История космических «фантомов»

 

 

 

Версия для печати

 

 

 

Обсудить на форуме

 

 

 

Лев Смиренный

 

 

 

Об авторе: Лев Николаевич Смиренный - почетный член Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского, доктор технических наук.

 

 

 

Тэги: космос, фантом, манекен, мкс

 

 

 

 

 

Прежде чем человек вышел в открытый космос, действие ионизирущего облучения на его организм было изучено на манекенах-фантомах.

Недавним рейсом космического транспортного корабля «Прогресс М1-11» на Международную космическую станцию (МКС) были доставлены так называемые фантомы – устройства для проведения российско-европейского эксперимента «Матрешка-Р». Заведующий отделом Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) Владислав Петров пояснил в интервью агентству ИТАР-ТАСС: «На МКС направлены два манекена – российский шаровой фантом «Матрешка-Р» и европейский манекен, которого германские изготовители назвали «Господин Рэндо». Эти устройства, начиненные детекторами, позволяют определить дозы радиации, которые получают жизненно важные органы человека во время длительного пребывания в космосе».

 

 

 

Интересна история создания этих устройств.

 

 

 

Дело в том, что разные виды излучений по-разному взаимодействуют с биологическими тканями и органами человека. С развитием знаний о свойствах радиации и ее биологическом действии совершенствовались и фантомы. Вначале тело человека представлялось в виде плоской пластины, затем шара и набора цилиндров. (Кстати, наша «Матрешка» на МКС – шар диаметром 35 см и весом около 30 кг – сделана из уникального материала, по химическому составу близкого к человеческому телу.) Необходимость определять дозы в отдельных органах стимулировала появление сложных фантомов, представлявших комбинацию геометрических фигур, каждая из которых имитировала какую-нибудь часть тела.

 

 

 

При создании фантома-манекена, предназначенного для изучения влияния космических лучей на человека, главное – материал, из которого он изготовлен. Наиболее важными требованиями к материалу являются, во-первых, близость по химическому составу к биологической ткани, во-вторых, он должен выдерживать перегрузки, возникающие на различных этапах полета. Дополнительно этот материал должен был быть безопасным в пожарном отношении и не создавать токсических выделений при колебаниях температуры и давления в герметичной кабине.

 

 

 

Такой материал был разработан российской исследовательницей Э.В. Литвиновой. Она подобрала соотношение эпоксидной смолы и зерен пшеницы, которое наилучшим образом удовлетворяло поставленным требованиям. В свое время Ленинградский государственный институт комплексного проектирования разработал конструкцию и изготовил фантом-манекен, имевший подвижность в суставах, а также каналы в голове, туловище и конечностях для размещения детекторов ионизирующих излучений.

 

 

 

Дело было за немногим: оставалось запустить фантом в космос. Но запуск каждого килограмма стоит больших денег, а фантом-манекен, изготовленный в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите, весил семьдесят килограмм! На помощь пришел случай.

 

 

 

Как раз в то время стало известно, что в программу пребывания в нашей стране президента Франции Жоржа Помпиду включена и демонстрация запуска искусственного спутника Земли. Оперативно нами были подготовлены и представлены предложения по проведению полетного эксперимента с фантомом-манекеном. Фантом был одет в высотный костюм пилота, согласовано его размещение в кресле космонавта, в специальных каналах мы разместили термолюминесцентные детекторы ионизирующих излучений и ядерные эмульсии.

 

 

 

Как и предполагалось, спутник получил официальное название «Космос-368», хотя специалисты, проводившие подготовку и запуск, называли его «Помпидушкой». Это был первый запуск фантома-манекена с целью изучения действия космических лучей на человека. В результате были получены данные о распределении доз в теле человека при орбитальном полете. Другим результатом, который оказался не менее значимым, явилось доказательство возможности использования этого фантома при экспериментах в космосе.

 

Последнее обстоятельство оказалось решающим при проведении следующего эксперимента.

 прос о радиационной опасности при полете к Луне в то время стоял особенно остро. Советскийюз уже посылал сборки дозиметров и наборы ядерных эмульсий на аппаратах «Зонд-5» и Зонд-6». На очередном корабле проектанты планировали установить кресло космонавта и посадить в него манекен. Испытание фантома на ИСЗ «Космос-368» послужило решающей рекомендацией, и полет с фантомом состоялся. Космический корабль вошел в каталог космических объектов в качестве автоматической станции «Зонд-7». В результате были получены данные о распределении доз и их физических характеристиках в теле космонавта при полете по трассе Земля–Луна–Земля, которые позволили утверждать: «При отсутствии солнечных вспышек радиация на этой трассе полета не страшна».

В 1983 году на станции «Салют-7» при полете второй экспедиции, космонавтами А.П. Александровым и В.А. Ляховым проводились исследования с фантомом, имевшим форму шара. Оригинальный фантом был разработан совместно конструкторами КБ Королева и группой научных сотрудников Института медико-биологических проблем во главе с Ю.А. Акатовым. Достоинством этого фантома являлось то, что на орбиту доставлялась только оболочка шара, в которую был вмонтирован канал с детекторами. В качестве тканеэквивалентного материала, составлявшего основной вес, в этом фантоме применяли воду, она закачивалась в оболочку фантома прямо на борту станции. После окончания эксперимента эта вода использовалась в системах жизнеобеспечения.

В дальнейшем исследования с этим фантомом проводились космонавтами и на станции «Мир»

https://fireman.club/inseklodepia/kosmicheskie-opasnosti-i-ugrozyi

Космические опасности и угрозы

 

Космические опасности и угрозы – это события космического масштаба или природные явления, обусловленные влиянием космических объектов, излучений и т.д., которые по интенсивности, масштабу распространения или продолжительности опасны для жизнедеятельности людей, объектов хозяйства и окружающей природной среды на Земле.

