внимание хай-тек сооружение, но и место, где располагается уникальный стенд — испытательная установка для исследования сложных объектов в условиях имитации невесомости (недавно её использовали в проекте по стыковке космических аппаратов). Это устройство считается самой масштабной прикладной разработкой ЦНИИ РТК, который ведёт свою историю с 1968 года. Тогда на базе Ленинградского политехнического института было создано особое конструкторское бюро технической кибернетики, чтобы заниматься проблемами управления в экстремальных ситуациях. Эти задачи не допускали ошибок, потому что решались в космосе. В последующие годы специалисты института создали аппаратуру для межпланетных станций «Луна», «Марс», «Фобос», разработали десятки робототехнических устройств, некоторые из них использовались, например, при ликвидации последствий аварии на Чернобыльской АЭС, Сегодня установки Института робототехники, ведущего в своей области исследовательского центра, и не только в России, применяются практически во всех сферах деятельности: аэрокосмической, медицинской, нефтяной и многих других.

 

1.5.Имитация гравитации

Современная техника пока не дает возможности создать на Земле условия, лишенные действия сил гравиции. Следовательно, пока нельзя поставить опыты, которые дали бы прямой ответ на вопрос о том, как влияет на организм состояние длительной невесомости. Вместе с тем этот вопрос далеко не праздный, ибо за освоением нашего ближайшего спутника — Луны встанет вопрос о полетах на ближайшие планеты — Марс и Венеру. Нет никаких оснований думать, что человек ограничит себя только этими целями.

Гравитационное поле, неизменный природный фактор нашего существования, сыграло важнейшую роль в эволюции человека и наземных животных. Однако гравитационная физиология - наука о месте гравитационных сил и взаимодействий в структурно -функциональной организации живых систем - возникла не так давно, всего полвека назад. Чтобы понять, до какой степени живые организмы зависят от силы земного притяжения, потребовалось это притяжение преодолеть, то есть выйти в космос. Специалисты по гравитационной физиологии регулярно встречаются вместе, чтобы рассказать о своих исследованиях и обсудить проблемы.

Притяжение Земли настолько естественно, что мы его почти не замечаем. Да и как можно заметить силу, которая действует всегда и практически постоянна по величине? Тем не менее гравитация "учтена" практически во всех функциональных системах организма, на всех уровнях, от клеток до скелета. Но чтобы человек наконец-то обратил на гравитацию внимание, потребовался прыжок в космос, туда, где сила тяжести практически исчезает. Конечно, догадку о невесомости высказал еще Жюль Верн, а идею орбитальной станции предложил Циолковский, но все же только после первых запусков на орбиту животных и человека люди впервые по-настоящему осознали, насколько сильно функционирование живого организма зависит от величины гравитационных сил. Именно с началом космической эры возникла гравитационная биология как наука. У нас в стране такие исследования сосредоточились в Институте медико- биологических проблем РАН.

Мировая космонавтика фактически подошла к новому этапу своего развития. Создаются проекты межпланетных пилотируемых полётов. Появились и новые обитатели космических станций - космические туристы. Но реализация таких проектов сдерживается отсутствием средств создания безвредной искусственной гравитации. Наличие таких средств, определило бы и какими средствами формировать межпланетные экспедиции.

Всё это необходимо ради науки и безопасности экипажей, подготовку и осуществление таких полётов необходимо осуществлять общими силами мировых космических агенств. Сроки реализации проектов были бы значительно короче и с меньшими проблемами для каждого агенства в отдельности, а без соперничества и спешки безопасность полётов будет выше, особенно если полёт на Марс (с подстраховками) детально будет отработан при полётах на Луну, где больше возможностей без жертв исправлять ошибки.

В реальности же существует проект «Марс - 500». Планируется проведения эксперимента пребывания экипажа в изоляции продолжительностью 105 суток, а за тем продолжительностью 520 суток. Оценить «чистоту» эксперимента совсем не сложно. Для этого достаточно ответить на такой вопрос: как можно имитировать стрессовую ситуацию и психологическую реакцию на неё в земных условиях с гравитацией и с гарантией безопасности?

