ЭНЕРГЕТИКА И БИОМЕХАНИКА ДВИЖЕНИЙ ЧЕЛОВЕКА В СКАФАНДРЕ ПРИ ИМИТАЦИИ ВЫСАДКИ НА ПЛАНЕТУ

© С.Н.Филипенков, Ю.В.Пенкин, Е.А.Широков, А.Ц.Элбакян
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2011 г.

Концепция работы в скафандре космонавта (СК) предложена К.Э. Циолковским, который четверть века обдумывал реализацию выхода человека из межпланетного корабля (МК) в космос, а также высадку на поверхность Луны, Марса и астероидов, работая над повестью «Вне Земли» (начата 28 декабря 1896 г., закончена в апреле 1917 г., полностью опубликована в 1920). Именно об этой работе как о точном научном предвидении отозвался А.А. Леонов, совершивший первый выход в космос. Основоположник космонавтики проанализировал различные варианты работы в СК вне МК и требования к системе обеспечения жизнедеятельности (СОЖ).

Межпланетный полет — реальная перспектива XXI века, поэтому в настоящее время начинают исследоваться медико-биологические и эргономические вопросы обеспечения безопасности экипажа при выполнении операций на поверхности планеты. Первым шагом в этом направлении стала имитация высадки в эксперименте «Марс-500» на базе ИМБП. ОАО «НПП Звезда» обеспечило разработку и эксплуатацию экспериментального СК «Орлан-Э» (масса 32 кг, вентиляционная СОЖ, избыточное давление 0,1–0,2 ат). В примерках участвовало 11 кандидатов в эксперимент «Марс-500», 5 испытателей НПП «Звезда» и 1 космонавт РКК «Энергия». Двум из 16 человек «Орлан-Э», созданный на основе кирасы «Орлан ДМА», оказался недоступен по антропометрии из-за сочетания высокого роста (187,5–190 см) с большим периметром груди (114–123 см). Отработка ходьбы в «Орлан-Э» и операций с инструментами выполнялась с участием 4-х испытателей НПП «Звезда» и 3-х представителей РКК «Энергия» в 2009 г. После чего тренировки на марсодроме 4-х кандидатов (три участника высадки и один дублер) завершились с положительным результатом в мае 2010 г.

Проверялись и закреплялись навыки входа/выхода из скафандра с помощью второго оператора или самостоятельно, определялась скорость перемещения и устойчивость ходьбы с фиксацией положения страховочных карабинов и вентиляционного шланга, оценивалась возможность самостоятельного размещения в кресле для отдыха, выбора оптимальной по устойчивости и нагрузке на тело индивидуальной позы отдыха в положении стоя, возможность вставания на одно колено, вставание из положения лежа при использовании подручных инструментов или поддержки второго оператора, пешее перемещение, а также рабочие операции по разрушению конгломератов реголита альпенштоком, взятию проб грунта или песка с помощью совка и захвата, упаковки их в контейнер. В процессе моделирования внекорабельной деятельности максимальной продолжительности был проведен двухчасовой тест на велоэргометре в вывешенном СК и проверена его сочетаемость с экспериментальной системой медконтроля. В итоге получены сравнительные данные регистрации ЭКГ и ЧСС с помощью системы «Somnomed» и штатной системы СК «Бета-08» при энерготратах (ЭТ) от 1,5 до 11 ккал/мин. ЧСС испытателя варьировала от 48 до78 уд/мин в покое и возрастала от 84 до 145 уд/мин в зависимости от величины механической нагрузки (50–150 Вт). По данным изменения ЧСС в зависимости от ЭТ определено, что при пребывании сидя в «Орлан-Э» ЭТ достигали 2 ккал/мин. Они увеличивались до 3 ккал/мин в позе отдыха стоя. При ходьбе по горизонтальной песчаной поверхности со скоростью 2–3 км/ч ЭТ составляли 4–6 ккал/мин, а при отборе проб ЭТ увеличивались до 7–8 ккал/мин. ЭТ достигали максимума 10 ккал/мин при нештатных операциях вставания с колен или вставания из положения лежа с опорой на инструмент при поддержке второго оператора.

Исследования на марсодроме необходимо продолжить в условиях пересеченного рельефа местности и при большем режиме избыточного давления, когда энергетика рабочих операций в СК может существенно повыситься.