 

 

 

Любой биологический объект существует в определенных условиях, приспособившись к окружающей среде. Поэтому причины, которые могут вызвать изменение этих условий существования, следует рассматривать как потенциальные опасности для этого объекта. Основываясь на этом положении, различают следующие космические опасности и угрозы:

 

 

 

· космические лучи и электромагнитное излучение (см. опасные космические излучения), поступающие на Землю из космоса;

 

 

 

· солнце и солнечная активность;

 

 

 

· солнечные и лунные затмения;

 

 

 

· астероиды и метеориты (см. метеоритные опасности, опасность астероидная).

 

 

 

Негативное воздействие галактического космического излучения на нашу планету возможно через изменение им некоторых физических характеристик солнечно-земных связей (магнитные свойства Солнца и Земли, солнФечный ветер и т.д.). Поскольку во время некоторых хромосферных вспышек на Солнце потоки солнечных космических лучей вблизи Земли в сотни раз превышают потоки галактических космических лучей, именно солнечное излучение (см. солнечная радиация) космических полетов.

 

 

 

Солнечные космические лучи малой энергии оказывают существенное воздействие на состояние ионосферы Земли в высоких широтах, вызывая дополнительную ионизацию ее нижних слоев. Это приводит к ухудшению качества радиосвязи, а в некоторых случаях — к ее полному прекращению на коротких волнах. Поэтому очень важны систематические наблюдения хромосферных вспышек, всплесков радио- и рентгеновского излучения и др. проявлений солнечной активности, позволяющие, в тесной связи с измерениями интенсивности космических лучей, прогнозировать радиационную обстановку на трассах космических полетов, определять оптимальные условия связи с космическими аппаратами, а также радио- и телевизионной связи. Для этих целей существует Служба Солнца, ведущая систематические наблюдения за Солнцем и, в первую очередь, за солнечной активностью. Разработана система радиационной безопасности космонавтов, включающая комплекс средств и мероприятий, направленных на предупреждение и исключение неблагоприятных воздействий ионизирующих космических излучений. Ультрафиолетовая радиация (длины волн 10–400 нм), поступающая на Землю — наиболее опасная часть электромагнитного излучения для природных объектов и человека. Жизнь на Земле существует потому, что при длинах волн короче 290 нм излучение, идущее из космоса, полностью поглощается в верхних слоях атмосферы озоновым слоем, и выше. Излучение более мягкого диапазона длин волн (300–400 нм), которое лишь частично задерживается озоновым слоем Земли, в больших дозах приводит к ожогам кожи, ее старению, вызывает некоторые формы рака кожи. По прогнозам ученых, уже в течение ХХI века, в случае продолжения истощения озонового слоя, поступающая на Землю ультрафиолетовая радиация может увеличиться на 10%, что даст дополнительно 400 млн. заболеваний рака кожи и 7 млн. смертей у населения Земли.

 

 

 

Ультрафиолетовое излучение вызывает катаракту глаза и снижает иммунитет организма. Одним из методов борьбы с этими опасностями является работа, как на национальном, так и на межправительственном уровне по сохранению озонового слоя Земли, поддержанию его на уровне, способном защитить природные и живые объекты от избыточной ультрафиолетовой радиации.

 

 

 

Метеоритные опасности и опасность астероидная связаны, главным образом, с возможностью возникновения опасности для окружающей среды и жизнедеятельности людей при столкновении астероидов или продуктов их дробления с Землей. Значимыми могут оказаться сближения или даже столкновения мелких космических тел с космическими аппаратами и обитаемыми станциями, запущенными или пилотируемыми людьми. Такие явления могут приводить к изменениям орбит движения космических аппаратов, к нарушению связи с ними, к их повреждениям и полному разрушению, в случаях пилотируемых космических аппаратов возможна их разгерметизация и гибель космонавтов.

 

 

 

Опасности, связанные с солнечными и лунными затмениями, не столь глобальны, как рассмотренные выше, однако имеют значение непосредственно для каждого человека или животного. Затмения длятся недолго (длительность полного солнечного затмения от начала до конца всего 3–4 часа), однако они искажают привычные условия существования природных объектов, могут воздействовать на здоровье и самочувствие людей. Именно эти эмпирические факты многие века накапливали и классифицировали астрологи, порицаемые и гонимые наукой во все времена. Несмотря на известный скепсис, в последние годы активизировалось изучение связей самочувствия человека, особенно для больных с различными заболеваниями сердечнососудистой системы, с некоторыми космическими явлениями, в том числе с затмениями Солнца и Луны, с магнитными бурями и т.д. Критическое осмысление, изучение этих влияний, попытки их минимизировать — методы борьбы с такого рода опасностями. Другой способ защиты от них — заблаговременный прогноз аномальных космических явлений и ситуаций, опасных для человека.

 

 

 

Усиление солнечной активности, изменяет не только радиационную обстановку в околоземном пространстве, но воздействует на магнитосферу Земли, приводя к ее модуляциям. Магнитное поле Земли в значительной степени определяет условия существования жизни на поверхности нашей планеты, защищая ее от приходящих из космоса частиц и излучений. Изменения этого поля самым неожиданным образом воздействуют на объекты земной биосферы, начиная с энергетического и газового балансов в атмосфере и кончая самочувствием и смертностью отдельных людей и целых народов

 

 

 

Источники: Поток энергии Солнца и его изменения. – М., 1980; Сергеев В.А., Цыганенко Н.А. Магнитосфера Земли. – М., 1980; Чечкин С.А. Основы геофизики. – Л., 1990.