МОДЕЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Решение проблемы медико-биологического обеспечения длительных пилотируемых экспедиций за пределы орбиты Земли в настоящее время является приоритетным направлением. Важнейшим условием для изучения и решения этой проблемы является организация и проведение наземных экспериментальных исследований в условиях изоляции с участием испытателей-добровольцев в гермообъемах, сходных с объемами обитаемых отсеков пилотируемых комплексов.

Модельные или аналоговые наземные изоляционные эксперименты имитируют деятельность человека в условиях космического полета, включая такие факторы, как техногенная (искусственная) среда обитания, ограниченность пространства, заниженный уровень двигательной активности, автономность пребывания, профессиональные факторы риска и т.д. Глубинное комплексное изучение особенностей медико-биологического и психофизиологического реагирования организма на длительное воздействие космических факторов риска в условиях реального космического полета затруднено, что обусловлено высокой степенью риска, дефицитом времени, существующим ограничениями по массе, габаритам и энергетике, высокой стоимостью доставки аппаратуры и оборудования.

Преимуществами наземных моделей космического полета следует считать:
1. Возможность использования на Земле более широкого спектра научной аппаратуры и оборудования.
2. Большая по сравнению с реальным полетом статистическая выборка.
3. Возможность предварительной отработки новых методов, аппаратуры и оборудования.

В СССР и России было проведено множество модельных экспериментальных исследований в условиях изоляции. Условно их можно подразделить на:
1. Технологические испытания перспективных систем жизнеобеспечения, систем медицинского контроля и т.п.
2. Исследования, являющиеся подготовкой к конкретному реальному полету.
3. Эксперименты по углубленному изучению одного из новых факторов космического полета.
4. Исследования, моделирующие новый тип космических экспедиций.

Кроме того, принятая еще во времена СССР методология предусматривает обязательное проведение комплексных испытаний систем обеспечения жизнедеятельности на макете космического объекта. Целью таких испытаний служил допуск систем к эксплуатации в составе реального космического объекта (испытания велись на натурных макетах лунного корабля и долговременных орбитальных станций "Салют-1", "Салют-4", "Салют-6", "Салют-7"; на макете космического корабля "Буран" отрабатывались системы обеспечения жизнедеятельности и терморегулирования; проводилось моделирование бортовой деятельности экипажа на эргономическом макете научно-энергетического модуля МКС).

Необходимость имитации максимального числа факторов космического полета в наземных условиях, при автономном пребывании обследуемых во время изоляции в экспериментальном комплексе, требует наличия сложной инфраструктуры, развитие которой осуществляется по мере накопления опыта реальных космических полетов и изоляционных исследований. В настоящее время в ИМБП осуществляются работы по подготовке и проведению серии международных экспериментов по модельной изоляции «SIRIUS» для решения психологических и физиологических проблем лунных и марсианских исследовательских миссий.

НАЗЕМНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС СИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ (НЛК)
Спроектирован и построен в 1965-1967 годах

ЭКСПЕРИМЕНТ «ЗЕМНОЙ ЗВЕЗДОЛЕТ» 1965-1969 ГГ.

Основной 366-суточный эксперимент с участием 3-х испытателей-добровольцев проходил с 5 ноября 1967 г. по 5 ноября 1968 г.

Цель эксперимента.
Изучение психофизиологических особенностей поведения людей в условиях длительной изоляции в ограниченном пространстве.
Отработка поведения человека в нештатных ситуациях.
Проверка работы технологических макетов систем жизнеобеспечения с замкнутым циклом.

Экипаж «Земного звездолета».
Герман Мановцев - командир экипажа и врач-испытатель, Борис Улыбышев - инженер-испытатель, Андрей Божко - биолог-испытатель.

Эксперимент проходил в три этапа.
Первый этап (05.11.1967 - 22.01.1968гг.) К бытовому отсеку подключены системы регенерации воды из конденсата атмосферной влаги и мочи; используются системы регенерации кислорода и очистки атмосферы на основе химических веществ; оранжерея не подключена и работала в автономном режиме.
Второй этап (22.01. – 05.05.1968 г.) Подключена оранжерея, выведенная на режим конвейера. Использование выращенной зелени в рационе питания.
Третий этап (05.05 – 05.11.1968 г.) Отключены химические системы регенерации кислорода и очистки атмосферы - подключены системы получения кислорода методом электролитического разложения воды и концентрирования углекислого газа.

