CC BY
34
46. Потапов А. Н., Синяк Ю. Е., Петров В. М. Проблемы медико-биологического обеспечения межпланетных экспедиций // Авиационная и космическая медицина. 2013. Т. 47, № 1. С. 55-64.
47. Федеральная космическая программа Российской Федерации на период 2006-2015 гг. (ФКП РФ 20062015 гг.). Утв. постановлением Правительства Российской Федерации от 22 октября 2005 г. .№ 635. Стратегия развития космической деятельности России до 2030 года и на дальнейшую перспективу // Федеральное космическое агент-
ство. URL: http://www.federalspace.ru/main.php7id-24; http://www.programs-gov.ru/29_1.php.
48. Фундаментальные космические исследования (Роскосмос). Исследования в областях космической биологии, физиологии и материаловедения // http://www. federalspace.ru/ main. php?id=25.
49. Ушаков И. Б., Усов В. М. Космическая биотехносфера в преддверии сверхдлительных пилотируемых полетов: антропоэкологический подход к анализу рисков // Биотехносфера. 2010. № 5-6. С. 3-11.
УДК 681.5
Ушаков И. Б., член-корр. РАН, академик РАМН, д-р мед. наук, проф., директор, ПОЛЯКОВ А. В., канд. мед. наук, заведующий отделом,
ФГБУН «Государственный научный центр РФ — Институт медико-биологических проблем РАН» Усов В. М., д-р. мед. наук, проф., ведущий научный сотр.,
ФГБУН «Государственный научный центр РФ — Институт медико-биологических проблем РАН»
Методические подходы к ранжированию опасностей для здоровья и работоспособности космонавта в полете
Ключевые слова: каскадная концепция, классификация и шкалы риска, многофакторное условие, риск для здоровья, сводная оценка, сложная полетная ситуация, состояние здоровья космонавта, защита организма человека. Keywords: cascade concept, classification and scale of risk, multifactorial condition, health risk, composite ratings, implex flight situation, cosmonaut's health status, protection of the human body.
Ответственность за безопасность труда космонавта и охрану его здоровья в космическом полете возлагается на специалистов разного про-филя, участвующих в обеспечении пилотируемых космических полетов. Для оценки уровня опасности для здоровья космонавтов и, как возможного следствия, возрастания риска нарушения (срыва ) выполнения программы запланированных работ, а также для прогноза вариантов развития полетных ситуаций предлагается методический подход, позволяющий в сложных условиях много-факторных воздействий классифицировать существующие риски, представлять уровни опасности тех или иных событий на единой шкале, получать наглядную картину динамики ситуации по сводному показателю в контрольных точках временной шкалы.
Введение
Многофакторный характер разнонаправленных воздействий условий космической среды, неблагоприятно влияющих на состояние здоровья космонавтов, обуславливает необходимость:
• оценки уровня опасности различных ситуаций и факторов космического полета, влияющих на состояние здоровья космонавта, его работоспособность и надежность деятельности (такого рода оценки в большинстве случаев производятся высококвалифицированными экспертами в соответствующих предметных областях знаний);
• классификации опасностей и разработки способов их выявления и формализованного представления для оперативного принятия организационно-управленческих решений с учетом существующих
методических подходов к описанию предметной области и выбору средств защиты организма.
Пример такого подхода дает многолетний опыт применения каскадной схемы защиты организма человека опасной профессии в условиях экстремальной среды [1].
Проблема изучения рисков для здоровья космонавта, методические подходы, описание
Риски для здоровья человека, работающего в условиях воздействия экстремальных и неблагоприятных факторов, составляют специфическую область физиологических, медико-гигиенических и психофизиологических исследований. Для их исследования нужны междисциплинарные подходы к изучению психофизиологических ограничений человеческого фактора в космонавтике. Сегодня наиболее интенсивно развиваются такие дисциплины, как экстремальная физиология и психология труда лиц опасных профессий, антропоэкология человека [2].
