CC BY
92
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
© КАТУНЦЕВ В.П., ФИЛИПЕНКОВ С.Н., 2019
Катунцев В.П.1, Филипенков С.Н.2
ТЕПЛОВОЕ СОСТОЯНИЕ КОСМОНАВТОВ ПРИ АВТОМАТИЧЕСКОМ РЕГУЛИРОВАНИИ ТЕПЛОСЪЁМА В ПЕРИОД ВНЕКОРАБЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ С БОРТА МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
1НИИ космической медицины Федерального научно-клинического центра ФМБА России, 115682, г. Москва;
2АО «НПП «Звезда» имени академика Г.И.Северина, 140070, п. Томилино, Московская область
Статья посвящена анализу основных результатов оперативного медицинского контроля за состоянием здоровья и теплового статуса российских членов экипажей Международной космической станции (МКС) во время выполнения первых двух выходов в открытый космос в скафандре «Орлан-МКС», оснащенном автоматической системой терморегулирования (АСТР). Продолжительность первой внекорабельной деятельности (ВКД) составила 7 ч 34 мин, второй -8 ч 12 мин. АСТР начинала функционировать после перевода скафандра космонавта на автономное питание и включение сублимационного теплообменника. Для поддержания теплового баланса космонавта при работе в скафандре была использована положительная связь величины теплопродукции с уровнем выделения из организма СО2, а в качестве управляющего сигнала АСТР - с уровнем метаболизма организма, определяемого величиной энерготрат. Во всём диапазоне энерготрат от 1,5-2 ккал/мин в состоянии относительного покоя до 5-7 ккал/мин при максимальных нагрузках температура участников ВКД сохранялась на нормальном уровне в пределах 36,3-37,0°С. Частота сердечных сокращений при этом изменялась от 61-64 мин-1 в покое до 133-136 мин-1 в период выполнения наиболее сложных операций при больших физических нагрузках. Судя по самочувствию участников ВКД и объективным показателям медицинского контроля, их тепловое состояние во время пребывания и работы в открытом космосе, в целом, оценивалось как близкое к комфортному. Обсуждаются результаты поддержания теплового баланса космонавтов путем ручного способа регулирования теплосъема при ВКД, выполненного с борта орбитальных станций «Салют-6», «Салют-7», «Мир», МКС. Внедрение в практику космонавтики скафандров «Орлан-МКС», оснащенных АСТР, позволило обеспечить автоматический контроль за поддержанием термонейтрального, близкого к комфортному теплового состояния организма без отвлечения внимания космонавта от выполнения основных задач ВКД, что существенно повышает уровень медицинской безопасности работы человека вне кабины пилотируемого космического объекта.
Ключевые слова: внекорабельная деятельность космонавтов; скафандр; медицинский контроль; энерготраты; тепловое состояние; автоматическая система терморегулирования.
Для цитирования: Катунцев В.П., Филипенков С.Н. Тепловое состояние космонавтов при автоматическом регулировании теплосъема в период внекорабельной деятельности с борта Международной космической станции. Медицина экстремальных ситуаций. 2019; 21(2): 318-327.
Для корреспонденции: Катунцев Владимир Петрович, доктор мед. наук, профессор, заместитель директора по науке НИИ космической медицины ФНКЦ ФМБА России, 115682, Москва. [email protected]
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
Katuntsev V.P.1, Filipenkov S.N.2
THERMAL STATE OF COSMONAUTS UNDER AUTOMATIC CONTROL OF HEAT REMOVAL DURING EXTRAVEHICULAR ACTIVITY ON INTERNATIONAL SPACE STATION
Research Institute for Space Medicine of Federal Research Clinical Center of Specialized Types of Medical Care and Medical Technologies of the Federal Medical-Biological Agency of Russia, Moscow, 115682, Russian Federation;
2Academician G.I. Severin Scientific-Production Enterprise "Zvezda", Tomilino, 140070, Rusian Federation
The paper is devoted to the presentation and analysis of the main results of medical monitoring for health and thermal state of two Russian crewmembers of the International Space Station (ISS) during their first two extravehicular activity (EVA) in the Orlan-MKS spacesuit equipped with an automatic thermal control system (ATCS). The duration of the first EVA accounted for 7 h 34 min, of the second one - 8 h 12 min. ATCS began to function after the transfer to the autonomous mode of the spacesuit and the inclusion of sublimation heat exchanger. To maintain the thermal balance of cosmonaut working in a spacesuit, a positive relationship was used between the value of a body heat production and the level of CO2 eliminated during the respiration. Metabolic rate was used as a control signal of the ATCS. In the whole range of metabolic rates from 1.5-2 kcal/min in relative rest to 5-7 kcal/min at maximum physical loads, the body temperature of the EVA participants remained at a normal level within 36.3-37.0°C. The heart rate changed from 61-64 beats/min at rest to 133-136 beats/min in the period of the most complex operations with the heavy physical load. Based on medical monitoring data the cosmonaut's thermal status during spacewalks was estimated as a close to comfortable. The results of maintaining the thermal balance of cosmonauts by means of a manual method for regulating the heat removal during the EVAs, performed onboard the Salyut-6, Salyut-7 and Mir orbital stations, as well as the ISS, are discussed. The use of the Orlan-MKS spacesuit with ATCS allowed for automatic control over the maintenance of a close to a comfortable thermal state of the body without distracting the cosmonaut's attention from performing the main EVA tasks increasing significantly a safety during a humans' work in the open space.