Условия эксперимента.
В жилом модуле объемом 24 м3 были расположены друг над другом три койки, на которых спали члены экипажа (каждые 10 дней испытатели менялись кроватями). У стенки - телевизор, который разрешалось смотреть по вечерам. Для получения точных и не искаженных оценок того, что «выделяет» человек, требовалось, чтобы в камере не было испарений ни от полимеров, ни от дерева, поэтому испытателей окружали голые металлические стены. Справа от двери был расположен пульт бортового врача. Рядом велоэргометр – прибор с педалями как у велосипеда, предназначенный для тренировки и изучения физической работоспособности. Дальше была расположена дверь в оранжерею, небольшой камбуз, холодильник и откидной столик с пультом связи. Питались испытатели сублимированной пищей, которую предварительно размачивали. Пили воду, регенерированную из мочи и технической воды, которые очищались и вновь пускались и дело. Круглосуточное наблюдение с командного пункта за действиями экипажа велось с помощью трех телекамер. Все отходы жизнедеятельности собирались и передавались наружу через специальный маленький шлюз - небольшую камеру в несколько десятков кубических сантиметров, позволяющую осуществлять передачу различных анализов без утечки атмосферы гермообъекта. Таких шлюзов было два: «чистый» - для анализов крови и «грязный» - для прочих нужд. В оранжерее объемом 60 м3 (площадь 20м2) с посевной площадью 7,5 м2 выращивались салатные культуры. При этом «день» в оранжерее продолжался четырнадцать земных суток, затем наступала «ночь», которая длилась столько же. Такая продолжительность смены дня и ночи выбрана не случайно, дело в том, что растения культивировались применительно к лунным суткам, а они имеют как раз такую продолжительность и цикличность. Оранжерейный был отсек довольно большой - около двадцати квадратных метров, но почти все его пространство было занято специальными кюветами с растениями и лишь посередине имелся узкий проход.
Во время эксперимента проводились исследования кровообращения, дыхания, ежедневный медицинский контроль утром и вечером. Спать испытателям приходилось в специальных шлемах, с помощью которых снимали энцефалограмму. В экипаже на втором месяце началась борьба за лидерство и, как следствие, стали проявляться конфликты. Обычная температура в модуле составляла 21°С. На пятом месяце полета была смоделирована первая аварийная ситуация - температуру в камере повысили до 32 - 33°С, содержание углекислого газа составило 3%, кислорода - 16%. Таким образом моделировалась разгерметизация модуля. Вопреки ожиданиям это испытание сплотило команду. Позднее подобная авария была смоделирована еще раз. На этот раз согласно «легенде», расход воды был жестко лимитирован, а рацион питания - снижен. Для проверки состояния экипажа и его готовности к действию в сложных обстоятельствах устраивались различные аварийные ситуации. Так, вечером 26 апреля 1968 года испытатели почувствовали запах горелого пластика, и жилой отсек окутало дымом. Немедленно сообщив о ЧП на Командный пункт, экипаж включил специальное устройство, поглощающее примеси. Дым стал постепенно рассеиваться, и через два часа запах гари совсем пропал. О том, что это было плановое ЧП, испытатели сообщили лишь после завершения эксперимента.
С 6 ноября 1968 года был проведен 30-и суточный эксперимент с изоляцией трех добровольцев-испытателей в наземном лабораторном комплексе ИМБП (НЛК). Основными задачами исследований являлась изучение реакции людей на чужеродную для них среду, сформировавшуюся под влиянием продуктов чужой жизнедеятельности, анализ микрофлоры жилых отсеков, а также дальнейшая отработка систем жизнеобеспечения и изучение психологической совместимости экипажей.