И это не единственный пример. После таких экспериментов космонавты оказываются не подготовленными к космическим реалиям, а они давно заслужили и более комфортных условий на КС и пора хотя бы сейчас вспомнить об этом.

Ещё во времена Королёва была идея создавать искусственную гравитацию вращающимся тором. Но на пути реализации этой идеи стояло сразу несколько технических проблем. Это, вращающаяся поверхность, ненадежность герметизации соединений вращающихся и не вращающихся частей, проблемы стыковки с такой конструкцией, экономичность и стабильность вращения относительно пространства и без воздействий на другие системы КС и т.д. В наше время существуют примитивные средства, такие как «беговые дорожки» и «короткорадиусные центрифуги» • с медикаментозным дополнением. Их использование при полетах на Марс, было бы безжалостным по отношению к космонавтам, которые и так проходят достаточно испытаний на выносливость, не говоря о не малом риске.

 

1.6.Модуль с искусственной гравитацией

С целью устранения выше упомянутой проблемы, в Украине запатентованный «Модуль с искусственной гравитацией», который коренным образом меняет психологические и физиологические условия пребывания на КС космонавтов и космических туристов, которые можно даже назвать комфортными. Возможности «Модуля...» превзошли ожидания. Рациональная конфигурация «Модуля...» сняла все казавшиеся ранее технические проблемы, и оказалось, что его название не отражает всю полноту его возможностей.

Технические решения «Модуля...» настолько неожиданны, что действительно трудно поверить в реальные возможности «Модуля...» без знакомства с ним. Поэтому, для ознакомления раскрывается часть сути конструкции и возможностей и только система вращения кабин (комнат) останется как "ноу-хау".

Рисунок 8 - Схема модуля с искусственной гравитацией

Конструкция «Модуля...» сборная, трансформируемая, наружная часть вся неподвижная. На осевом виде, места соединений обозначены двойными линиями. Внешняя часть имеет торроидоподобную форму. Её неподвижность важна при выходах в открытый космос, при установке наружного оборудования и его обслуживании, при наблюдениях за космосом, а главное - сборка только неподвижных частей обеспечивает надежную герметизацию. В центре по оси расположен центральный шлюзовой отсек (далее ЦО), который сообщается с тором через радиальные и поперечные отсеки. Неподвижность ЦО важна для стыковок. Тор собирается из линейных секций, что упрощает технологию их изготовления, а при сборке их по несколько штук с поворотом меж собой на 180*, они складываются прямой трубой. Это важно при транспортировке на орбиту. Доставка секций и отсеков «Модуля...» осуществляется целенаправленно и попутно, но в определенной последовательности. ЦО доводится на земле до рабочего состояния, то есть стыковочные узлы и шлюзы должны быть рабочими, а «окна» для присоединения радиальных отсеков должны быть закрыты с возможностью их открыть при собранном «Модуле...». ЦО, пристыкованный к транспортнику, первый доставляется на действующую КС, и вторым стыковочным узлом они пристыковуются к КС. После отстыковки транспортника, КС будет готова принимать очередные грузовики стыковочным узлом уже пристыкованного ЦО. Вблизи стыковочного узла ЦО предусмотрено место установки сборочно-перегрузочного манипулятора. Затем доставляются и устанавливаются радиальные и поперечные отсеки, используя манипулятор. Последним собирается тор и присоединяется к поперечным отсекам, то же с использованием манипулятора. После сборки «Модуль...» заполняется воздухом, испытывается на герметичность и экипаж в лёгких костюмах приступает к внутренним работам.

Некоторые секции тора сбоку имеют «окна» для присоединения секций с оборудованием различного назначения, а некоторые из них могут использоваться для приема доставляемых грузов при наличии там шлюзов. Поперечные отсеки могут содержать выходы в открытый космос.