Согласно базовым положениям антропоэколо-гии, человек, участвующий в полете на пилотируемом космическом аппарате (ПКА), выступает как высшая ценность, а человеческий организм — как первоочередной объект защиты и адресных мер профилактики. Функциональные системы его организма рассматриваются в качестве мишеней неблагоприятного воздействия экстремальных факторов [2], проявления неблагополучия этих систем являются наиболее значимыми критериями выбора при организации медицинского обеспечения, планировании жизнедеятельности, принятии кардинальных решений в отношении спасения экипажа, корректировки задач полета конкретной экспедиции.
При обосновании приемлемого уровня безопасности систем «экипаж — ПКА — среда» с антропоцентрической точки зрения необходимо четко соблюдать правило приоритетности объекта защиты — человека, включенного в сложную систему управления ПКА и вынужденного выполнять свои функции в таких непривычных условиях, как измененная искусственная газовая среда, ограничение жизненного и рабочего пространств, работа в специальных средствах индивидуальной защиты, изменения характера питания, трудности сохранения привычной периодичности в режиме труда и отдыха, воздействие факторов космического полета (гравитационного фактора, перегрузки, радиации и др.) [2].
Как методическая платформа для анализа рисков и угроз состоянию здоровья для выбора превентивных корректирующих мероприятий в условиях комплекса неблагоприятных факторов жизнедеятельности была предложена каскадная схема [1, 2]. При ее использовании подразумевается, что поражающие эффекты находятся в зависимости от
дозы фактора и длительности периода наблюдений и могут проявляться не детерминированно, а с определенной долей вероятности.
Актуальность оценки уровня опасности полетных ситуаций для здоровья и работоспособности космонавта
Очевидно, при обеспечении безопасности космических полетов необходимо прилагать максимальные усилия, чтобы не допустить принятия неверных и/или несвоевременных решений относительно угроз и опасностей для здоровья и жизни космонавтов. В то же время высокая неопределенность в ситуации полета, затрудняющая построение прогноза, обусловлена следующими причинами: обширностью, многоаспектностью, разнородностью и, порой, нечеткостью полетных данных. Многие специалисты отмечают потребность в разработке методического подхода для единообразного описания рисков и потенциальных угроз для здоровья членов экипажа, а также в составлении унифицированной схемы представления экспертных знаний о динамике развития ситуации в плане возрастания угроз для экипажа. Прежде всего, такое представление требует классификации для установления причинно-следственных связей между неблагоприятными событиями и способами их оценки и парирования на разных уровнях организации защиты организма и охраны здоровья.
На основе единой трактовки опасности ситуации должны быть сформированы способы выражения меры риска нарушения состояния здоровья членов экипажей, оцениваемые по сопоставимым шкалам, для использования в интересах реализации мероприятий по профилактике и купированию этих нарушений.
Расследование авиационных инцидентов в авиационной авариалогии и многолетний опыт медицинского обеспечения космических полетов позволили специалистам разных профилей собрать обширную базу данных об инцидентах в полете, которые приводят к нарушению состояния здоровья членов экипажа и являются причиной потенциальной ненадежности деятельности. Постоянные систематизация и обобщение этих данных являются залогом снижения рисков при последующей эксплуатации летательных аппаратов и применении адекватных профилактических мероприятий и средств защиты организма. Для того чтобы актуализировать эти разноплановые знания при принятии организационно-управленческих решений при медицинском обеспечении космического полета, необходимы разработки в области систематики причинно-следственных связей и формализации представлений экспертов о степени угроз возникновения различных событий и происшествий, их возможном влиянии на состояние человека.
Множественный характер рисков состоянию здоровья в условиях действия факторов космического полета
Для решения задачи интеграции в рамках единой методической схемы совокупного эффекта действия разных неблагоприятных факторов полета на организм космонавта требуется учитывать:
• высокую неопределенность проявления неблагоприятных факторов в контексте текущей ситуации;
• наличие множества переменных показателей, зависящих от большого числа предшествующих условий:
о объема и характера физических тренировок; о применения различных комплексов профилактических средств;
о интенсивности рабочей загрузки; о психологического климата; о сложности выполняемых операций; о отклонений от выполнения режимов рабочих смен;
о особенностей организации труда и отдыха и многого другого.