Keywords: extravehicular activity; spacesuit; medical monitoring; metabolic rate; thermal state; automatic thermal control system; heat removal.
For citation: Katuntsev V.P., Filipenkov S.N. Thermal state of cosmonauts under automatic control of heat removal during extravehicular activity on International Space Station. Meditsina ekstremal'nykh situatsiy (Medicine of Extreme Situations, Russian journal) 2019; 21(2): 318-327. (In Russian).
For correspondence: Vladimir P. Katuntsev, MD, Ph.D., DSci., Prof, Deputy Director of the Research Institute for Space Medicine. Biomedical Agency of Russia, Moscow, 115682, Russian Federation. E-mail:[email protected]
Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest. Acknowledgments. The study had no sponsorship. Received: February 27, 2019 Accepted: April 17, 2019
К настоящему времени в мире накоплен большой опыт успешного выполнения внекора-бельной деятельности (ВКД) [1-4]. Тем не менее, работа человека в скафандрах за пределами герметических отсеков космических кораблей и станций остается одной из сложных, ответственных и опасных операций, осуществляемых экипажем во время длительных космических полетов.
Безопасная и продуктивная работа человека в период ВКД обеспечивается поддержанием в подскафандровом пространстве комплекса оптимальных для жизнедеятельности параметров микроклимата искусственной среды обитания. Скафандр ВКД, оснащенный автономной системой обеспечения жизнедеятельности (АСОЖ), обеспечивает космонавта достаточным количеством кислорода, поддерживает адекватный
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
уровень общего давления, выполняет элиминацию из газовой атмосферы образующуюся в процессе метаболизма СО2, является средством защиты от экстремальных температур космического пространства и микрометеороидов [5]. Ключевой проблемой для сохранения нормального состояния здоровья и высокой работоспособности человека в скафандре ВКД является поддержание теплового баланса организма. Необходимость решения этой сложной проблемы обусловлено тем обстоятельством, что выполняющий физическую работу участник ВКД представляет собой источник интенсивной тепло- и влагопродукции. Дополнительными источниками тепловыделения в атмосферу под-скафандрового пространства являются также функционирующие агрегаты АСОЖ скафандра. Решение этой проблемы потребовало создания специальной системы теплосъема с поверхности тела космонавта и отвода тепла и влаги из скафандра в сочетании с надежной теплоизоляцией космонавта от окружающей среды [6-8].
При проведении первых двух отечественных выходов в открытый космос в скафандрах «Беркут» и «Ястреб», рассчитанных на короткую продолжительность и умеренную интенсивность работы космонавтов, для поддержания теплового баланса использовались вентиляционные системы, которые в этих условиях оказались недостаточно эффективными и приводили к перегреву организма [7, 9]. Сходные данные были получены и американскими специалистами. Итоги серии выходов в открытый космос, проведенных с борта космических кораблей «Джемини», показали, что возможности системы теплосъема, основанной только на вентиляционном контуре, были адекватны при нагрузках с величинами энерготрат не более 250 ккал/ч, но оказались неудовлетворительными даже для кратковременных периодов деятельности астронавтов с увеличенными рабочими нагрузками. При полете космического корабля «Джемини-4» был отмечен случай с перегреванием организма астронавта во время ВКД, а при полете космического корабля «Джемини-9» -случай с запотеванием остекления шлема скафандра астронавта [10, 11].
Эти данные послужили причиной для включения в систему терморегулирования после-
дующих отечественных и американских скафандров, предназначенных для работы в невесомости и на поверхности Луны, костюма водяного охлаждения (КВО). При использовании скафандра с КВО отвод тепла с поверхности тела осуществляется преимущественно не путем конвекции и испарения пота, а принудительным, кондуктивным способом [5, 10, 11]. В качестве циркулирующего в трубках КВО хладоагента используется вода. Регулирование интенсивности охлаждения осуществляется самим космонавтом вручную с помощью многопозиционного крана «тепло-холод». Последний позволяет направлять воду, циркулирующую в КВО, на охлаждение в сублимационный теплообменник или, минуя его, нагретую телом человека воду по обводной линии направляет в общий поток для смешения перед поступлением ее из контура водяного охлаждения снова на вход КВО. При смешении обоих потоков с помощью переключения позиций крана «тепло-холод» температура воды в КВО может изменяться в широком диапазоне. Выделяемая человеком влага переносится вентилирующим газом в сублимационный теплообменник, где в процессе охлаждения газа пары воды конденсируются и через влагоотделитель отводятся в сублимационную полость теплообменника для сублимации в окружающий вакуум. Применение КВО в сочетании с эффективной работой сублимационного теплообменника способно обеспечить сохранение теплового баланса космонавта при уровне физической активности до 600 ккал/ч [5, 9, 11].
