Научные темы Асгардии: искусственная гравитация. Центрифуга короткого радиуса как способ создания гравитации в невесомости
В Институте медико-биологических проблем разработана уникальная установка по созданию искусственной гравитации в условиях невесомости. Разгоняясь, центрифуга короткого радиуса способна обеспечить силу тяжести, столь необходимую человеческому организму в длительных космических полётах.
Наш корреспондент Наталья Бурцева испытала действие центрифуги на себе.
Подготовка к испытанию
В одном из корпусов ИМБП – Института медико‑биологических проблем – стоит необычная «карусель»: две кабины, в центре соединяющий узел, где расположен двигатель.
– Центрифуга короткого радиуса создана при помощи наших ракетостроителей. Это инновационная разработка, имеющая достаточно большой запас прочности, – говорит ведущий инженер ИМБП Дмитрий Мерекин. – Установка абсолютно безопасна для испытуемых и имеет неограниченные научные возможности для использования.
Всё сделано на будущее – с перспективой создания бортового варианта центрифуги для использования в отдельном модуле космической станции или межпланетного корабля: устройство центрифуги предполагает дальнейшую модернизацию. В лаборатории ИМБП представлена именно стендовая модель. Для установки на борт космической станции её габариты должны быть существенно уменьшены.
С помощью такой установки на борту космической станции на короткое время может воссоздаваться гравитационный стимул. Вращение на центрифуге короткого радиуса – мера профилактики, защищающая человеческий организм от последствий долгого пребывания в невесомости. Её эффективность уже доказана многочисленными испытаниями на Земле, в том числе с участием космонавтов.
Экспериментальная установка позволяет вращать двух человек сразу. На компьютере задаются параметры испытателя: возраст, вес, рост и расстояние от оси вращения. Программа просчитывает различную по величине перегрузку на уровне головы, сердца и стоп.
Дмитрий Мерекин, обходя «карусель», называет её не иначе как «последним детищем науки».
– Перед исследованием необходимо настроить видеокамеру, чтобы непрерывно наблюдать за испытуемым и оперативно оценивать внешние изменения на лице человека, в том числе эмоциональные реакции, – отмечает Дмитрий.
Он стоял у истоков создания центрифуги, сам крутился на ней неоднократно.
– А как без этого? Пока установку собирали и модернизировали, все изменения в конструкции обязательно испытывали на себе во время тренировочных вращений, чтобы понять, как будет удобнее, безопаснее и комфортнее для испытателей. Технические возможности у установки большие.
– В процессе исследований ведётся непрерывный врачебный контроль за изменениями со стороны сердечно‑сосудистой и дыхательной систем испытателя, – поясняет Милена Колотева, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии ускорений и искусственной силы тяжести ИМБП.
Датчики и приборы позволяют медикам следить за состоянием испытуемого, оперативно принимать решения и прервать исследование в случае ухудшения самочувствия человека, находящегося на установке.
Глава Космической Нации Игорь Ашурбейли и директор Института медико-биологических проблем РАН академик Олег Орлов на стенде «Центрифуга короткого радиуса». Визит в ИМБП 5 декабря 2023 года
Почти столетие от идеи до воплощения
Идея создания искусственной силы тяжести принадлежит Константину Циолковскому и была предложена ещё в начале XX века. Позднее её поддерживали Сергей Королёв и Вернер фон Браун. Но вот к технологической реализации приступили только в середине прошлого века.
– Первая центрифуга короткого радиуса была создана в нашем институте, – комментирует Милена Колотева. – Устройство, которое перед вами, – это уже центрифуга четвёртого поколения.
Оно воплощает в себе все достижения и учитывает все недостатки, которые есть в центрифугах, разработанных в разных странах мира, – японских, немецких, американских. Новая разработка способна реализовать абсолютно любые идеи, связанные с созданием искусственной гравитации. Для того чтобы чётко понимать, какая конструкция должна быть на борту МКС, все вопросы, связанные с использованием установки в космосе, нужно полностью отработать на Земле.
– Чем дольше космонавты находятся в невесомости, тем больше они утрачивают «гравитационные стимулы». В космосе исчезают гидростатическое давление крови, весовая нагрузка на костно-мышечный аппарат, происходят изменения в функционировании афферентных систем. В частности, отсутствует чувство опоры. А для космонавтов это очень желаемое чувство. И наша центрифуга поможет им его не забыть.
Милена Колотева, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии ускорений и искусственной силы тяжести ИМБП
Милена Колотева говорит о большом накопленном опыте медицинского обеспечения космических полётов специалистами ИМБП. Этот опыт свидетельствует о негативном влиянии невесомости на организм человека: пребывание в невесомости приводит к снижению функциональных возможностей и работоспособности.