Перечисленные условия подготовки и принятия решений о рисках для здоровья космонавта требуют проработки следующих ключевых вопросов:
• системного описания рисков здоровью в космическом полете, объединяющего деятельностный и физиологический подходы;
• разработки методического аппарата для учета рисков и их классификации, выбора математического аппарата формализации оценок риска для обобщенного представления степени угроз и контролируемости развития ситуации на борту ПКА.
Предлагаемые подходы и инструментарий должны соответствовать организации медико-технического обеспечения и психологического сопровождения (психологической поддержки) деятельности экипажа и оперативного планирования полетных операций.
Основными причинами обращения к процедурам структурирования и обобщения экспертных знаний о факторах риска здоровью космонавтов в полете являются:
• наличие множества факторов риска здоровью и множественность угроз безопасности полета, связанных с экстремальными условиями жизнедеятельности космонавта;
• трудности сбора данных из-за вариативности условий наблюдения и дистанционного получения данных;
• трудности подбора достаточно большого числа экспертов по всем проблемным вопросам, возникающим при обеспечении полета;
• широкий диапазон субъективных мнений и оценок выраженности угроз и рисков, возможных следствиях тех или иных событий;
• трудности оперативного получения всей совокупности необходимой информации о текущей
обстановке и эксплуатации сложных систем в условиях динамично развивающихся негативных процессов и событий и др.
Можно полагать, что наиболее полную и объективную характеристику рисков и угроз, связанных с неблагоприятными событиями, сложными с точки зрения применения средств медико-технического обеспечения космонавтов в полете, может дать сочетание методов, полученных на основе анализа субъективных предпочтений экспертов, представленных в виде шкал опасности событий, и визуального отображения информации, синтезированной на основе квалиметрических шкал и методов свертки иерархически упорядоченных информативных показателей различной диагностической значимости для обобщенной оценки. В числе известных квали-метрических подходов к анализу рисков необходимо назвать способы преодоления неопределенности и нечеткости на основе методов экспертных предпочтений, «мягких вычислений» и построения лингвистических функций Лотфи Заде [3-7]. Примеры таких подходов можно найти применительно к обеспечению безопасности полета [8, 9] и к пилотируемой космонавтике [10, 11].
Методология оценки риска воздействия факторов окружающей среды на здоровье человека интенсивно развивается и является междисциплинарным научным направлением. В прикладных аспектах концепция риска с точки зрения лица, принимающего решения, включает в себя два элемента — оценку риска и управление риском. Оценка риска — научный анализ генезиса и масштабов риска в конкретной ситуации, тогда как управление риском — анализ рисковой ситуации и разработка (управленческого) решения, направленного на минимизацию риска.
В общем смысле риск — рассчитываемая или интуитивно оцениваемая субъектом вероятность того или иного неблагополучного результата, события, успех или неуспех тех или иных действий. В информационных технологиях суммарный риск достаточно часто определяется как «математическое ожидание ущерба, то есть как сумма произведений вероятностей каждого из негативных событий на величины потерь от них». Это приводит к необходимости представления суммарного риска на плоскости в координатах «вероятность негативного события — ожидаемый ущерб» [12].
Применительно к задачам космической медицины, антропоэкологии и космической эргономики риск для здоровья — возможность возникновения вредных эффектов для здоровья космонавта или работоспособности членов экипажа при наличии какой-либо опасности, нерасчетной опасной ситуации (например, отказа бортовой системы, нарушений в работе системы обеспечения жизнедеятельности) или каких-либо иных неблагоприятных событий [2, 10, 13-15].
Методология оценки риска должна включать в себя анализ неопределенностей, способных ис-
казить результаты рискометрии, так же как и позволять преодолевать недостаточность и нечеткость и/или неточность исходных данных, упрощенные научные допущения и др. Привлечение экспертов в конкретной предметной области для вынесения суждений об уровне риска возникновения неблагоприятной ситуации и ожидаемой тяжести последствий для состояния здоровья человека позволит сформулировать заключения о целесообразности применения полученных оценок риска в практических приложениях [2, 3, 4, 16].