Внедрение в практику космических полетов скафандров с регенерационной АСОЖ, в которой для поддержания теплового баланса организма был применен КВО, создало все предпосылки для производительного труда космонавтов и значительного расширения сферы ВКД. Хотя кондуктивный способ теплообмена с окружающей средой в качестве основного не является естественным для организма человека, в целом, опыт медицинского сопровождения ВКД показал, что космонавты способны хорошо адаптироваться к работе с КВО и обучаться регулировке интенсивности теплосъема по субъективным признакам - теплоощущениям [1, 6-8]. Вместе с тем, также было показано,
что терморегулирование путём изменения температуры воды, циркулирующей в КВО, и изменение расхода кислорода, вентилирующего подскафандровое пространство, могут создавать значительную вариабельность показателей теплового состояния организма космонавта в нестационарных, по своей сути, процессах ручного регулирования интенсивности теплосъема и теплообмена с внешней средой и приводить в ряде случаев к возникновению теплового и хо-лодового дискомфорта [1, 2, 5].
Задачи дальнейшего совершенствования системы терморегулирования и переход на автоматический режим работы представляются основными при создании АСОЖ скафандров для автономной работы экипажа на поверхности Луны и Марса [12]. Начиная с 2017 г., российские скафандры ВКД «Орлан-МКС» стали комплектоваться, наряду с ручной, автоматической системой терморегулирования (АСТР), разработанной АО НПП «Звезда» имени академика Г.И.Северина. Настоящая работа посвящена изложению результатов первого опыта медицинского сопровождения двух длительных работ в открытом космосе, выполненных с борта Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС) в оснащенном АСТР скафандре «Орлан-МКС».
Материал и методы
В настоящей работе представлены основные результаты оперативного медицинского контроля за состоянием здоровья и теплового статуса двух российских членов экипажей МКС во время выполнения ими первых двух выходов в открытый космос в оснащенном АСТР скафандре «Орлан-МКС». Первый сеанс ВКД проведен 17.08.2017 г Его продолжительность от открытия до закрытия выходного люка составила 7 ч 34 мин. Второй сеанс ВКД осуществлен 02.02.2018 г. и продолжался 8 ч 12 мин.
В соответствии с Российским протоколом проведения ВКД [3, 13] при оперативном контроле за состоянием здоровья космонавтов использовали поступающую в реальном масштабе времени от измерительного комплекса скафандра (через бортовую телеметрическую систему РС МКС) в Центр управления полетами информацию о динамике частоты сер-
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
дечных сокращений (ЧСС), температуры тела (ТТз), величине энерготрат (ЭТ), температуры воды на входе и выходе КВО, уровне давления газовой среды, концентрации СО2, вентиляции подскафандрового пространства. ЧСС у космонавтов рассчитывалась по кривой ЭКГ, регистрируемой в отведении D-S. ТТз измерялась термистором, укрепленным на коже в заушной ямке участника ВКД. Расчет текущего уровня ЭТ (ккал/мин) выполнялся методом непрямой калориметрии при заданном значении калорического эквивалента по величине продукции CO2, которая вычислялась на основе значений разницы концентрации CO2 на входе и выходе поглотительного патрона АСОЖ и величины вентиляции скафандра. Анализировали также доклады участников ВКД о самочувствии и содержание их радиопереговоров со специалистами ЦУПа о характере выполняемых операций и оценке качества функционирования АСТР.
Результаты и обсуждение
Значения ТТз, ЧСС и уровней ЭТ при выполнении космонавтами различных видов работ в соответствии с циклограммами первого и второго выхода в открытый космос в оснащенном АСТР скафандре «Орлан-МКС» представлены в табл. 1 и 2. При рассмотрении полученных результатов следует принимать во внимание, что АСТР начинала функционировать после перевода скафандра космонавта на автономный режим работы с включением сублимационного теплообменника. На этапах прямого и обратного шлюзования поддержание теплового баланса космонавта, облаченного в скафандр, осуществлялось от бортовых систем РС МКС на основе ручного способа регулирования температуры на входе в КВО по характеру теплоощущений.