Вращение кабин (комнат разного назначения) осуществляется в самом торе, как по замкнутому тоннелю, чем и создается безвредная искусственная гравитация. Такая конструкция имеет следующие преимущества, автономность, большое компактное пространство с комфортными условиями может вместить много оборудования и численный экипаж при соседстве невесомости и гравитации с воздушным пространством. При этом перемещение по комнатам и во всём модуле возможно в легких костюмах. Вращаются в основном полезные массы. В системе вращения кабин (комнат) так же есть ряд новых технических решений.

Уже упоминалось, что ЦО имеет на концах два стыковочных узла. Если учесть мнение, что межпланетные экспедиции должны формироваться на околоземной орбите, то наличие двух стыковочных узлов позволяет выполнять различные маневры по перестыковке. Можно также состыковать «Модули...» цепочкой, с удобным сообщением внутри меж собой. При необходимости можно использовать их автономность, что ускорит оперативность мер обеспечения безопасности экипажу при не штатных ситуациях на межпланетных трассах.

После всего сказанного напрашивается вывод, что широкие возможности и комфортные условия в «Модуле...» позволят использовать его как перспективный, базовый модуль для межпланетных полётов.

В следующем десятилетии российские ученые собираются отправить на орбиту космический аппарат с животными.

 

 

Рисунок 9 - Так будет выглядеть космический аппарат «Бион-М».

На аппарате «Бион-М» будут находиться две центрифуги с помещенными в них животными, одна из которых сымитирует лунную силу тяжести, а вторая — марсианскую. В ходе полета мышам, ящерицам, улиткам и червям предстоит испытать на себе последствия длительного воздействия гравитации Луны и Марса.

По словам ведущего научного сотрудника Института медико- биологических проблем Евгения Ильина, искусственная гравитация поможет космонавтам сохранить физическую форму во время межпланетных экспедиций. Сейчас в длительных космических полетах космонавты используют различные тренажеры, позволяющие избежать атрофии мышц. Запуск «Биона-М» запланирован Федеральной космической программой на 2016 год.

Напомним, что в 2005 году на Международную космическую станцию было отправлено пятьдесят улиток, на которых специалисты изучали функции органа равновесия. Кроме того, в космосе побывали тритоны, раки и черви, на которых проводился эксперимент по регенерации. А в текущем году на МКС поселили девяносто особей виноградных улиток, у которых на Земле было удалено по одному усику с глазом. На этих улитках ученые исследовали функции регенерации глазных яблок и органов равновесия в условиях невесомости.

 

1.7.Центрифуга для создания гравитации

Для проведения эксперимента была изготовлена центрифуга. Добиться чистоты эксперимента можно было, избежав, возможные при вращении, электромагнитные излучения. Это удалось добиться за счет использования при изготовлении центрифуги подходящих материалов: рулонная газетная бумага, льняная веревка и фанера из древесины. Во время экспериментов компас, прикрепленный к свинцовому грузу, ни разу не шевельнулся. Примерная схема центрифуги (рис. 10).

 

Рисунок 10 – Схема центрифуги

 

Газетная бумага закручена в цилиндр с внутренним и внешним диаметром соответственно 20X30 см и высотой 21см. Вся эта конструкция посажена на металлический диск диаметром 40 см. и отцентрирована прикрепленным к ней в виде спиц тросом из нержавеющей стали диаметром 3 мм. Центрифуга посажена на ось электромотора мощностью 3 квт. и совершает 2860 об\мин. При вращении центрифуги возникают возмущения воздуха, чтобы они не влияли на результаты эксперимента, пришлось изготовить ящик из древесины и ДВП. Внутрь цилиндра центрифуги, для изоляции от возмущенного воздуха помещена полиэтиленовая емкость диаметром 16 см. Так же был использован маятник вращения в виде коромысла с грузами по концам, подвешенный на жгуте. Верхний конец жгута из рыболовной лески с 4 жилами диаметром 0,15мм прикреплен к потолку и имеет длину 5 метров. Для достижения устойчивого равновесия маятника пришлось раздвинуть верхний конец жгута на 1 см. Коромысло, на которое прикрепляется груз, изготовлено из полой алюминиевой трубки 8мм и имеет длину 1,20м. Помещаемый внутрь центрифуги груз отлит из свинца весом Зкг, вмес