Итоги выполнения основного эксперимента «Год в звездолете».
В результате проведенного годового эксперимента с участием испытателей-добровольцев впервые в мировой практике была подтверждена возможность обеспечения длительной жизнедеятельности человека в замкнутом пространстве ограниченного объема при регенерации атмосферы и воспроизводстве потребляемых им воды и кислорода, регенерированных из конечных продуктов его жизнедеятельности техническими системами, основанными на физико-химических методиках трансформации веществ. Также был получен обширный материал в вопросах психологической устойчивости экипажа в ограниченном изолированном пространстве.

МЕДИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ НАЗЕМНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС (НЭК)
Спроектирован и построен в 1964-1970 годах. Введен в эксплуатацию в 1971 году.
В создании комплекса принимали участие:
Институт медико-биологических проблем (ИМБП), Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева,
Научно-исследовательский и конструкторский институт химического машиностроения (НИИХИММАШ),
Научно-производственное предприятие «Звезда» им. Г.И. Северина, Летно-испытательный институт им. М.М. Громова

ЭКСПЕРИМЕНТЫ В ПЕРИОД 1971-1989 ГГ.

[Завершение 90-суточного эксперимента] Завершение 90-суточного эксперимента. Слева направо: В.А. Корсаков, бортинженер Б.М. Абушкин, врач В.И. Макаров. НЭК ИМБП, 1975 год.

Работы над макетом тяжелого межпланетного корабля (ТМК) для наземных испытаний в ИМБП были начаты в ОКБ-1 в 1962 году. Главное требование – автономия, полная изолированность от внешнего мира. Уровень автономии обеспечивался сочетанием ряда конструктивных решений и технологических приемов, из которых можно выделить следующие:

1. Комплексная система жизнеобеспечения, включающая в себя: аппаратуру для регенерации и очистки воздуха физико-химическими методами, системы регенерации воды из конденсата атмосферной влаги; системы получения кислорода «Электрон» и «Гном»; оранжерею с реакторами-культиваторами для хлореллы, фитотронами для высших растений (пшеницы, овощей и др.); холодильники для хранения запасов пищи.
2. Система радиационной защиты, в основе которой было радиационное убежище (РУ) оригинальной конструкции, оснащенное упрощенными системами отображения информации и управления кораблем, а также специальные медикаменты — радиопротекторы.
3. Система профилактики с регулярным использованием тренажеров, регулярной физической тренировкой.
4. Система профессиональной подготовки, направленная на достижение взаимозаменяемости (полной или частичной) членов экипажа при выполнении основных видов работ и основных критически значимых рабочих операций (ручная стыковка и др.).
5. Рациональный режим труда и отдыха, правильная организация рабочей зоны, организация сна, досуга, быта. Наличие в компоновке жилых отсеков корабля индивидуальных кают, салона (кают-компании) и кухни.
6. Система психологической поддержки. Наличие на борту средств досуга — читальных аппаратов, телевизоров, магнитофонов.
7. Система санитарно-гигиенических средств и мероприятий (умывание, душ, и т. д.). Наличие в компоновке корабля душевой кабины, туалетной комнаты, стиральной машины.
8. Система медицинского контроля, медицинских исследований и медицинской помощи в полете. Обязательное включение в состав экипажа врача широкого профиля.
9. Наличие на борту мастерской с запасом инструментов и материалов, давшей возможность проведения ремонтных, профилактических работ, технического обслуживания систем корабля.