Как видно из представленных в таблицах данных, во всём диапазоне ЭТ от 1,5-2 ккал/мин в состоянии относительного покоя до 5-7 ккал/мин при максимальных нагрузках ТТз сохранялась на нормальном уровне в пределах 36,3-37,0°С. ЧСС при этом изменялась от 61-64 мин-1 в покое до 133-136 мин-1 в период выполнения наиболее сложных операций ВКД. Полученные значения ЧСС находились в соответствии с ранее полученными нами данными [3] и адекватно отражали различный уровень
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
Таблица 1
Показатели медицинского контроля при выполнении основных операций космонавтом во время
первой внекорабельной деятельности в скафандре «Орлан-МКС», оснащенном автоматической
системой терморегулирования
Операция внекорабельной деятельности ЭТ, ккал/мин ТТ3,°С ЧСС, мин-1
Прямое шлюзование 2,0-3,0 36,2-36,5 66-85
Открытие выходного люка, установка защитного кольца 3,5-4,0 36,4-36,8 85-110
Вынос технического и научного оборудования из стыковочного (шлюзового) отсека 4,8-5,0 36,8 84-112
Переходы по поручням на рабочие места на поверхности служебного модуля МКС 5,1-6,0 36,5-36,8 87-110
Период отдыха 1,5-2,0 36,5 61-64
Установка научного оборудования, монтаж/демонтаж видеокамеры 4,0-5,0 36,5 78-107
Транспортировка на модуль МИМ-2 технического оборудования 5,0-6,0 36,4-36,5 89-100
Период отдыха 2,0-3,0 36,3 68-72
Выполнение большого объема мелких рабочих операций на внешней 4,5-5,0 36,5-36,6 84-103
поверхности модуля МИМ-2
Период отдыха 3,0 -3,2 36,7 67-75
Переходы по поверхности модуля МИМ-2 5,0-6,0 36,8 96-105
Выполнение монтажных работ 5,0-7,0 36,9 133-136
Переходы по поручням на рабочие места стыковочного отсека 5,1-6,0 36,8-36,9 94-133
Выполнение мелких рабочих операций в районе стыковочного отсека 3,0-4,0 36,9 67-94
Снятие и заведение оборудования при входе в стыковочный отсек 3,0-4,0 36,9 70-97
Инвентаризация инструмента и оборудования, снятие защитного 3,0 36,9 65-90
кольца и закрытие выходного люка
Обратное шлюзование 2,0-3,0 36,9-37,1 66-89
физической и психоэмоциональной напряженности космонавтов.
Судя по самочувствию участников ВКД, те-плоощущениям и объективным показателям медицинского контроля, их тепловое состояние во время пребывания и работы в открытом космосе, в целом, оценивалось как близкое к комфортному. Такая оценка относилась как к этапам ВКД с установившимся состоянием метаболизма и теплообмена (steady state) в покое во время отдыха, так и при продолжительном выполнении различных по интенсивности физических нагрузок.
При переходе от запланированных периодов отдыха к интенсивной работе, т.е. в переходных, нестационарных состояниях, связанных с увеличением метаболизма и соответствующим повышением теплопродукции, оптимальное тепловое состояние сохранялось. Однако значения ТТз в таких эпизодах обычно умеренно
повышались на 0,2-0,3°С, достигая 36,9-37°С, а теплоощущения оценивались как «комфорт-тепло» в течение первых минут от начала интенсивной работы (с ЭТ порядка 5-7 ккал/мин) до реакции переключения клапанов АСТР
В процессе обратного перехода от интенсивной работы (5-7 ккал/мин) к состоянию относительного покоя во время отдыха после прекращения физической нагрузки, в силу инерционности процесса повышения температуры в КВО, в первые 2-4 мин теплоощущения характеризовались как «комфорт-прохладно» с кратковременным снижением ТТз до 36,3-36,4°С. По нашему мнению, такая динамика теплового состояния в этот период обусловлена медленным темпом повышения температуры в КВО до должной величины исключительно за счёт отвода тепла с поверхности кожи завершившего работу космонавта, у которого уже произошло снижение метаболизма и теплопродукции,
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
Таблица 2
Показатели медицинского контроля при выполнении основных операций космонавтом во время
второй внекорабельной деятельности в скафандре «Орлан-МКС», оснащенном автоматической
системой терморегулирования
Операция внекорабельной деятельности ЭТ, ккал/мин ТТ3,°С ЧСС, мин-1
Прямое шлюзование 3,0-3,2 36,5-36,6 62-78
Открытие выходного люка, установка защитного кольца 4,0-5,0 36,5 89-95
Выведение из стыковочного (шлюзового) отсека оборудования 5,70 37,0 92-109
на выносное устройство
Переходы по поручням на рабочие места в районе Агрегатного отсека и торца Служебного модуля. Выполнение плановых операций 4,2-5,8 36,5-36,8 89-107
Период отдыха 1,5-2,0 36,5-36,8 84-86
Выполнение работ по демонтажу оборудования 4,0-5,0 36,3-36,5 85-111
Выполнение монтажных работ и операций по стыковке 5,0-5,6 36,4-36,5 93-112
высокочастотных и низкочастотных электроразъёмов
Период отдыха 2,0-3,0 36,5 75-80
Фотографирование оборудования 3,1-4,0 36,4-36,5 78- 85
Сборка и перенос укладок на Служебный модуль. Переход с укладками на Стыковочный отсек 3,0-4,2 36,5-36,6 80-85
Заведение укладок и вход в стыковочный отсек 3,0-4,0 36,9 77-80
Снятие защитного кольца и закрытие выходного люка 3,0-3,2 36,9 80-82
Обратное шлюзование 2,0-3,0 36,8 76-80
а теплосъем остался в несколько раз большим, чем теплопродукция организма. При продолжении отдыха температура в КВО повышалась с более низких значений, актуальных для выполняемых ВКД-операций, до 18-22°С. ТТ3 достигала уровня 36,5-36,9°С и теплоощущения становились комфортными. На этапах шлюзования при ручном контроле величины тепло-съема и невысоком уровне двигательной активности космонавтов значения ЭТ не превышали 2-3 ккал/мин при ЧСС порядка 62-89 мин-1 и ТТз - 36,2-37,1°С.