Методические подходы к формализации оценок опасности полетных ситуаций
Рассмотрим кратко два показательных общих подхода к формализации категории безопасности полета для адаптации используемых методов построения шкал в смежных областях с учетом принципиальной ограниченности объема знаний, имеющихся (или могущих быть) в распоряжении исследователя [2, 4]. В настоящее время опубликовано много работ, которые разъясняют идеи нечеткости и лингвистических функций, предложенных Лотфи Заде [2, 6], применительно к ситуациям высокой неопределенности при принятии решений.
Классификация опасностей полетных ситуаций в авиации. В работах [8, 9] для классификации сложных ситуаций (сценариев) по уровню безопасности вводится шкала безопасности, включающая пять классификационных категорий:
• I — безопасные ситуации;
• II — условно безопасные ситуации;
• III — потенциально опасные ситуации;
• IV — опасные или запрещенные ситуации;
• V — катастрофические ситуации типа «цепная реакция».
При отнесении ситуации в ту или иную категорию для характеристики предложена следующая интерпретация, основанная на известном принципе качественной оценки объектов, ситуаций, явлений с использованием цветов светофора и черного цвета:
I. Безопасные ситуации («зеленая» зона). Допускается приближение состояния сложной системы «человек — техника» к ограничениям без их нарушения, то есть кратковременное пребывание состояния системы в «желтой» зоне и выход из нее к концу ситуации.
II-a. Условно безопасные (на переходе от «зеленой» к «желтой» зоне). Допускается временное пребывание состояния сложной системы «человек — техника» у границ ограничений, то есть рядом с «желтой» зоной.
II-b. Условно безопасные. Допускается длительное пребывание состояния сложной системы «человек -техника» у ограничений, то есть в «желтой» зоне.
III. Потенциально опасные. Наблюдается незначительное нарушение ограничений, то есть
кратковременное нахождение сложной системы «человек — техника» в «красной» зоне и выход из нее к концу ситуации.
IV. Опасные (запрещенные). Наблюдается значительное нарушение ограничений, то есть временное или длительное нахождение состояния системы в «красной» зоне либо пребывание сложной системы «человек — техника» в ней до конца ситуации.
V. Катастрофические (цепная реакция). Хотя бы одно ограничение нарушено с катастрофическими последствиями, то есть сложная система «человек — техника» по крайней мере один раз попадает в «черную» зону [9].
Для численного выражения экспертных суждений о нахождении сложной системы «человек — техника» в той или иной зоне используются оценки от 5 до 1 соответственно [9]. Можно установить соответствие значения лингвистической переменной удовлетворенности и состояния безопасности сложной системы «человек — техника» в диапазоне от 1 до 0. При этом появляется возможность одновременного наглядного цветового представления динамики всех контролируемых событий на временной шкале и применения алгоритма численного расчета для получения сводной оценки совокупного риска в виде интегрального показателя спектра опасности [8, 9].
Методические подходы к анализу рисков здоровью членов экипажей Международной космической станции, разработанные специалистами NASA. Цель подходов — сфокусировать исследования NASA на наиболее высоких рисках здоровью человека, его работоспособности и качестве деятельности в ходе выполнения полетных исследований и экспериментов (Human Research Program HRP) [10]. Численное выражение риска базируется на нескольких естественных понятиях и предположениях. Среди них основными являются следующие:
• уровни правдоподобности появления (ожида-емость события) и возможности воздействия на его появление; рассматриваются сочетания шансов появления события с возможностями снижения уровня неопределенности при контроле (возможности его контролируемости) и/или корректируемости;
• ожидаемый уровень неблагоприятных последствий применительно к соматическому здоровью и физическому состоянию, к психическому здоровью, поведенческой активности и операциональным характеристикам деятельности, а также к отдаленным последствиям воздействия вредных для здоровья факторов [10].
