CC BY
50УДК 629.78.001.5:523.34:159.9:612
к проекту освоения луны: некоторые инженерно-психологические и медицинские проблемы
© 2015 г. ушаков и.Б., Бубеев Ю.А., гущин в.и., Боритко Я.С.
Институт медико-биологических проблем РАН (ИМБП РАН) Хорошевское шоссе, 76 А, г. Москва, Российская Федерация, 123007, e-mail: [email protected]
Предложения, подготовленные Рабочей группой Роскосмоса и РАН по интеграции программ использования автоматических и пилотируемых средств освоения Луны, вызывают активную дискуссию среди ученых и специалистов космической отрасли. Представлен ряд направлений, связанных с инженерно-психологическими и медицинскими аспектами плана освоения Луны. К ним относятся: разработка эффективных средств профилактики неблагоприятного воздействия на восприятие и сенсомоторные навыки оператора лунной базы сочетанного влияния перегрузок и невесомости в полете к Луне, а затем длительного воздействия лунной, сниженной по отношению к земной, гравитации; расчет параметров обитаемости лунной базы: оптимального персонального пространства, освещенности, размещения функциональных зон, решение вопросов обеспечения условий для работы и рекреации, коммуникации, психологической поддержки с Земли; создание тренажеров, человеко-машинного интерфейса, средств мониторинга деятельности роботов, позволяющих оператору, находящемуся на большом удалении (при наличии задержки прохождения сигнала) с высокой надежностью и оптимальной «психофизиологической ценой» управлять сложными машинами, созданными на основе современных информационных технологий; разработка медико-психологических критериев отбора и подготовки операторов находящегося на окололунной орбите космического комплекса и лунной базы. Обоснована необходимость совместных работ космических инженеров и медиков в указанных направлениях.
Ключевые слова: освоение Луны, новые техника и технологии, дистанционное управление, профессиональная деятельность, «психофизиологическая цена», экопсихология, обитаемость.
on the subject of lunar exploration: some engineering-psychology and medical problems
ushakov I.B, Bubeev Yu.A., Gushchin v.I., Boritko Ya.S.
Institute of Biomedical Problems RAS (IMBP RAS) 76A Horoshevskoe shosse, Moscow, 123007, Russian Federation, e-mail: [email protected]
Proposals prepared by Roscosmos and Russian Academy of Sciences working group for integration of programs for use of unmanned and manned lunar exploration vehicles are a subject of active discussions among scientists and specialists in the space industry. The paper discusses some subjects related to the engineering-psychology and medical aspects of the lunar exploration plan. These include: Development of efficient means of prevention of inadvertent effects on the lunar base operator's perception and sensory-motor skills of cumulative exposure to g-loads and zero-gravity during flight to the Moon followed by a long exposure to lunar gravity which is lower than the Earth gravity; calculation of lunar base habitability parameters: optimal personal space, lighting conditions, locations of functional areas, addressing the issues involved in creating good conditions for life and recreation, communications, psychological support from Earth; development of simulators for operator training, man-machine interface, equipment to monitor robotic activities, enabling an operator at a remote location (where there is a signal delay) to control complex machinery with high reliability and optimal «psycho-physiological costs» using state-of-the-art information technologies; development of medical and psychological criteria for selecting and training operators for a space complex in lunar orbit and a lunar base. The paper presents a case for joining efforts of space engineers and physicians in the above areas of activities.
Key words: Lunar exploration, new equipment and technologies, remote control, professional performance, «psychophysiological cost», ecopsychology, habitability.
ушлков и.Б.
бубеев ю.а.
гущин в.и.
Боритко я.С.
УШАКОВ Игорь Борисович — доктор медицинских наук, академик РАН, директор ИМБП РАН, e-mail: [email protected]
USHAKOV Igor Borisovich — Doctor of Medical Science, RAS academician, Director of IMBP RAS, e-mail: [email protected]
БУБЕЕВ Юрий Аркадьевич — доктор медицинских наук, профессор, заведующий отделом ИМБП РАН, e-mail: [email protected]
BUBEEV Yury Arkad'evich — Doctor of Medical Science, Professor, Head of Department at IMBP RAS, e-mail: [email protected]
ГУЩИН Вадим Игоревич — доктор медицинских наук, профессор, ведущий научный сотрудник ИМБП РАН, e-mail: [email protected]
GUSHCHIN Vadim Igorevich — Doctor of Medical Science, Professor, Lead Research Scientist at IMBP RAS, e-mail: [email protected]
БОРИТКО Ярослав Сергеевич — младший научный сотрудник ИМБП РАН, e-mail: [email protected] BORITKO Yaroslav Sergeevich — Junior Research Scientist at IMBP RAS, e-mail: [email protected]
Изучая обсуждаемую концепцию освоения Луны [1, 2], мы не только были вдохновлены четко разработанной, подробной программой работ, открывающей перед космической отраслью страны и ее отдельными предприятиями большие перспективы. Не только радовались четко заданному Роскосмосом вектору развития, который, как нам представляется, позволит вывести нашу космонавтику на новый уровень. Мы также позволили себе задаться рядом вопросов, имеющих непосредственное, как нам представляется, отношение к успеху обсуждаемой программы.
управление робототехническими средствами: полная автоматизация или обеспечение возможности периодического вмешательства человека?