Таким образом, можно заключить, что в процессе продолжительного (более 7-8-часового) выполнения космонавтами в открытом космосе различных видов работ в широком диапазоне ЭТ, соответствующих операциям ВКД, алгоритм управления АСТР скафандра «Орлан-МКС» обеспечивал поддержание оптимального теплового состояния организма и исключал появление ощутимых признаков теплового и хо-лодового дискомфорта.
Как известно, в нашей стране скафандр ВКД с КВО («Орлан-Д») был впервые использован
космонавтами Ю.В. Романенко и Г.М. Гречко в декабре 1977 г. при полете орбитальной станции (ОС) «Салют-6». В общей сложности с борта ОС «Салют-6» было выполнено три парных выхода в открытый космос (шесть человеко-выходов) со средней продолжительностью ВКД 1 ч 14 мин. Температура воды, поступающей в КВО, регулировалась вручную в диапазоне от 4 до 30°С .У двух участников ВКД наблюдались явные признаки холодового дискомфорта [1]. Существенно отметить, что помимо жалоб на общее охлаждение один из космонавтов предъявлял жалобы на ощутимое «замерзание» дистальных отделов нижних конечностей, особенно стоп, которое сохранялось даже на следующий день после завершения ВКД. Подобное охлаждение ног никогда не наблюдалось у космонавтов при наземных тренировках в скафандрах ВКД, но периодически возникало в длительном космическом полете, особенно в тех случаях, когда температура окружающей среды на борту ОС опускалась ниже 20°С. Принимая во внимание эти данные, стало ясно, что возникновение у космонавтов жалоб на охлаждение
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
ног в космическом полете является следствием снижения интенсивности кровотока в нижних конечностях в результате характерного для невесомости физиологического эффекта перераспределения крови и жидких сред организма в краниальном направлении. По этой причине во время ВКД в условиях невесомости охлаждение ног усугублялось низкой температурой воды в трубках КВО, расположенных на нижних конечностях [5, 7, 8]. Было признано целесообразным начать исследования по разработке алгоритмов автоматического терморегулирования в контуре водяного охлаждения скафандра [14].
При реализации программы полета ОС «Салют-7» проведено 13 парных операций ВКД с более длительным средним временем работы космонавтов в открытом космосе -3 ч 35 мин. Выраженный транзиторный холо-довой дискомфорт наблюдался у 11 участников ВКД. КВО был усовершенствован. В целях защиты нижних конечностей от избыточного охлаждения во время ВКД в новой конструкции КВО с голени и нижней половины бедра были сняты трубки с хладоагентом. После этого появление холодовых дискомфортных реакций при ВКД существенно сократилось.
Сдвиг допустимого теплового состояния в сторону перегрева с теплоощущениями «тепло»-«очень тепло» на ОС «Салют-7» имел место только в одном случае - на этапе выполнения космонавтом энергоемких ВКД-операций по причине нештатной работы элементов контура водяного охлаждения скафандра. После прекращения физической нагрузки, приведшего к снижению теплопродукции, и включения второго резервного вентилятора, повысившего расход вентиляции и величину теплосъема с поверхности тела путем испарения пота, удалось нивелировать начальные проявления перегрева организма и до конца ВКД поддерживать значения ТТз в допустимых пределах 37,2-37,4°С [8].
В процессе ВКД с борта орбитального космического комплекса «Мир» эпизоды холодо-вого дискомфорта возникали гораздо реже - в 7% от общего числа выполненных ВКД. Главной причиной холодового дискомфорта оставались запаздывающие действия космонавтов при ручной регулировке теплосъема, а иногда и их ошибочные действия в выборе одного из
пяти фиксированных положений крана «тепло-холод», что приводило к избыточному по отношению к уровню теплопродукции отводу тепла с поверхности тела [13]. Поскольку охлаждение нижних конечностей всё же продолжало иметь место, в полётах на борту орбитального космического комплекса «Мир» космонавтам было разрешено при ВКД использовать дополнительные комплекты шерстяных носков для утепления ног [15]. Эпизоды теплового дискомфорта в сторону «тепло»-«очень тепло»-«жарко» имели место в 4-х случаях и сопровождались секторальным запотеванием остекления шлема скафандра. Вместе с тем следует отметить, что ошибки участников ВКД в работе с органами управления скафандров не были критическими, но вынуждали наземную группу медицинского обеспечения проводить более детальный динамический контроль теплового состояния по параметрам оперативного медицинского контроля и отзывам космонавтов о их самочувствии.
