АППАРАТУРНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ МЕДИЦИНСКОГО КОНТРОЛЯ В ПОЛЁТЕ КОСМИЧЕСКОГО КОРАБЛЯ «ВОСХОД 2»

В. Н. Гришанов

 

50 лет первого выхода в открытый космос

После исторического полёта Ю.А. Гагарина, доказавшего, что человек на космическом корабле может совершать орбитальные полёты, отечественная космонавтика, стараясь сохранить лидерство в споре за приоритет с США, энергично приступила к решению принципиально новой Программы: осуществлению выхода человека в скафандре из космического корабля для выполнения работ в открытом космосе. В соответствии с этой Программой, подкреплённой в 1964 году Постановлением правительства и Совета министров СССР, были выданы задания целому ряду предприятий и организаций с целью изготовления и поставки необходимых изделий в сжатые сроки.

К концу 1964 года были выполнены следующие работы:

  • Создан специальный скафандр полужёсткого типа для выхода в открытый космос с ранцем, обеспечивавшим автономное снабжение космонавта кислородной смесью.
  • Для осуществления выхода из космического корабля был создан специальный надувной резиновый шлюз, представляющий собой цилиндрическую надувную камеру высотой 2,5 метра, диаметром 1,2 метра и двумя отверстиями – люками. Нижний (корабельный) люк открывался крышкой внутрь корабля, обеспечивая соединение со специально сделанным в оболочке корабля лазом и верхний люк, открывавшийся наружу. В сложенном (сжатом) состоянии высота камеры составляла всего 7,7 сантиметра; в момент старта и вывода корабля на орбиту камера прижималась обтекателем. В космосе конструкция раскрывалась, стенки шлюза наполнялись газом. Перед возвращением космонавтов на Землю конструкция отстреливалась.
  • Доработана ракета-носитель, что позволило увеличить массу полезной нагрузки на 1000 кг.
  • На корабль поставили дублирующую тормозную установку. - пересмотрена внутренняя компоновка корабля, что позволило разместить два кресла с индивидуальными ложементами для космонавтов в скафандрах.

По уже сложившейся традиции СКТБ «Биофизприбор» было выдано задание на разработку бортовой аппаратуры медицинского контроля. В то время ещё не была утверждена принятая сейчас классификация аппаратуры медицинского контроля и наряду с нашей, так называемой штатной медицинской аппаратурой, были и другие медицинские устройства, предназначенные для выполнения научно-исследовательских программ. Однако именно наша штатная аппаратура медицинского контроля «Вега-2» позволила получить уникальные полётные данные о психофизиологическом состоянии членов экипажа на всех этапах полёта. Набор каналов, составляющих аппаратуру непрерывного оперативного медицинского контроля в полёте космического корабля «Восход-2» был согласован в следующем варианте:

  • канал электрокардиографический (ЭКГ) – контроль за электрической активностью сердца и формируемый на этой основе канал частоты сердечных сокращений (ЧСС);
  • канал пневмографический (ПГ) – контроль за дыханием и формируемый на этой основе канал частоты дыхания (ЧД);
  • канал сейсмокардиографический (СКГ) – контроль за механической активностью сердца и за кровотоком;
  • канал температуры тела (ТТ) – контроль за теплообменом у одного из космонавтов, особенно во время работы его в скафандре в открытом космосе.

Блок-схема аппаратуры «Вега-2» упрощённо представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Блок-схема медицинской аппаратуры «Вега-2»

  • УСИ – устройство съёма информации: датчики и электроды, фиксируемые на теле с помощью ПКО – пояса с кабелем отведений
  • УПБ – усилительно-преобразовательный блок
  • КС – коммутатор связи
  • БИП – блок индикации пульса. Обеспечивает командиру космического корабля контроль за состоянием космонавта, находящегося вне корабля
  • ТМ – телеметрическая система передачи медицинской информации
  • Сигнал – система передачи сигналов на Землю

 

В создании аппаратуры «Вега-2» принимали участие следующие сотрудники СКТБ «Биофизприбор»:

  • руководитель темы Фрейдель Владимир Рафаилович, впоследствии зам. начальника-главного конструктора по научной работе;
  • ответственный за систему устройств съёма информации (УСИ) Саморуков Иван Алексеевич, начальник отдела;
  • ответственный за аппаратную часть и персонально за канал ЭКГ и блок ЧСС Монахов Анатолий Васильевич, ведущий разработчик;
  • ответственный за разработку датчика измерения температуры тела (ТТ) и систему его фиксации Пружинина Татьяна Игоревна, ведущий разработчик; ответственный за разработку датчика сейсмо-кардиографического Эсаулов Николай Георгиевич, слесарь-механик высшего разряда;
  • ответственный за разработку усилительно-преобразовательных блоков (УПБ) Зиненкова Надежда Константиновна, ведущий разработчик;
  • ответственный за разработку усилительно-преобразовательного блока канала температуры Самсонов Борис Георгиевич, ведущий разработчик;
  • ответственный за разработку источников питания Андреев Леонид Фёдорович, ведущий разработчик;
  • ответственный за разработку генератора контрольных сигналов (ГКС) Боровков Евгений Измайлович, инженер;
  • ответственный за заводские и внешние испытания Рябченков Адольф Дмитриевич, ведущий разработчик;
  • зам. руководителя темы по конструированию Лукин Борис Арсеньевич, конструктор первой категории;
  • зам. руководителя темы по технологии Дюдяков Виктор Фёдорович, начальник отдела;
  • зам. руководителя темы по физиологии Богоявленская Нина Леонидовна, ведущий физиолог;
  • регулировщик радиоэлектронной аппаратуры Ларионов Александр Иванович;
  • монтажник радиоэлектронной аппаратуры Фомин Святослав Васильевич;
  • монтажник радиоэлектронной аппаратуры Макаренко Николай Фёдорович.

Технология проектирования и изготовления медицинской аппаратуры для спецусловий в то время основывалась на применении плотного объёмного монтажа навесных элементов с последующей заливкой плат изолирующим композитом.

Это требовало от инженеров-разработчиков применения оригинальных схемотехнических решений с подбором надёжных комплектующих; а от мастеров-производственников требовалась виртуозная пайка и аккуратный монтаж.

К началу 1965 года аппаратура «Вега-2» была установлена на борту космического корабля «Восход 2», прошла все испытания и позже в полёте обеспечила осуществление непрерывного оперативного медицинского контроля за состоянием космонавтов П.И. Беляева и А.А. Леонова не только внутри кабины космического корабля, но и во время выхода в открытый космос для проведения работ вне корабля.

Полученные при этом данные уникальны. Они наглядно свидетельствуют о различиях в индивидуальных реакциях каждого из двух космонавтов в ответ на изменение оперативной обстановки.

Психофизиологические, физические и эмоциональные особенности реагирования у каждого члена экипажа сохранялись в течении всего полёта. На рисунке 2 представлены таблица и график, отражающие динамику усреднённых данных о частоте сердечных сокращений (ЧСС), частоты дыхания (ЧД) и температуры тела (ТТ) экипажа космического корабля «Восход 2» на протяжении всего полёта.

 

ФИО  

Фон

Орбитальный полёт (витки)

1 2 3 4 5 6 7 ... 13 14 15 16 17 18

Беляев П.И.

ЧСС 83

103

90 84 76 84 79 73 ... 77 87 97 90 94 111
ЧД 18 21 22 18 19 19 18 14 ... 19 19 18 18 16 17
                                 

Леонов А.А.

ЧСС

87 100 118 60 64 70 70 54 ... 71 77 71 73 75 76

ЧД

20 24 22 18 17 18 19 14 ... 18 20 18 19 18 20

ТТ

36,4 36,8 37,6 36,5 35,4 36,6 36,8 35,5 ... 36,1 36,4 35,8 37,4 37,6  

 

Рисунок 2 – Средние данные о частоте сердечных сокращений (ЧСС), частоте дыхания (ЧД) космонавтов в условиях орбитального полёта

 

Представленные данные показывают, что имеется две волны (в начале и в конце полёта), когда медицинские показатели отличаются от общего уровня всего полёта. В первом случае эта волна подъёма связана с психоэмоциональным возбуждением, сопровождавшим шлюзование и выход в открытый космос (впервые в мире!) одного из членов экипажа. Особенно повлияли трудности, которые возникли при обратном шлюзовании. Здесь наиболее резко отреагировал выходящий космонавт А.А.Леонов: ЧСС – 118 ударов в минуту и ТТ – 37,6 С. Вторая же волна связана с возникновением нештатной ситуации: необходимостью незамедлительно произвести посадку на 17-ом витке полёта.