Международный и российский опыт освоения космического пространства последних лет четко отражает тенденцию широкого использования (и даже доминирования) робототех-нических средств при изучении других планет. Все мы впечатлены недавними успехами NASA в освоении Марса, рады важной роли наших ученых (прежде всего, сотрудников Института
космических исследований РАН) в данных работах. Недавний в целом успешный полет биологического спутника «БИОН-М» также показал, что современный уровень технологий дает возможность с высокой долей надежности без существенных сбоев осуществлять имеющие огромное значение для мировой науки проекты без непосредственного участия человека-оператора.
В то же время нельзя забывать и отдельные неудачи автоматических миссий, к которым, к сожалению, следует отнести проект «Фобос-грунт», значительный вклад в подготовку научной программы которого внес ИМБП. Если спроецировать вероятность подобного рода сбоев на масштаб планируемых в лунной программе инженерно-технических работ, становится ясно, что цена неполадки на окололунной орбите или поверхности спутника Земли может стать по-настоящему «космической». Кроме того — и в этом очевидное преимущество лунной программы над марсианской, обеспечивающее ей очевидное первенство, приоритетность — она будет реализовывать-ся на гораздо более близких к «нашему дому» расстояниях. Трудно представить, что мы в таких удобных условиях сами обречем себя
на то, чтоб лишь наблюдать, не вмешиваясь в выполняемые роботами (тем же Луноходом, бурильной установкой) операции. Участие в проекте операторов космического комплекса, находящегося на окололунной орбите, в программе прописано, однако — только после окончания первичного этапа освоения Луны автоматическими системами.
Означает ли это, что данные работы не будут тщательно мониториться наземным Центром управления? Безусловно, нет. Но, коли так, очевидно, следует учесть возможность вмешательства в технологические процессы на орбите операторов ЦУП (рис. 1). Иными словами, контроль выполнения с Земли заложенных в функционирование космической техники программ следует дополнить возможностью вмешательства человека в критических ситуациях хотя бы с целью прерывания заданий, способных вызвать поломку системы, а также в случае необходимости изменения последовательности или направленности операций. В противном случае, повторим, мы можем просто выступить в роли свидетелей уничтожения дорогостоящей уникальной техники.
Рис. 1. Дистанционный контроль выполнения операций в эксперименте «Марс-500»
Исходя из этого, нам представляется необходимым предварительно четко определить спектр операций автоматических систем, которые требуют, при необходимости, вмешательства оператора земного ЦУП. Для обеспечения возможности своевременного вмешательства в удаленные процессы, реализуемые с помощью роботов, нужно обеспечить операторов
ЦУП необходимой информацией для принятия решений. Это, в свою очередь, должно повлечь за собой создание эргономичных и информативных систем отображения информации из космоса. Такие системы должны обеспечивать Землю гораздо большим, чем сейчас, количеством информации, прежде всего, визуальной. Кроме того, следует, используя современные информационные технологии, включая технологию виртуальной реальности, детально отработать взаимодействие человека и техники в нештатных ситуациях, чтобы минимизировать время на принятие решений и манипуляции, исключить ошибки, связанные с неверной интерпретацией полученных данных. Следует отметить, что указанные работы требуют существенных усилий не только от инженеров и ученых, но и от медиков. Медицина должна принять традиционное участие в эргономической оценке разрабатываемых интерфейсов и органов управления, критериев оценки деятельности и режимов труда операторов, и, конечно, в их отборе.
управление космическими средствами на земле и в космосе: достаточны ли наши знания?
Как указывается в недавней статье Брюха-нова Н.А., Легостаева В.П., Лобыкина А.А., Ло-поты В.А. и др., «несмотря на многократно возросшие возможности автоматических средств, присутствие человека в космосе необходимо для его реального освоения» [2]. Поэтому программа освоения Луны предполагает многочисленные работы человека-оператора как на окололунной орбите (стыковки, дозаправки, отбор образцов реголита и пр.), так и, в отдаленном будущем, на поверхности Луны и Марса [3]. Но достаточны ли наши знания о возможности дистанционного управления, в т. ч., в условиях невесомости (на орбите) и гиповесомости?
Прежде всего, стоит подробно остановиться на имеющихся знаниях. Проведенные в космосе (РКК «Энергия» совместно с ИМБП) исследования моделируемых задач ручного управления в рамках космического эксперимента «Пилот» выявили значимое снижение качества выполнения задач в первые две недели полета космонавтов (рис. 2). Так, наблюдалось снижение точности регулирования параметров относительного движения кораблей в 2,35 раза, повышался расход рабочего тела в 2,5 раза, увеличивалось время решения задач в 1,9 раза. В ходе дальнейшего полета отмечалось увеличение «психофизиологической цены» выполнения имитационно-тренировочных задач облета, причаливания и стыковки [4-6].
Рис. 2. Бортовой тренажер по стыковке «Пилот»
Исходя из этих данных, при разработке программы освоения Луны человеком следует поставить на передний план медицинскую проблему готовности выполнения космонавтом сложных операций в острый период адаптации к невесомости. Станем ли мы ожидать, пока оператор окололунной станции будет способен надежно выполнять многочисленные стыковки, дозаправки — или нам необходимо еще далее продвигаться по пути изучения острого периода адаптации к невесомости, разработки новых, более эффективных средств профилактики? Какие средства профилактики должны повысить надежность выполнения операций на орбите при длительном космическом полете?