Для понятия «ожидаемый уровень неблагоприятных последствий» вводятся пять градаций. Кроме того, одним из узловых моментов принятия решений согласно предложенной методологии является использование рейтингового подхода для суждения о безотлагательности получения численных значений уровней риска [10]. В частности, приведен вариант вербальной характеристики рейтинга критичности рисков — профиля рисков, включающего
как ожидаемое значение риска, так и степень его неопределенности.
Представленные методические подходы к формализации экспертных суждений имеют особую ценность для специалистов, ответственных за планирование полетных операций и организацию медико-технической поддержки экипажа в полете с позиций учета рисков на конкретном этапе выполнения циклограммы работ. Существенна их направленность на преодоление недетерминированности и нечеткости оцениваемой опасной ситуации с точки зрения динамики ее развития. В этом отношении важно адекватно формализовать экспертные представления о «желательности» или «нежелательности» развития ситуации в ту или иную сторону.
Использование лингвистических переменных для получения сводных оценок желательности развития ситуации в ее динамике
На сегодня существуют хорошо зарекомендовавшие себя подходы к формализации процедур получения обобщенных оценок по наборам разнородных показателей, в частности, можно указать способ шкалирования входной информации с использованием лингвистической переменной в виде обобщенной функции желательности Харрингтона, предпочтительный во многих практических ситуациях [17].
Шкала желательности относится к психофизическим шкалам. Ее назначение — установление соответствия между изменяемыми или наблюдаемыми параметрами и психологическими суждениями субъекта, выполняющего процедуры экспертного характера. Здесь под физическими параметрами понимаются возможные отклики, характеризующие функционирование исследуемого объекта.
Чтобы получить шкалу желательности, удобно пользоваться готовыми разработанными таблицами соответствий между отношениями предпочтения в эмпирической и числовой (психологической) системах (см. таблицу и формулу).
Шкала желательности задается на интервале значений от нуля до единицы. Способ и формула расчета функции Харрингтона, которые соответ-
ствуют значениям таблицы, имеются в работе [17] и в публикациях, которые приведены в литературных ссылках этой публикации.
С помощью нормативно-оценочных шкал представленного вида может быть осуществлен переход к единой шкале, интерпретируемой как степень желательности развития ситуации по системе исходных данных, характеризующих состояние сложной системы «человек — техника» или текущее опасное событие в зависимости от целей экспертной оценки. Структурирование исходных показателей направлено на то, чтобы объединить их в иерархическую структуру достаточно простого вида для поэтапной свертки в единый обобщенный показатель, который может быть использован для итогового ранжирования по составу применяемых вербальных описаний ситуации опасности.
Заключение
Безопасность космического полета в аспектах охраны здоровья членов экипажа ПКА относится к одним из основных приоритетов и критериев успешности пилотируемых космических программ. Недооценка роли методов анализа рисков профессиональной деятельности космонавтов для их здоровья и работоспособности в полете может явиться серьезным препятствием на пути повышения эффективности медико-технической и медико-психологической поддержки экипажа в ходе выполнения космического полета.
Преимущество сочетанного применения представленных методических подходов содержательного и формализованного анализа структурных характеристик рисков и угроз здоровью космонавта при выполнении полетных операций состоит в том, что они не являются взаимоисключающими, а дополняют друг друга.
На наш взгляд, представленные данные подтверждают продуктивность критериальной базы, сформированной в русле исследований антропоэкологии, с позиций каскадной схемы противодействия ожидаемым рискам и угрозам для профессионального здоровья и долголетия космонавта, выполняющего полеты в составе экипажей на Международной космической станции и на современных транспортных ПКА.
Таблица Связь между количественными значениями безразмерной шкалы желательности и психологическим восприятием человека [17]
Желательность (вербальная интерпретация) Отметка на шкале желательности
Очень хорошо Хорошо Удовлетворительно Плохо Очень плохо 1,00-0,80) [0,80-0,63) [0,63-0,37) [0,37-0,20) [0,20-0,00)
I Литература I
1. Ушаков И. Б. Общая структурная (каскадная) схема изменений профессионального здоровья в авиации // Авиакосмическая и экологическая медицина. 1994. Т. 28. № 5. С. 4-8.