Перед экспериментом Милена отмечает: важно зафиксировать как можно больше субъективных (собственных впечатлений испытуемых) и объективных медицинских физиологических данных для формирования необходимой научной базы, которой предстоит решить очень широкий спектр вопросов, в том числе найти оптимальные режимы воздействия на центрифуге.
– Смысл эксперимента, в том числе, и в том, чтобы мы получали онлайн как можно больше субъективных впечатлений и физиологической информации от испытателя во время каждой фазы вращения. Режимы вращений на установке должны быть максимально отработаны на Земле, чтобы пребывание на ней космонавтов в космосе было полезным и комфортным.
В области космической медицины центрифуги используются по двум направлениям. Традиционное использование – в практике авиационной и космической медицины, в первую очередь для изучения переносимости животными и человеком перегрузок различных направлений и физических характеристик; для разработки и апробации различных методов и устройств противоперегрузочной защиты; для определения устойчивости лётчиков и космонавтов к перегрузкам при проведении медицинского отбора и переосвидетельствования, проведения тренировок космонавтов и т. д.
Для этих целей наиболее адекватными установками являются центрифуги среднего радиуса (порядка 7 м), имеющиеся в ГНЦ РФ ИМБП РАН (ИМБП) и РГНИИ ЦПК имени Ю. А. Гагарина (ЦПК), или большого радиуса (18 м) – такая центрифуга установлена в ЦПК. Эти центрифуги вполне отвечают задачам отбора и подготовки космонавтов.
Второе направление в космической медицине, для которого могут применяться центрифуги, – проблема искусственной гравитации (ИГ), создаваемой в космическом полёте с помощью центрифуги, установленной на борту пилотируемого корабля.
Для решения этих – перспективных – задач необходим наземный лабораторный стенд, который традиционно называется «центрифуга короткого радиуса» (ЦКР).
Разработка проблемы создания на борту межпланетного космического корабля специального устройства для борьбы с неблагоприятным влиянием невесомости на организм человека – ЦКР – является составной частью программы медицинского обеспечения длительных пилотируемых полётов и предназначена, совместно с традиционными средствами профилактики, для поддержания, на новом качественном уровне, здоровья и работоспособности космонавтов; защиты их от неблагоприятного воздействия невесомости и сокращения периода реадаптации после возвращения на Землю.
Чтобы достичь значительного эффекта, находясь на орбите, космонавты должны заниматься на ЦКР постоянно, например по два часа в день. Во время перелёта к дальним планетам в центрифуге даже можно спать.
При этом при модернизации установки и связанных с ней методик учёным предстоит учесть не только эргономику ограниченного пространства космической станции, но и крайне дорогое во всех смыслах время космонавтов, чтобы ежедневная отработка профилактической методики не занимала слишком много этого ценного времени, но при этом сохраняла свою результативность.
Вращение на центрифуге: тело по горизонтали, кровь по вертикали
В руках испытателя особая ручка с кнопками: та, что посередине, должна быть нажатой всё время, пока человек находится в центрифуге, – это показатель состояния испытателя. Если кнопку отжать, центрифуга тут же остановится, поскольку это послужит сигналом о потере сознания.
Есть ещё одна кнопка – большая красная. Её необходимо нажимать, как только загораются красные лампочки по периметру.
Итак, начинается вращение. Набор скорости: один оборот, два, три. Центрифуга разгоняется. Когда кровь начинает перераспределяться – отливать от головы, периферическое зрение становится нечётким. И тут начинается тест. Загораются красные лампочки, и необходимо их сразу же гасить.
Набрав обороты, центрифуга выходит на площадку в две единицы. При вращении создаётся чёткое ощущение, что ты стоишь: тяжесть в ногах такая же, как при обычной ходьбе. Мозг-то понимает, что тело находится горизонтально, но кровь распределилась так, словно ты находишься в вертикальном положении.
– Что‑то изменилось в самочувствии? – вопросы звучат постоянно, специалистам важно знать состояние в каждый момент испытания.
Постепенно становится комфортнее. Можно без ущерба вращаться в течение 30 минут… О таком состоянии мечтают все космонавты на орбите. В условиях невесомости происходит отток крови от ног к верхней части тела, к голове. Это приводит к атрофии мышц, и космонавты практически теряют навык передвигаться на ногах при возвращении на Землю.
– Адаптация к невесомости происходит довольно быстро, – говорит Милена Колотева. – Разработанный специалистами нашего института комплекс мер профилактики неблагоприятного влияния невесомости позволяет обеспечить длительные – в течение года-полутора – пребывание и работоспособность космонавтов в условиях орбитальных полётов.
Однако, несмотря на применяемые меры профилактики, явления детренированности развиваются со стороны многих органов и систем организма и сохраняются в течение полутора‑двух месяцев после возвращения на Землю, даже при применении комплекса восстановительно‑лечебных мероприятий, а изменения костной ткани сохраняются до двух‑трёх лет.
Резкая перестройка к зе
- Последние
- Популярные
Новости по дням
8 мая 2024