Проводимые РКК «Энергия» совместно с ИМБП многолетние исследования также показали необходимость регулярного проведения на орбите имитационных тренировок профессиональной деятельности, поскольку сложный навык управления (облета, зависания и стыковки) в космосе требовал постоянного поддержания. Полученные результаты показали, что использование подобного комплекса позволило космонавтам восстанавливать и поддерживать на высоком уровне свои профессиональные навыки при выполнении задачи причаливания и стыковки транспортного корабля «Союз-ТМ» к МКС. Однако наличие единственного отработанного в настоящий момент бортового тренажера по стыковке
«Пилот» не удовлетворяет цели обеспечения надежности гораздо более сложной (по количеству и содержанию) запланированной для находящегося на окололунной орбите космонавта интеллектуальной работы, включающей операции по стыковке, дозаправке, управлению многочисленными лунными роботами, не говоря о сортировке образцов. Поэтому представляется необходимым создание бортовых тренажерно-исследовательских психодиагностических комплексов для всех перечисленных выше сценариев (рис. 3). Такие комплексы позволят в период длительного космического полета оценивать и прогнозировать психическую работоспособность, надежность выполнения космонавтами задач ручного управления, а также проводить (в случае необходимости) цикл тренировочных занятий с космонавтами в целях сохранения и поддержания на высоком уровне их профессиональных навыков по ручному дистанционному управлению.
Рис. 3. Комплекс имитационных задач по управлению роботизированными средствами на поверхности планеты
Еще одной, одновременно и фундаментальной научной, и практической, задачей является оценка медицинских и психологических аспектов готовности человека выполнять сложную операторскую деятельность на Луне при ее сниженной, на фоне земной, гравитации — после различных периодов воздействия на его организм невесомости. Сейчас мы знаем, что в большинстве своем космонавты готовы выполнять практически в полном объеме свою профессиональную деятельность через
2-4 недели после орбитального полета. Однако в случае лунной миссии трудно предполагать возможность столь долгой реабилитации. Кроме того, космонавту придется столкнуться не с земной, а с непривычной лунной гравитацией. Как утверждает руководитель проектов «Луна-Глоб» и «Луна-Ресурс» Л.М. Зеленый, ее может оказаться достаточно, чтобы «поддерживать физиологический тонус участников продолжительных лунных экспедиций» [1]. Однако проведенные на Луне съемки деятельности участников миссий «Аполлон» свидетельствуют об изменении кинематических характеристик движения человека в скафандре, возникающих у астронавтов затруднениях при выполнении точных движений, удержании позы, подъеме после падения при гиповесомости [7]. И это при весьма простом наборе операций, запланированных для американских экипажей, когда речь не шла о строительстве, монтаже, ремонте оборудования, обязательных для этапа создания и эксплуатации лунных баз. Поэтому утверждать, что лунная гравитация нам привычна и не требует дополнительной адаптации, разработки средств тренировки и профилактики, преждевременно. Напротив, следует говорить о требующих детального изучения проблемах реализации (и поддержания!) моторных навыков человека-оператора после воздействия невесомости, а также при лунной гравитации (рис. 4).
Рис. 4. Работы на поверхности космического тела
В настоящее время работы по объективной оценке сохранности сенсомоторных аспектов работоспособности, функциональных возможностей человека на ранних этапах реадаптации после длительного воздействия на организм невесомости только начаты. Они проходят как в рамках совместной российско-американской программы «Полевой тест», так и в рамках российского эксперимента «Созвездие» (Центр подготовки космонавтов - ИМБП), в котором изучается не только тестовая, но и реальная космическая деятельность (рис. 5) [8]. Тем не менее, получаемой учеными информации еще недостаточно ни для определения сроков предполагаемой готовности совершившего космический полет космонавта к надежному выполнению поставленных задач на планете, ни для определения и индивидуального планирования рабочей нагрузки приземлившегося (или прилунившегося) космонавта в зависимости от срока и уровня его реадаптации к действию земной, а тем более, лунной гравитации.
Рис. 5. Эксперимент «Созвездие»
Еще одной проблемой дистанционного управления космической техникой является возникающая ввиду отдаленности управляемого объекта задержка связи. Проводимые ИМБП в конце 1960-х - начале 70-х гг. работы по изучению качества деятельности и психофизиологической напряженности экипажа
операторов Лунохода показали существенное негативное влияние задержки, достигавшей 10 с, прохождения управляющих сигналов с Земли на надежность операторской деятельности и уровень возникающего психофизиологического стресса (пульс при управлении превышал 140 ударов в минуту), требующего отдыха всей команды из пяти человек уже через два часа управления. Как рассказывал В.Г. Довгань, один из членов управляющего экипажа Лунохода: «За это время луномашина успевала пройти до трех метров. И если вовремя не рассчитать движение и обход, к примеру, карьера, можно было потерять ее навсегда» [9, 10]. Кроме того, экипаж отмечал серьезные затруднения в управлении, связанные с тем, что в середине лунного дня, когда солнце стоит слишком высоко и теней практически нет, на получаемом с Луны телеизображении было сплошное светлое пятно. Из-за этого экипажу приходилось делать перерыв в работе на два-три дня.
Исследования деятельности оператора Лунохода показали возникновение так называемого перерегулирования — прикладывания оператором дополнительных излишних управляющих воздействий на объект, связанных с неверной оценкой времени появления эффекта управления. Не видя привычного моментального эффекта своих управляющих воздействий, оператор их усиливает либо дублирует, что может вызывать как повреждение управляемого объекта, так и деформацию окружающих материалов. Только создание специализированных тренажеров, позволяющих моделировать различную временную задержку и отрабатывать операции по дистанционному управлению техникой без вреда для реальной аппаратуры и оборудования, а также на фоне оптимальной «психофизиологической цены» результата работы, позволит отбирать и готовить операторов, способных надежно осуществлять такого рода деятельность.