2. Ушаков И. Б., Поляков А. В., Усов В. М. Каскадная схема как методическая платформа анализа рисков здоровью в космических полетах и при проведении полунатурных и натурных испытаний // Авиакосмическая и экологическая медицина. 2011. Т. 45, № 4. С. 3-10.
3. Давнис В. В., Тинякова В. И. Прогнозные модели эксперт- 10. ных предпочтений. Воронеж: Изд-во Воронеж. гос. ун-та,
2005. 248 с.
4. Недугов Г. В., Недугова В. В. Вероятностные аналитиче- 11. ские технологии в судебной медицине: базовые математические модели и практические приложения. Самара: Офорт, 2009. 241 с.
5. Новак В. Математические принципы нечеткой логики / 12. Пер. с англ. И. Перфильева, И. Мочкорж. М.: Физматлит,
2006. 352 с.
6. Zadeh L. A. The Concept of a Linguistic Variable and its Application to Approximate Reasoning. Parts 1 and 2 // 13. Information Sciences. 1975. Vol. 8. P. 199-249, 301-357.
7. Zadeh L. A. The Concept of a Linguistic Variable and its Application to Approximate Reasoning. Part 3 // Information Sciences. 1976. Vol. 9. P. 43-80. 14.
8. Бурдун И. Е. Изучение физики и логики сложных полётных ситуаций с помощью программно-моделирующего комплекса VATES // Сб. докладов 2-й конференции «Тренажерные технологии и обучение : новые подходы и задачи », 15. 24-25 апреля 2003 года / ЦАГИ им. проф. Н. Е. Жуковского, г. Жуковский, Московская обл. Жуковский: ЦАГИ
им. проф. Н. Е. Жуковского, 2003. С. 128-138. 16.
9. Бурдун И. Е. Метод и технология обеспечения «встроенной» безопасности полёта летательного аппарата в сложных (многофакторных) условиях на основе ситуационного 17. моделирования // Сб. трудов VIII Международной конференции «Идентификация систем и задачи управления» (SICPRO '09), г. Москва, 26-30 января 2009 года / Ин-т проблем управления им. В. А. Трапезникова РАН. М.:
ИПУ им. В. А. Трапезникова, 2009. С. 1203-1247.
Grounds D. Human Research Program: Overview and Update // 13th Meeting of the US/Russian Joint Working Group. 2010. Dec. 1.
Human Health and Performance Risks of Space Exploration Missions. Evidence reviewed by the NASA Human Research Program / Ed. J. C. McPhee, J. B. Charles. [S.a.:] NASA, 2009. — 389 p.
Галатенко В. А. Основы информационной безопасности: Курс лекций: Учеб. пос. / Под ред. акад. РАН В. Б. Бете-лина. 3-е изд. М.: Интернет-университет информационных технологий, 2006. 208 с.
Bogomolov V. V., Castrucci F., Comtois J. M. et al. International Space Station medical standards and certification for space flight participants // Aviat Space Environ Med. 2007. Dec. Vol. 78, N 12. P. 1162-1169.
Duncan J. M., Bogomolov V.V., Castrucci F. et al. Organization and management of the International Space Station (ISS) multilateral medical operations // Acta Astronautica. 2008. Vol. 63, Iss. 7-10, October-November. P. 1137-1147. Gontcharov I. B., Kovachevich I. V., Pool S. L. et al. In-Flight Medical Incidents in the NASA-Mir Program // Aviation, Space, and Environmental Medicine. 2005. Vol. 76, N 7. July. P. 692-696. Ушаков И. Б. Комбинированные воздействия в экологии человека и экстремальной медицине. М.: ИПЦ «Издат-центр», 2003. 442 с.
Камышникова Э. В. Формирование универсальной шкалы оценки уровня экономической безопасности // В^ник До-нецького нащонального ушверситету економши i торгiвлi iм. М. Туган-Барановського. Сер. Економiчнi науки. 2009. № 4. С.76-80. URL: http://archive.nbuv.gov.ua/portal/ soc_gum/vdnuet/econ/2009_4/10.pdf.
