СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОГРАММЫ И МЕТОДИК ПОДГОТОВКИ КОСМОНАВТОВ К ВЫПОЛНЕНИЮ НАУЧНО-ПРИКЛАДНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
© О.А.Кутепова, В.М.Жуков, А.М.Гуторов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2010 г.
Повышение эффективности научно-прикладных исследований (НПИ) возможно за счет совершенствования программы исследований и методологии постановки космического эксперимента (КЭ). Программа исследований должна базироваться на достижениях выполнения научной программы прежних лет и выделении приоритетных направлений в каждой дисциплине в интересах развития фундаментальных знаний и научно-промышленного производства.
В связи с созданием Международной космической станции (МКС) и появлением возможности присоединения к ней лабораторных модулей появляются новые условия для реализации КЭ. С увеличением длительности пребывания космонавтов на борту МКС высвобождается резерв времени для выполнения длительных КЭ, в частности, возникает уникальная возможность проводить длительные медико-биологические эксперименты при нулевой гравитации.
Для более эффективной разработки научных программ в области медико-биологических наук (Life sciences), которые составляют значительную часть НПИ, целесообразно было бы создание специального Комитета космических исследований в области космической биологии и медицины, в который вошли бы биологи и специалисты смежных дисциплин не только российских академий, но и наших зарубежных партнеров. Целью деятельности Комитета могли бы быть подведение итогов научных космических исследований и выработка новой стратегии. Прежде всего, это должно касаться статуса исследований. Космические исследования должны иметь продолжительный характер и в своем завершении отвечать поставленной цели.
В области медико-биологических исследований на современном этапе целесообразно было бы преследовать следующие стратегические цели, в рамках которых следует развивать исследования:
1. Описать адаптационные процессы к условиям космического полета и после приземления.
2. Применить знания по использованию различных устройств, улучшающих здоровье, безопасность, комфорт и работоспособность космонавтов.
3. Понимать роль, которую играет гравитация в биологических процессах у растений и животных.
4. Определить, действительно ли проявляющийся феномен на уровне индивидуального организма или в группе организмов следует изучать в космических условиях или его можно изучить в наземных экспериментах.
Эти же стратегические цели остаются актуальными и для стратегии нового тысячелетия для зарубежных исследований.
Новая стратегия подчеркивает приоритетность прежних целей и указывает на необходимость интегрированных мультидисциплинарных подходов в исследованиях на всех уровнях организации живых организмов с использованием всех современных технических возможностей молекулярной, клеточной биологии и физиологии. При этом, в первую очередь, поддержка должна оказываться междисциплинарным исследованиям, которые отвечают следующим критериям:
1. Исследования, ставящие своей целью улучшение понимания проблем, связанных с выживанием и длительным функционированием космонавтов на орбите.
2. Изучение фундаментальных биологических процессов, о которых заведомо известно, что гравитация в них играет непосредственную роль.
Следует отметить, что в развитии стратегии будущих исследований особое внимание должно уделяться развитию инструментальной базы и методологии. Должна разрабатываться техническая база для выполнения КЭ, которая учитывала бы весь спектр действующих факторов космического полета и обеспечивала проведение не только контрольных (наземных), но и синхронных (космических) исследований.
В настоящее время продолжительность многих КЭ неоправданно растянута на ряд экспедиций или вовсе не определена. Большинство КЭ не учитывают воздействие ряда сопутствующих факторов, а эффекты микрогравитации не подтверждены синхронными исследованиями с другими уровнями гравитационного фактора. В связи с этим интерпретация результатов исследований часто затруднена. Перспективная программа для космонавта-исследователя, предложенная ГНЦ РФ – ИМБП РАН (2010 г), по составу предполагаемых исследований не соответствует заявленной квалификации космонавта и уровню современных требований.
В связи с имеющимися трудностями в составлении перспективной программы исследований и их подготовки предпринята попытка построения классификации КЭ программы НПИ по всем дисциплинам. Составлена иерархическая схема классификации КЭ по трем основаниям:
– положение исследуемого объекта (внутри станции или на внешней конструкции);
– метод исследования (пассивный КЭ, активный КЭ);
– категория результата (качественный или количественный результат исследований).
По остальным основаниям построены частные простые классификации.
Разделение КЭ на классы по количеству значимых стохастических факторов и по количеству регулируемых факторов в активных экспериментах позволяет установить соответствующие частные критерии отбора КЭ в программу НПИ.
Точность результатов активных экспериментов тем выше, чем больше задействовано значимых регулируемых факторов (Адлер Ю.П. и др., 1976). В биологических экспериментах, в связи со сложностью обработки результатов, рекомендуется учитывать не более пяти факторов (Лисенков А.Н., 1979). В технических экспериментах учитывается значительно большее число факторов. Однако, добавление в эксперимент каждого нового фактора требует соответствующего усложнения научной аппаратуры и увеличения объема эксперимента иногда до 64 опытов (сеансов) КЭ (Радченко С.Г., 2005). По числу опытов (сеансов) КЭ класса активных следует стремиться к тому, чтобы они были начаты и завершены за время полета одной экспедиции на МКС. Более сложной является проблема создания научной аппаратуры для проведения полноценных исследований в космических полетах, обеспечивающей воздействие на исследуемый объект требуемого количества активных факторов на уровнях, определяемых планом многофакторного КЭ.
Для совершенствования методологии подготовки и проведения КЭ необходимо также провести классификацию типовых объектов исследования (процессов) по различным дисциплинам НПИ. Предполагается, что сопоставление классам КЭ классов типовых математических моделей объектов исследования и классов типовых планов многофакторных КЭ (Лисенков А.Н., 1979) позволит систематизировать процедуру формирования программ НПИ и оптимизировать программу подготовки космонавтов к выполнению КЭ. Проведение многофакторных КЭ потребует разработки новых экспериментальных установок и совершенствования подготовки космонавтов-исследователей для их реализации.
Многолетняя продолжительность большого количества экспериментов приводит к нерациональным затратам временных и финансовых ресурсов при подготовке космонавтов к выполнению КЭ, удлинению подготовки с многократным процессом восстановления знаний, умений и навыков космонавтов. Для более рационального ведения подготовки предлагается:
– готовить экипажи не по очередности, а по научным программам;
– использовать разные методики подготовки космонавтов к выполнению активных и пассивных экспериментов;
– шире внедрять в подготовку космонавтов руководства по обучению навыкам выполнения отдельных операций на основе виртуальных моделей научного оборудования;
– использовать методики подготовки космонавтов в качестве экспериментатора для выполнения многофакторных КЭ.