дистанционное управление робототехническими средствами с применением новых информационных технологий: соотношение плюсов и минусов
Рассматривая вопросы применения запланированных в рамках программы освоения Луны новых перспективных систем дистанционного управления робототехническими средствами, например, предлагаемого ЦНИИмаш экзоскелета (рис. 6), необходимо уделить внимание трем основным составляющим: виртуальному моделированию, непосредственно экзоскелету и человеку-оператору [11].
Рис. 6. Управление с использованием экзоскелета
С одной стороны, использование прогрессивных компьютерных технологий видится весьма многообещающим. Применение виртуального моделирования позволяет точно и в мельчайших деталях воспроизводить трудно моделируемые или недоступные специфические условия, добиваясь эффекта «погружения» оператора в деятельность. Подобные технологии являются эффективным средством воспроизведения психологической структуры различного рода деятельности. Предоставляемая возможность оперативно и максимально точно воссоздать, отработать и откорректировать планируемые операции, проектируемую технику или разрабатываемые программы подготовки операторов существенно повышает надежность деятельности. Не стоит забывать и о возможности отрабатывать нештатные ситуации, исключая опасность для жизни и здоровья человека. Вместе с тем, виртуальное моделирование позволяет значительно экономить материальные ресурсы и время (например, позволяя проводить промежуточные этапы отработки и коррекции планируемых операций виртуально, без создания полноразмерных моделей различных вариантов техники и окружения). Таким
образом, их использование видится крайне важным для совершенствования вопросов подготовки и сопровождения операторов сложных технических систем, повышения качества и надежности деятельности и т. д.
С другой стороны, существующие на данный момент технические воплощения прогрессивных компьютерных технологий применительно к системам управления типа экзоскелет обладают рядом особенностей, которые потенциально могут оказывать негативное влияние на ключевое звено системы управления — человека-оператора.
Во-первых, это ограниченность объема собственно движений (как управляемой системы, так и самого оператора в экзо-скелете), степень соответствия возможных движений руки оператора и управляемого манипулятора, восприятие и адаптация управляющего сигнала с руки оператора. Может возникать необходимость подстраивания привычных движений оператора под возможности используемых технических систем во избежание излишнего сопротивления движениям или их неверных распознавания и адаптации. Вместе с этим возможно увеличение времени, требуемого для выполнения манипуляций.
Во-вторых, система управления экзо-скелетом заменяет естественные тактильные ощущения, дающие обратную связь при управлении внешним объектом, искусственно генерируемыми. Их потенциальный конфликт с привычными и ожидаемыми ощущениями может заставлять оператора искать дополнительную информацию от управляемого объекта, получаемую в обычных условиях тактильными рецепторами, косвенными методами (визуально оценивать прикладываемые усилия, ориентироваться на предоставляемые числовые данные и т. д.). Различия между образом выполнения данных операций, основанном на привычных двигательных и сенсорных стереотипах, и новым, создающимся системой экзоскелета, могут быть источниками ошибок как при выполнении операций, так и при принятии решений. Указанные отрицательные эффекты полимодального взаимодействия сенсорных систем могут быть усугублены задержкой связи и наличием радиопомех.
В-третьих, наличие у экзоскелета большого числа степеней свободы, его значительная масса и необходимость постоянно поддерживать позу и подстраивать собственные движения под темп управляемого объекта (из-за задержки связи) может способствовать быстрому мышечному утомлению
и развитию тремора (дрожи), что неминуемо отразится на качестве и надежности деятельности человека-оператора. Поэтому на этапе разработки систем дистанционного управления робототехническими средствами важно определить оптимальную длительность рабочих сессий и продолжительность перерывов, а на этапе их эксплуатации осуществлять оперативный контроль функционального состояния оператора в процессе деятельности с целью выявления ранних признаков утомления, способных привести к сбоям в работе.
В-четвертых, экзоскелет контактирует с большой площадью поверхности тела. Это значительно ограничивает возможности применения существующих методов и программно-аппаратных комплексов контроля за психофизиологическими параметрами, разработанных для операторов, управляющих ручными манипуляторами. Кроме того, необходимо контролировать степень нагрева рабочих частей экзоскелета, прилегающих к телу, и давление твердых деталей костюма на тело.
Таким образом, системы управления типа экзоскелет вносят в деятельность человека-оператора целый ряд особенностей, которые ранее глубоко не изучались. Необходимо учитывать данные особенности при разработке программ подготовки операторов, режима труда и отдыха, методик оперативного контроля состояния человека-оператора, а также комплексов по оценке уровня выработанных навыков и их сохранности. Для глубокого изучения перечисленных вопросов и поиска их решений необходима комплексная методика оценки функционального состояния, качества и «психофизиологической цены» деятельности человека-оператора, дистанционно (с помощью экзоскелета) управляющего робото-техническими средствами, и прогнозирования на основе указанных параметров надежности его деятельности.
лунная база и экопсихологические проблемы
Давно известно, что длительное пребывание экипажей в небольших по размеру замкнутых экологических системах, требующих организации специальных средств защиты и систем жизнеобеспечения, связано с определенным риском для жизни и здоровья их участников и может оказывать на здоровье и психику выраженное воздействие. И. Олт-мен показал, что группа и индивид не просто располагаются в каком-либо пространстве — они адаптируются к нему, обживают его, проявляя признаки так называемого
территориального поведения, связанного с его разделением на различные по функциям зоны общения и коммуникаций и их защитой [12]. С. Лаймен и М. Скотт [13] различают в замкнутых объектах:
• публичную территорию, доступную для всех, стремящихся туда попасть;
• территорию взаимодействия, собраний;
• домашнюю территорию, дающую свободу поведения в сочетании с чувством контроля и интимности;
• персональное пространство — область непосредственного окружения личности, активно ею охраняемая, вторжение в которую вызывает состояние дискомфорта [14, 15].