Среди физиологических проблем, возникавших в процессе выполнения работ в открытом космосе в скафандре EMU при полетах космического корабля «Спейс Шаттл», наиболее часто у американских астронавтов, как и у российских космонавтов, отмечались явления общего холодового дискомфорта. Признаки перегревания организма были отмечены лишь в одном случае. Однако помимо этого американскими исследователями были впервые описаны жалобы участников ВКД на «замерзание» пальцев рук при длительной фиксации за холодные металлические элементы внешней поверхности корабля «Спейс Шаттл» [16].
Обеспечение комфортного теплового состояния космонавтов при ВКД на МКС сохраняет свою актуальность. Ввиду больших размеров МКС и сложной конфигурации ее сегментов, экипажам нередко приходится работать на изолированных от попадания солнечных лучей и очень холодных зонах внешней поверхности этого космического комплекса с температурой ниже минус 100°С. Для защиты рук от охлаждения при длительном контакте с охлажденными металлическими предметами и оборудованием, расположенными на внешней поверхности МКС, перчатки российских участников ВКД были доукомплектованы специальными хлоп-
чатобумажными вкладышами. Однако в сложных ситуациях, решение которых отвлекало внимание участников ВКД от необходимости своевременного изменения теплосъема в силу нестационарности процессов теплообмена с внешней средой, эпизоды холодового и, реже, теплового дискомфорта продолжали периодически возникать у космонавтов [2, 3].
Внедрение в практику отечественной космонавтики скафандров «Орлан-МКС», оснащенных АСТР, позволило обеспечить автоматический контроль за поддержанием термонейтрального, близкого к комфортному, теплового состояния организма без отвлечения внимания космонавта от выполнения основных задач ВКД, что существенно повышает уровень медицинской безопасности работы человека вне кабины пилотируемого космического объекта. Для поддержания теплового баланса была использована положительная связь величины теплопродукции с уровнем выделения из организма СО2, а в качестве управляющего сигнала АСТР - уровнем метаболизма организма, определяемого величиной ЭТ. Можно полагать, что разработка и использование математических моделей системы «человек-скафандр-внешняя среда» [17] с учетом особенностей нестационарного теплообмена организма с внешней средой позволит в дальнейшем усовершенствовать АСТР для ВКД в условиях невесомости, а также создать и внедрить автоматизированные системы терморегулирования в автономные скафандры для высадки человека на Луну и Марс, где новым фактором окажется работа человека в условиях гипогравитации с преимущественной нагрузкой во время локомоций на мышцы нижних конечностей и туловища, а не рук и плечевого пояса, как это имеет место в условиях невесомости.
Заключение
Выполнение ВКД в скафандре «Орлан-МКС», впервые оснащенном АСТР, подтвердило эффективность функционирования автоматической системы терморегулирования, обеспечившей поддержание оптимального теплового состояния космонавтов при выполнении рабочих операций на протяжении более 7-8 ч с энерготратами до 7 ккал/мин.
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии
конфликта интересов.
Финансирование. Исследование не имело спонсорской
поддержки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамов И.П., Барер А.С., Вакар М.И., Головкиным Л.Г, Зинченко В.П., Филипенков С.Н., Шарипов Р.Х., Щиголев В.В. Физиолого-гигиенические аспекты обеспечения работы космонавтов в орбитальном полете. Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1982; 16(6): 16-22.
2. Катунцев В.П., Осипов Ю.Ю., Гернхардт М.Л., Дер-вей Дж., Томас К.С., Ривз Дж.М. Внекорабельная деятельность. В кн.: Космическая биология и медицина. Российско-американское сотрудничество в области космической биологии и медицины. Ред.: И.Д. Пестов, Ч.Ф. Соуэн, Н.Г. Хаус, С.И. Хансон. М.: Наука; 2009; V(4): 283-352.
3. Катунцев В.П., Осипов Ю.Ю., Филипенков С.Н., Тарасенков Г.Г., Краснов А.Н. Российский опыт медицинского обеспечения внекорабельной деятельности космонавтов, проведенной с борта Международной космической станции, в 2001-2015 гг. Медицина экстремальных ситуаций. 2016; 55(1): 8-18.
4. Ta J.B., Trevino R.C. Walking to Olympus an EVA Chronology, 1997-2011;2. NASA Headquarters Washington, DC 20546; 2016.
5. Абрамов И.П., Дудник М.Н., Сверщек В.И., Северин Г.И., Скуг А.И., Стоклицкий А.Ю. Космические скафандры России. М.: ОАО НПП «Звезда»; 2005: 27382.