Первый эксперимент произошел в 1971-1972 годах. Продолжительность 50 суток, экипаж в составе командира В.А. Корсакова, бортинженера Ю.Ф. Климентова и бортврача Г.Н. Пожарского. Второй длительный эксперимент продолжительностью 60 суток был проведен с 29 мая по 25 июля 1974г. Состав экипажа: командир В.А. Корсаков , бортинженер Э.В. Рябов , врач-испытатель В.И. Макаров. Третий длительный эксперимент продолжительностью 90 суток был проведен с 27 марта по 25 июня 1975г. Состав экипажа: командир В.А. Корсаков, бортинженер Б.М. Абушкин, врач-испытатель В.И. Макаров. Основная задача данной серии экспериментов заключалась в моделировние комплекса факторов длительного космического полета, включая длительную и напряженную профессиональную деятельность, лимит и дефицит времени для выполнения необходимых операций, сенсорную и социальную изоляция, резкое измененные параметры газовой среды (состав атмосферы, температура, давление и влажность), нештатные или аварийные ситуации. При этом изучалась способность человека-оператора выполнять штатную деятельность по управлению кораблем при сближении и стыковке. В состав оборудования был включен уникальный по тому времени тренажер «Волга», моделировавший процесс стыковки. Оценивался ряд технических параметров — расход рабочего тела, скорость касания, угловые скорости по курсу, крену и тангажу, потребное время для выполнения стандартной задачи по поиску и причаливанию. Оценивался уровень психофизиологической напряженности оператора. Тем самым изучалась «физиологическая цена» выполнения сложной операторской задачи по управлению динамическим объектом на фоне длительного изолированного «полета». Медицинским руководителем эксперимента был назначен доктор медицинских наук, профессор, член-корреспондент РАН, академик РАМН, полковник медицинской службы Вячеслав Иванович Мясников, принимавший участие в разработке сурдокамерных экспериментов для космонавтов первого набора. Ответственным врачом был назначен Валентин Некрасов – врач экипажа операторов первых советских луноходов.

Испытания на макете ТМК по межпланетной программе продолжались до середины 1975 года, в дальнейшем эксперименты в НЭКе были перенацелены на орбитальные станции.

Эксперименты в наземной экспериментальном комплексе в период с 1971 по 1989 годы:

В период 1971-1975 годах проведена серия экспериментов длительностью 60-90 суток.
Цель - изучение реакции организма и его отдельных систем на длительное пребывание в экстремальных условиях, отработка образцов и технологических режимов перспективных систем обеспечения жизнедеятельности, сбора и обработки медицинской информации.

В сентябре 1976г. - январе 1977г. проведен эксперимент продолжительностью 120 суток.
Основными задачами эксперимента являлись:
- отработка бортовой системы регенерации воды для бытовых нужд;
- отработка режимов связи с наземными службами;
- изучение групповой динамики в изолированной малой группе в ситуации "прихода" экспедиции посещения (примечание: первая экспедиция посещения на станции «Cалют-6» состоялась 10-16 января 1978г.).

В мае-июне 1980г. был проведен эксперимент продолжительностью 25 суток.
Задачами эксперимента являлись:
- изучение акустической обстановки;
- изучение психологической совместимости в изолированной малой группе при приходе женской экспедиции посещения (примечание: первая экспедиция посещения с участием С.Е. Савицкой на станцию «Салют-7» была осуществлена в августе 1982г.).

В феврале-апреле 1983г. был проведен эксперимент продолжительностью 60 суток.
Основными задачами эксперимента являлись:
- изучение групповой динамики в условиях смешанного основного экипажа (примечание: полет Е.В. Кондаковой в составе основного экипажа станции Мир состоялся в октябре 1994г.);
- моделирование ситуаций острого периода адаптации с необходимостью выполнения сложной операторской деятельности по управлению динамическим объектом.

В мае-июле 1983г. был проведен эксперимент продолжительностью 90 суток.
Основной задачей эксперимента являлась отработка системы регенерации кислорода «Электрон» (примечание: система регенерации кислорода «Электрон» установлена на станции Мир в январе 1990г.).

В марте - июне 1984г. был проведен эксперимент продолжительностью 90 суток.
Основной задачей являлось изучение акустической обстановки в объекте при работе бортовых систем жизнеобеспечения.

В мае-июле 1987 года проведен эксперимент продолжительностью 90 суток.
Основной задачей эксперимента являлось психофизиологическое изучение состояния экипажа при имитации 3-х периодов аварийных ситуаций продолжительностью 6 суток каждый (измененный режим труда и отдыха, измененные параметры среды обитания и т.д.).

В июне - июле 1989 году был проведен эксперимент продолжительностью 30 суток.
Основной задачей эксперимента являлась оценка функционального состояния операторов и их профессиональной операторской деятельности в условиях длительного автономного существования в среде обитания с пониженным (до 16%) содержанием кислорода.