В проведенных в ИМБП многочисленных экспериментах с долговременной изоляцией показано, что условия изоляции в гермо-объеме усиливают влияние недостаточности персонального пространства на поведение, деятельность, сплоченность и психофизиологическое состояние человека [16, 17]. Аналогичные данные получены и зарубежными исследователями. Пребывание людей в условиях скученности в гермообъеме приводит к развитию тревоги и сопутствующих психофизиологических изменений: усилению потоотделения, учащению дыхания, усилению мышечного напряжения, повышению артериального давления и частоты сердечных сокращений [18].
Кроме того, в условиях гермообъема люди подвержены воздействию таких мощных экопсихологических факторов, как социальная изоляция и сенсорная депривация, недостаток привычного уровня комфорта, скудость интерьера, вынужденный характер социальных контактов и недостаток приватности (витринность, публичность пребывания). На лунной станции к ним добавятся высокий риск для здоровья и жизни, невозможность покидания своего лунного «дома» в любой желаемый момент ввиду радиационной и метеоритной угрозы, повышенный уровень сенсорной депривации и монотонии, связанный с запланированным погружением базы под слой лунного грунта (фактически, речь идет о подземной, а не напланетной базе!), большой объем ответственной деятельности, проблемы с проведением свободного времени и рекреацией. Все эти факторы способны воздействовать на эффективность совместной деятельности, эмоциональное состояние и характер протекания межличностных процессов. Существенное значение в организации межличностного взаимодействия в замкнутых условиях имеют специфические формы коммуникаций как с другими
людьми, так и с внешними группами обеспечения, которые предполагают повышенный контроль со стороны партнеров за речевой активностью и ответными реакциями. Пребывание в подобной среде и особая зависимость от надежности технических средств могут вызывать межличностные и межгрупповые конфликты, астенизацию нервной системы, снижение мотивации и другие изменения психофизиологического состояния человека [16; 19]. Как показал эксперимент ЗПЫСЗЗ-99, в условиях гермообъема конфликтующие личности и подгруппы могут физически, посредством закрытия люка между сегментами станции, разделить экспериментальное помещение на сферы влияния, ограничивая доступ к средствам жизнеобеспечения, аппаратуре и игнорируя совместную деятельность [20].
Наконец, как отмечается в статье [2], разрешение инженерных и медико-биологических проблем создания на лунной базе экосистем (например, оранжерей), необходимых как непосредственно для комфортной жизнедеятельности человека на пустынной планете, так и для ответа на фундаментальные вопросы о функционировании искусственных биосфер вне Земли, требует отдельного внимания в рамках общенаучных и практических программ освоения Луны [2].
Для решения вопросов обитаемости, эко-психологических проблем будущего лунного поселения мы предлагаем использовать имеющийся в ИМБП уникальный комплекс гермо-камер различного объема с формируемой средой обитания — 50...250 м3, а также комплекс моделирования деятельности на другой планете (рис. 7). Для определения размеров персонального пространства, получения более точных и объективных данных о поведении группы и состоянии отдельных ее членов в замкнутых условиях обитания, их взаимодействии с искусственными экосистемами комплекс позволяет использовать новые инструментальные и информационные методы и технологии, сопровождающие моделирование совместного решения операторских задач в гермокамерах в условиях скученности. Перспективным представляется применение системы специальных датчиков, измеряющих дистанции между объектами среды и членами экипажа, анализ видеозаписей поведения экипажа в различных ситуациях (включая выражение лица), непрерывная регистрация с помощью портативных беспроводных сенсоров двигательной активности и физиологических показателей, компьютерный анализ содержания рабочего общения и др.
Рис. 7. Комплекс гермокамер ИМБП для моделирования высадки на планету
Примечание. ЭУ — экспериментальная установка.
Отдельные элементы разрабатываемой технологии оценки психологических аспектов обитаемости экологически замкнутых объектов успешно использовались и отрабатывались в длительных экспериментах по моделированию основных психологических факторов пилотируемого полета к Марсу (проект «Марс-500»), организованных в ИМБП [21]. Ряд предлагаемых в рамках единой технологии
методик в настоящее время проверяется в ходе бортовых экспериментов на Международной космической станции.
заключение.
ключевые медико-биологические аспекты лунной экспедиции
Оперативная оценка медико-психологических аспектов готовности человека надежно выполнить операторскую деятельность как на окололунной орбите, так и на Луне, а также возможность на месте оказать своевременную медицинскую помощь, поддержать необходимые профессиональные навыки может оказаться ключевым фактором успеха работ на поверхности спутника Земли. Важнейшей задачей является разработка эффективных средств профилактики неблагоприятного воздействия на восприятие и сенсомоторные навыки оператора лунной базы — сочетанного влияния перегрузок и невесомости в полете к Луне, а затем длительного воздействия лунной, сниженной по отношению к земной, гравитации.