6. Барер А.С. Конахевич Ю.Г., Филипенков С.Н., Шей-кин А.А. Динамика показателей теплового состояния человека при обеспечении теплового баланса с помощью костюма водяного охлаждения космического скафандра. В кн.: Авиакосмическая медицина. VI Всесоюзная конференция по космической биологии и авиакосмической медицине. Тезисы докладов. Часть 1. М.: 1979: 105-6.
7. Барер А.С., Филипенков С.Н. Работа космонавтов в скафандре. В кн.: Руководство по физиологии. Космическая биология и медицина. М.: Наука. 1987: 146-68.
8. Барер А.С., Филипенков С.Н., Вакар М.И., Головкин Л.Г., Щиголев В.В., Коваленко Е.А., Касьян И.И., Зинченко В.П., Осипов Ю.Ю. Медицинское обеспечение работы космонавтов в открытом космическом пространстве. В кн.: Физиологические проблемы невесомости. М.: Медицина. 1990: 179-97.
9. Мак Барон Д. II, Витсетт Ч., Северин Г.И., Абрамов И.П. Индивидуальные системы жизнеобеспечения космонавтов. Обеспечение внекорабельной деятельности. В кн.: Обитаемость космических летательных аппаратов. Т. II, Часть II, Гл.14. Ред. А.М.Генин, Ф.М.Салзман. М.: Наука. 1994: 389-460.
МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАУКИ
10. Powell M.R., Horrigan D.J., Waligora J.M., Norfleet W.T. Extravehicular activities. In: Space Physiology and Medicine. (third edition). Eds.: A.E. Nicogossian, C.L.Huntoon, S.L. Pool. Lea&Febiger: A Waverly Company. 1994:128-40.
11. Хорриган Д.Дж., Валигора Дж.М., Бек Б., Тревино Р.К. Внекорабельная деятельность. В кн.: Человек в космическом полете. Т. 3. Кн. 2. Ред. Антипов В.В., Григорьев А.И., К. Лич Хантун. М.: Наука. 1997: 44869.
12. Барер А.С. Балашов М.М., Бодров А.С., Глазов Г.М., Филипенков С.Н., Щавелев Г.В., Элбакян А.Ц. Физиологические основы и техническая реализация системы поддержания теплового баланса космонавта при ВКД, включая контур автоматического регулировании основных температурных параметров организма. В кн.: Сборник докладов «7-ойМеждународный Аэрокосмический КонгрессIAC'12». М.: Изд. МАТИ. 2012:683-91.
13. Barer A.S., Filipenkov S.N. Suited Crewmember Productivity. Acta Astronautica. 1994; 31 (1):54-7.
14. Elbakyan A.T., Balashov M.M., Filipenkov S.N., Glasov G.M., Gnoevaya N.K., Kubar F.V, Sharipov R.Kh. The automatic thermal control system (ATCS) for the EVA space suit. SAE Technical Paper N 941382. 24th International Conference on Environmental Systems and 5th European Symposium on Space Environmental Control Systems. Fridrichshafen, Germany, June 20-23, 1994.
15. Barer A.S. Physiological and medical aspects of the EVA. The Russian experience. SAE Technical Paper Series. N
951591. 25th International Conference on Environmental Systems. USA. San Diego, California. July 10-13. 1995.
16. Waligora J.M., Pepper L.J. Physiological experience during Shuttle EVA. SAE Technical Paper Series. N
951592. 25th International Conference on Environmental Systems. USA. San Diego, California. July 10-13. 1995.
17. Филипенков С.Н. Пригодность современных моделей терморегуляции человека для имитации космической внекорабельной деятельности. В кн.: Труды 5-го Московского Аэрокосмического Конгресса. М., 2006:227-31.
REFERENCES
1. Abramov I.P., Barer A.S., Vakar M.I., Golovkin L.G., Zinchenko V.P., Filipenkov S.N., Sharipov R.KH., Shchigolev V.V. Physiological and hygienic aspects of supporting of cosmonauts' work in orbital flight.
Kosmicheskaya biologiya i aviakosmicheskaya medi-tsina. 1982; 16 (6): 16-22. (in Russian)
2. Katuntsev VP., Osipov Yu.Yu., Gernhardt M.L., Der-vey J., Thomas K.S., Reeves J.M. Extravehicular activity [Vnekorabel'naya deyatel'nost'] In book: U.S. and Russian cooperation in space biology and medicine. Eds.: I.D. Pestov, C.F.Sawin, N.G.House, S.I. Hanson. [Kosmicheskaya biologiya i meditsina. T. V. Rossiysko-amerikanskoye sotrudnichestvo v oblasti kosmiches-
koy biologii i meditsiny]. Moscow: Nauka; 2009; V(4): 283-352. (in Russian)
3. Katuntsev V.P., Osipov Yu.Yu., Filipenkov S.N., Tarasenkov G.G., Krasnov A.N. Russian Experience in the Medical Support of Extravehicular Activity on International Space Station board: 2001-2015. Meditsina ekstremal'nykh situatsiy. 2016; 55 (1): 8-18. (in Russian)
4. Ta J.B., Trevino R.C. Walking to Olympus an EVA Chronology, 1997-2011;2. NASA Headquarters Washington, DC 20546; 2016.
