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.

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.