Высокий риск для здоровья и жизни, невозможность покидания своего лунного «дома» в любой момент ввиду радиационной и метеоритной угрозы, повышенный уровень скученности, сенсорной депривации и монотонии, связанный с запланированным погружением базы под слой лунного грунта, большой объем ответственной деятельности, проблемы с рекреацией и социальной поддержкой могут вызывать межличностные и межгрупповые конфликты, астенизацию нервной системы с последующим снижением работоспособности, снижение мотивации, негативно влияя на состояние здоровья и деятельность. Поэтому расчет факторов обитаемости лунной базы: оптимального персонального пространства, освещенности, размещения функциональных зон, обеспечение условий для работы и рекреации, коммуникации, психологической поддержки с Земли — должен проводиться с активным участием специалистов по космической медицине и психологии (рис. 8).
Планирование работ на поверхности Луны с участием роботов, дистанционно управляемых человеком, делает крайне значимой проблему эргономического проектирования взаимодействия в системе человек-робот. Оно должно вестись с учетом психофизиологических возможностей и ограничений человеческого восприятия и реагирования, «психофизиологической цены» выполнения сложной ответственной деятельности, а также особенностей взаимодействия человека
и машины, одаренной искусственным интеллектом, большой силой и скоростью. В рамках решения этой задачи требуется большой объем совместных работ инженеров и медиков по созданию специализированных тренажеров, человеко-машинного интерфейса, средств мониторинга деятельности роботов, позволяющих дистанционно управлять сложной техникой на основе современных информационных технологий.
Существенное расширение количества и значимости выполняемых операций (по сравнению с орбитальной станцией, где космонавт выполняет, в основном, работы с системами самой станции), преобладание в структуре деятельности операторов находящегося на окололунной орбите космического комплекса и лунной базы дистанционного управления требуют изменения медико-психологических критериев отбора и подготовки будущих покорителей Луны.
Рис. 8. Проблемы обитаемости перспективной лунной базы можно изучать в модельных гермокамерных экспериментах:
1 — исследовательский Луноход с большим радиусом действия; 2 — телекоммуникационная станция; 3 — лунный спутник; 4 — технологическая станция; 5 — взлетно-посадочная зона; 6 — энергетическая станция; 7 — многофункциональная станция
Как показывают результаты эксперимента «Марс-500», с точки зрения психологического отбора приоритет, в большей степени, должны получить кандидаты, имеющие склонность к оперативному принятию творческих решений в быстро меняющихся непредсказуемых условиях [22-24]. Применительно к медицинскому отбору и подготовке десантной части лунной экспедиции, особое внимание должно быть уделено вопросам готовности к выполнению сложно-координированных сенсомотор-ных актов после комплексного воздействия невесомости и перегрузок (посадка), а также обеспечения возможности проведения на Луне медико-профилактических мероприятий для повышения надежности выполнения операций (в т. ч., в скафандрах) в условиях пониженной лунной гравитации.
В заключение необходимо подчеркнуть, что было бы непоправимой ошибкой отложить реализацию вышеописанных задач на потом, до того времени, «когда роботы выполнят все предварительные задачи проекта и настанет время человека». Задержка совместного поиска решений инженерами и медиками может привести к тому, что в ряд конструкторских решений, принятых без соответствующего научного медицинского подкрепления, будут «встроены» ошибки, которые приведут к снижению надежности проектируемых систем, что может поставить под угрозу реализацию проекта в целом. Особенностью работы российских космических медиков всегда было эффективное сочетание оперативной работы по медицинскому мониторингу и обеспечению деятельности космонавтов и опережающих научных исследований, позволяющих отвечать на поставленные конструкторами космической техники вопросы, связанные с развитием отрасли. Представляется, что следует и впредь идти по пути С.П. Королёва, видевшего необходимость медицинского сопровождения космических разработок на всех этапах — от раннего проектирования до периода эксплуатации.
Список литературы
1. Зеленый Л.М., Хартов В.В, Митрофанов И.Г., Долгополое В.П. Луна: исследование и освоение вчера, сегодня, завтра, послезавтра // Природа. 2012. № 1. С. 23-29.
2. Брюханов Н.А., Легостаев В.П., Лобы-кин А.А. Лопота В.А., Сизенцев Г.А., Синявский В.В., Сотников Б.И., Филиппов И.М., Шевченко В.В. Использование ресурсов Луны для исследования и освоения Солнечной системы в XXI веке // Космическая техника и технологии. 2014. № 1(4). С. 3-14.
3. Григорьев А.И., Демин Е.П., Быстрицкая А.Ф., Гущин В.И., Виноходова А.Г. Некоторые особенности организации жизнедеятельности экипажа марсианской экспедиции // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2002. Т. 36. № 5. С. 3-7.
4. Сальницкий В.П., Мясников В.И., Бобров А.Ф., Шевченко Л.Г., Дудукин А.В. Исследование надежности деятельности космонавта на различных этапах длительного космического полета (эксперимент «Пилот»). В сб. «Орбитальная станция «Мир». Москва, 2002. Т. 2. С. 285-300.
5. Сальницкий В.П., Бронников С.В., Городецкий И.Г., Johannes B. Психодиагностический комплекс-тренажер для оценки и прогнозирования надежности профессиональной деятельности космонавта // Приборы. 2008. Т. 94. № 4. С. 23-28.
6. Johannes B., Salnitski V., Soil H., Rauch M., Hoermann H.-J. De-individualized psychophysiological strain assessment during a flight simulation test — validation of a space methodology // Acta astronautica. 2008. Vol. 63. P. 791-799.
7. Марков А.Е., Родионова Ж.Ф., Сурдин В.Г, Чекмачев В.И., Шевченко В.В., Шингаева К.Б., Шкуратов Ю.Г. Путешествие к Луне. М.: Физ-матлит, 2011. 520 с.