5. Abramov I.P., Dudnik M.N., Sverak V. I., Severin G.I., Skoog A.I., Stoklitskiy A.Y. Space suits of Russia [Kosmicheskiye skafandry Rossii]. Moscow: OAO NPP «Zvezda»; 2005: 273-82. (in Russian)
6. Barer A.S., Konachevich Yu.G., Filipenkov S.N., Sheikin A.A. Dynamics of parameters of human thermal state while ensuring the heat balance by use of a water cooling garment of space suit. In book: Aerospace medicine. VI All-Union conference on space biology and aerospace medicine. Abstracts. Part 1. [Aviakosmicheskaya meditsina. VI Vsesoyuznaya konferentsiya po kosmicheskoy biologii i aviakosmicheskoy meditsine. Tezisy dokladov. Chast' 1]. Moscow: 1979: 105-6. (in Russian)
7. Barer A.S., Filipenkov S.N. The work of cosmonaut in spacesuit In book: Guide on Physiology: Space Biology and Medicine.[Rukovodstvo po fiziologii: Kosmicheskaya biologiya i meditsina]. Moscow: Nauka; 1987: 146-68. (in Russian)
8. Barer A.S., Filipenkov S.N., Vakar, M.I., Golovkin, L.G., Shchigolev V.V, Kovalenko E. A., Kasyan, I.I., Zinchenko VP., Osipov Yu.Yu. Medical support of the work of cosmonauts in open space. In the book: Physiological problems of weightlessness. [Fiziologicheskie prob-lemy nevesomosti ]. Moscow: Meditsina. 1990: 179-97. (in Russian)
9. McBaron J.W. II, Whitsett C.E., Severin G.I., Abramov I.P. Individual life-support systems of cosmonauts. The provision of extravehicular activity. In book: Life .support and habitability. [Obitayemost' kosmicheskikh letatel'nykh apparatov]. Eds. A.M.Genin, F.M.Sulzman. Moscow: Nauka. 1994; Tom II. Chast II. Gl.14: 389-460. (in Russian)
10. Powell M.R., Horrigan D.J., Waligora J.M., Norfleet W.T. Extravehicular activities. In: Space Physiology and Medicine. (third edition). Eds.: A.E. Nicogossian, C.L.Huntoon, S.L. Pool. Lea&Febiger: A Waverly Company. 1994:128-40.
11. Horrigan D.J., Jr., Waligora J.M., Trevino C.R. Extravehicular activity In the book: Man in space flight. [Chelovek v kosmicheskom polete]. Eds.: V.V.Antipov., A.I.Grigoriev, C.Leach Huntoon. Moscow: Nauka. 1997; Tom III. Kniga 2. Chast VII. Gl.24: 448-69. (in Russian)
12. Barer A.S. Balashov, M. M., Bodrov, A.S., Glazov, G.M., Filipenkov S.N., Shchavelev G.V., Elbakyan A.Ts. Physiological basis and practical implementation of system for maintaining the heat balance of the cosmonaut dur-
ing EVA including an automatic control for basic thermal parameters of human body In: Proceedings of 7th International Aerospace Congress IAC '12" [Sbornik dokla-dov «7-oy Mezhdunarodnyy Aerokosmicheskiy Kongress IAC'12»]. Moscow: Izdatelstvo MATI. 2012: 683-91. (in Russian)
13. Barer A.S., Filipenkov S.N. Suited Crewmember Productivity. Acta Astronautica. 1994; 31 (1):54-7.
14. Elbakyan A.T., Balashov M.M., Filipenkov S.N., Glasov G.M., Gnoevaya N.K., Kubar F.V, Sharipov R.Kh. The automatic thermal control system (ATCS) for the EVA space suit. SAE Technical Paper N 941382. 24th International Conference on Environmental Systems and 5th European Symposium on Space Environmental Control Systems. Fridrichshafen, Germany, June 20-23, 1994.
MEDICAL AND BIOLOGICAL SCIENCES
15. Barer A.S. Physiological and medical aspects of the EVA. The Russian experience. SAE Technical Paper Series. N
951591. 25th International Conference on Environmental Systems. USA. San Diego, California. July 10-13. 1995.
16. Waligora J.M., Pepper L.J. Physiological experience during Shuttle EVA. SAE Technical Paper Series. N
951592. 25th International Conference on Environmental Systems. USA. San Diego, California. July 10-13. 1995.
17. Filipenkov S. N. Suitability of modern models of human thermoregulation for simulation of space extravehicular activity. In: Proceedings of the 5th Moscow Aerospace Congress [Trudy 5-go Moskovskogo Aerokosmicheskogo Kongressa]. Moscow, 2006: 227-31. (in Russian)
Поступила 27 февраля 2019 Принята в печать 17 апреля 2019