Резкий рост теперь дали показатели у командира корабля. Особенно на последнем 18-ом витке полёта, когда был выявлен отказ автоматической системы посадочной ориентации. Командиру пришлось вручную ориентировать космический корабль и самостоятельно включать тормозную двигательную установку (опять же – впервые!!!). При этом средний показатель ЧСС у него возрос до 111 ударов в минуту.

Особую ценность имеют данные, полученные при выполнении экипажем основной задачи полёта: выход человека из космического корабля в открытый космос и осуществление им ряда манёвров вне корабля. Как видно из данных, представленных на графике (рисунок 3) за 10 минут до открытия люка шлюзовой камеры частота сердечных сокращений у А.А. Леонова колебалась в пределах 87-90 ударов в минуту. Однако сразу после открытия люка частота пульса у него начинает неуклонно расти и за 5 минут увеличивается до 110 ударов, а в следующие 5 минут достигает 155 ударов. В это время А.А. Леонов продолжает испытывать чрезвычайный эмоциональный стресс. Он сознаёт, что ему принадлежит «первый шаг» в космическом пространстве, и он сейчас его осуществляет!

Освоившись, он выполнил в течении последующих 5 минут отходов-подходов к шлюзу. При этом частота сердечных сокращений удерживалась на одном уровне. На графике видно определённое плато на уровне 150 ударов.

В условиях глубокого вакуума на высоте 500 км скафандр непредсказуемо деформировался: раздулись перчатки и сапоги, руки и ноги вышли из них, угрожающе вспухли все его сегменты. Раздувшийся скафандр не даёт возможности после окончания работ возвратиться в шлюзовую камеру. Люк не пропускает его. От осознания случившегося частота пульса подскакивает до 162. Положение осложняется тем, что через 5 минут корабль войдет в тень Земли. Это полная темнота, так как никакой подсветки на корабле не было. В условиях дефицита времени А.А. Леонов принимает единственно верное решение: без согласования с Землёй переводит давление скафандра на аварийный пониженный режим. Это помогает, он пробирается в шлюзовую камеру руками вперед.

Однако как видно из графика частота сердечных сокращений у него не снижается. Уже в шлюзовой камере А.А. Леонов вынужден совершить ещё один манёвр: перевернуться так, чтобы в корабль из шлюзовой камеры войти ногами вперед. При внутреннем диаметре шлюза 1,0 метра, а величине скафандра 1,9 метра это потребовало чрезвычайного напряжения всех сил. В это время броски пульса достигают 180 ударов в минуту, и развивается сильнейший внутренний перегрев. Как видно из графика после закрытия крышки люка шлюзовой камеры частота сердечных сокращений у А.А. Леонова через 2 минуты снижается до 117 ударов, а через 4 минуты до 91 удара.

Рисунок 3 - Данные о частоте сердечных сокращений космонавтов П.И. Беляева и А.А. Леонова в период выхода А.А. Леонова из космического корабля в полёте (А) и при тренировке в термобарокамере (Б)

 

График частоты сердечных сокращений у П.И. Беляева в это время показывает совсем другую картину. Наибольшая частота сердечных сокращений у него наблюдается за 5-6 минут до открытия люка – 135 ударов в минуту. Этот момент как раз совпадает с самым напряжённым участком работы командира корабля. Известно, что за 20 минут до открытия люка П.И. Беляев провёл более 30 радиотелефонных переговоров, передал две большие радиотелефонограммы на Землю, 5 раз справлялся о самочувствии А.А. Леонова, проверял давление в системах, определял место полета по глобусу. Кроме того, он проводил ряд ответственных операций (наполнение кислородом шлюзовой камеры, расконсервирование люка и т. д.). Наряду с этим командир проверял выполнение как своих действий (по специальным индикаторным устройствам), так и действия второго пилота, давая ему команду на включение ранца и т. д. После открытия люка у П.И. Беляева частота пульса начала снижаться и через 5 минут достигла уровня, отмеченного в термобарокамере при выполнении аналогичных операций (94 в минуту). В дальнейшем на протяжении всего времени пребывания второго пилота вне корабля частота сердечных сокращений у П.И. Беляева не была выше 95 ударов в минуту.

Из-за возникших сложностей полёт космического корабля «Восход-2» был сокращён. Он продолжался всего 25 часов 02 минуты. За это время возникли как минимум 4 экстремальных нештатных ситуации. И всё же основная задача полёта была успешно выполнена: впервые человек вышел в открытый космос. На протяжении всего полёта аппаратура «Вега-2» безотказно работала от старта на Байконуре до посадки в сибирской тайге.