8. Крикалев С.К., Крючков Б.И., Курицын А.А., Харламов М.М. Эксперименты с участием экипажей МКС в интересах осуществления полета на Марс // Известия ТулГУ. Технические науки. 2013. Вып. 6. Ч. 2. С. 278-287.
9. Довгань В.Г. Дистанционное управление луноходами и планетоходами // Земля и Вселенная. 2005. № 2. С. 76-81.
10. Шевалев И.Л., Бабакин Г.Н. Шесть лет и вся жизнь конструктора Г.Н. Бабакина. М.: Арт-Бизнес-Центр, 2004. 444 с.
11. НПО «Андроидная техника». Космическая робототехника. Режим доступа: http:// npo-at.com/projects/space (дата обращения 08.05.2014 г.).
12. Altmen I. The Environment and social behavior: privacy, personal space, territory, crowding. Brooks/Cole, California, 1975. 256p.
13. EdneyJ.J. Human territoriality // Psychological bulletin. 1974. V. 81. P. 959-975. "
14. Hayduk L.A. Personal space: an evaluating and orienting overview // Psychological bulletin. 1978. V. 85. P. 117-134.
15. Hayduk L.A. Personal space: where we now stand // Psychological bulletin. 1983. V. 94. P. 293-335.
16. Новиков М.А. Психофизиологические и экопсихологические аспекты межличностного взаимодействия в автономных условиях. В сб. Проблема общения в психологии. М.: Наука, 1981. С. 178-217.
17. Гущин В.И. Проблемы дистанционного общения изолированных малых групп // Физиология человека. 2003. № 5. С. 39-46.
18. Shaw M. Group dynamics: the psychology of small group behavior. New York: McGrow-Hill, 1971. 107p.
19. Vinokhodova A.G., Bystritskaya A.F., Eskov K.N. Inter-group relationship under simulated long-term isolation conditions // Space Technology. Oxford. 2002. Vol. 22. Part 3/4. P. 103-112.
20. Баранов В.М., Белаковский М.С., Демин Е.П., Гущин В.И., Виноходова А.Г., Васильева Г.Ю., Швед Д.М. Моделирование полета международного экипажа на космической станции — СФИНКСС-99: опыт и уроки. Модельный эксперимент с изоляцией в гермо-объекте: проблемы и достижения, М.: Слово, 2001. С. 572-581.
21. Solcova I., Vinokhodova A., Lukavsky J., Gushin V. Emotional energy, work self-efficacy, and perceived similarity during the Mars 520 study // Aviation, space and environmental medicine. 2013. V. 84(11). P. 1186-1190.
22. Швед ДМ., Гущин В.И., Бубеев Ю.А., Васильева Г.Ю., Ушаков И.Б., Моруков Б.В., Виноходова А.Г. Основные результаты психофизиологических исследований в эксперименте «Марс-500» // Вестник РАН. 2014. Т. 84. № 3. С. 212-221.
23. Дудукин А.В., Сальницкий В.П., Борит-ко Я.С., Гущин В.И., Виноходова А.Г., Чекали-на А.И., Швед ДМ, Йоханнес Б. Взаимосвязь личностно обусловленных индивидуальных устойчивых поведенческих стилей с качеством и надежностью профессиональной операторской деятельности // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2013. Т. 47. № 3. С. 10-19.
24. Виноходова А.Г., Боритко Я.С., Чекали-на А.И., Гущин В.И., Дудукин А.В. Психофизиологические корреляты индивидуальных стилей профессиональной операторской деятельности // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2013. Т. 47. № 5. С. 16-21. Статья поступила в редакцию 28.05.2015 г.
References
1. Zelenyi L.M., Khartov V.V, Mitrofanov I.G., Dolgopolov V.P. Luna: issledovanie i osvoenie vchera, segodnya, zavtra, poslezavtra [Moon: research and exploration yesterday, today, tomorrow, the day after tomorrow]. Priroda, 2012, no. 1, pp. 23-29.
2. Bryukhanov N.A., Legostaev V.P., Lobykin AA. Lopota V.A., Sizentsev G.A., Sinyavskii V.V., Sotnikov B.I., Filippov I.M., Shevchenko V.V. Ispol'zovanie resursov Luny dlya issledovaniya i osvoeniya Solnechnoi sistemy v XXI veke [Use of lunar resources for Solar system exploration and exploitation in the 21st century]. Kosmicheskaya tekhnika i tekhnologii, 2014, no. 1(4), pp. 3-14.
3. Grigor'ev A.I., Demin E.P., Bystritskaya A.F., Gushchin V.I., Vinokhodova A.G. Nekotorye osobennosti organizatsii zhiznedeyatel'nosti ekipazha marsianskoi ekspeditsii [Some features of organizing the life of a Martian mission crew]. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina, 2002, vol. 36, no. 5, pp. 3-7.
4. Sal'nitskii V.P., Myasnikov V.I., Bobrov A.F., Shevchenko L.G., Dudukin A.V. Issledovanie nadezhnosti deyatel'nosti kosmonavta na razlichnykh etapakh dlitel'nogo kosmicheskogo poleta (eksperiment «Pilot») [Studying reliability of crew activities during various phases of a long-duration space mission (experiment «Pilot»)]. In «Orbital'naya stantsiya «Mir». Moscow, 2002, vol. 2,pp. 285-300.
5. Sal'nitskii V.P., Bronnikov S.V., Gorodetskii I.G., Johannes B. Psikhodiagnosticheskii kompleks-trenazher dlya otsenki i prognozirovaniya nadezhnosti professional'noi deyatel'nosti kosmonavta [Psychodiagnostic full-scale trainer for evaluating and predicting the reliability of a cosmonaut's professional activities]. Pribory, 2008, vol. 94, no. 4, pp. 23-28.
6. Johannes B., Salnitski V., Soll H., Rauch M., Hoermann H.-J. De-individualized psychophysiological strain assessment during a flight simulation test — validation of a space methodology // Acta astronautica, 2008, vol. 63,pp. 791-799.
7. Markov A.E., Rodionova Zh.F., Surdin V.G, Chekmachev V.I., Shevchenko V.V., Shingaeva K.B., Shkuratov Yu.G. Puteshestvie k Lune [A voyage to the Moon]. Moscow, Fizmatlitpubl., 2011. 520p.
8. Krikalev S.K., Kryuchkov B.I., Kuritsyn A.A., Kharlamov M.M. Eksperimenty s uchastiem ekipazhei MKS v interesakh osushchestvleniya poleta na Mars [Experiments with participation of the ISS crews in the interests of a mission to Mars]. Izvestiya TulGU. Tekhnicheskie nauki, 2013, issue 6,part 2,pp. 278-287.
9. Dovgan' V.G. Distantsionnoe upravlenie lunokhodami i planetokhodami [Remote control of Moon rovers and planetary rovers]. Zemlya i Vselennaya, 2005, no. 2, pp. 76-81.
10. Shevalev I.L., Babakin G.N. Shest' let i vsya zhizn' konstruktora G.N. Babakina [Six years and all life of designer G.N. Babakin]. Moscow, Art-Biznes-Tsentrpubl., 2004. 444p.
11. NPO «Androidnaya tekhnika». Kosmicheskaya robototekhnika [NPO Android Technology. Space robotics]. Available at: http://npo-at.com/projects/space (accessed 08.05.2014).
12. Altmen I. The Environment and social behavior: privacy, personal space, territory, crowding. Brooks/ Cole publ., California, 1975. 256 p.
13. Edney J. J. Human territoriality. Psychological bulletin, 1974, vol. 81, pp. 959-975.
14. Hayduk L.A. Personal space: an evaluating and orienting overview. Psychological bulletin, 1978, vol. 85, pp. 117-134.
15. Hayduk L.A. Personal space: where we now stand. Psychological bulletin, 1983, vol. 94, pp. 293-335.
16. Novikov M.A. Psikhofiziologicheskie i ekopsikhologicheskie aspekty mezhlichnostnogo vzaimodeistviya v avtonomnykh usloviyakh [Psychophysiological and ecopsychological aspects of interpersonal interactions under autonomous conditions]. In «Problema obshcheniya v psikhologii». Moscow, Nauka publ., 1981. Pp. 178-217.
17. Gushchin V.I. Problemy distantsionnogo obshcheniya izolirovannykh malykh grupp [Remote communication problems of isolated small groups]. Fiziologiya cheloveka, 2003, no. 5,pp. 39-46.
18. Shaw M. Group dynamics: the psychology of small group behavior. New York: McGrow-Hill publ., 1971. 107p.
19. Vinokhodova, A.G., Bystritskaya, A.F., Eskov, K.N. Inter-group relationship under simulated long-term isolation conditions. Space Technology, Oxford, 2002, vol. 22, part 3/4, pp. 103-112.
20. Baranov V.M., Belakovskii M.S., Demin E.P., Gushchin V.I., Vinokhodova A.G., Vasil'eva G.Yu., Shved D.M. Modelirovanie poleta mezhdunarodnogo ekipazha na kosmicheskoi stantsii — SFINKSS-99: opyt i uroki. Model'nyi eksperiment s izolyatsiei v germoob»ekte: problemy i dostizheniya [Simulating an international crew mission to a space station — SFINKSS-99: experience and lessons. A model experiment with isolation in a pressurized object: problems and achievements]. Moscow, Slovopubl., 2001. Pp. 572-581.
21. Solcova I., Vinokhodova A., Lukavsky J, Gushin V. Emotional energy, work self-efficacy, and perceived similarity during the Mars 520 study. Aviation, space and environmental medicine, 2013, vol. 84(11), pp. 1186-1190.
22. ShvedD.M., Gushchin V.I., Bubeev Yu.A., Vasil'eva G.Yu., Ushakov I.B., Morukov B.V., Vinokhodova A.G. Osnovnye rezul'taty psikhofiziologicheskikh issledovanii v eksperimente «Mars-500» [Main results of psychophysiological studies in the experiment «Mars-500»]. Vestnik RAN, 2014, vol. 84, no. 3,pp. 212-221.
23. Dudukin A.V., Sal'nitskii V.P., Boritko Ya.S., Gushchin V.I., Vinokhodova A.G, Chekalina A.I., Shved D.M., Iokhannes B. Vzaimosvyaz' lichnostno obuslovlennykh individual'nykh ustoichivykh povedencheskikh stilei s kachestvom i nadezhnost'yu professional'noi operatorskoi deyatel'nosti [Relation between personality-dependent individual stable behavioral styles and the quality and reliability of professional operator activities]. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina, 2013, vol. 47, no. 3, pp. 10-19.
24. Vinokhodova A.G., Boritko Ya.S., Chekalina A.I., Gushchin V.I., Dudukin A.V. Psikhofiziologicheskie korrelyaty individual'nykh stilei professional'noi operatorskoi deyatel'nosti [Psychophysiological correlates of individual styles of professional operator activities]. Aviakosmicheskaya i ekologicheskaya meditsina, 2013, vol. 47, no. 5, pp. 16-21.
