МОДУЛЬ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫЙ НАЗЕМНОГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛИТЕЛЬНЫХ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ НА МАРС Российский патент 2010 года по МПК B64G7/00 G09B9/00 

Изобретение относится к области наземного моделирования действующих факторов космического полета и может использоваться для подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов к длительным космическим перелетам на другие планеты, а также для медико-биологических исследований влияния условий длительного космического полета на космонавта.

Метод наземного моделирования действующих факторов космического полета позволяет эффективно исследовать многие проблемы медико-биологического обеспечения пилотируемых полетов.

К подобным исследованиям относятся следующие известные эксперименты («Модельный эксперимент с длительной изоляцией: проблемы и достижения» под общей редакцией В.М.Баранова, М., - 2001, фирма «Слово»):

- HUBES-94, в котором моделировались условия 135-суточного полета астронавта Европейского космического агентства на орбитальном комплексе «Мир»; к недостатку указанного эксперимента относится то, что в нем были смоделированы особенности только конкретного космического полета, условия которого хорошо известны заранее;

- ЭКОПСИ-95, направленный на исследование взаимодействия человека и высших растений с целью поиска средств повышения психофизиологической комфортности длительного пребывания человека в условиях изоляции; к недостатку указанного эксперимента относится то, что он был направлен только на изучение механизмов воздействия на организм человека неблагоприятных факторов долговременного космического полета;

- SFINCSS-99, совмещающий в себе конкретную практическую направленность, учет существенных аспектов будущего космического полета с поиском фундаментальных закономерностей жизнедеятельности человека в новых условиях обитания. Продолжительность эксперимента составила 240 суток. Проводилось изучение 2 экипажей, одновременно функционирующих в автономных герметичных модулях. Эксперимент SFINCSS-99 взят за прототип. К недостаткам указанного эксперимента можно отнести продолжительность смоделированного эксперимента, недостаточную для полета на такую удаленную планету, как Марс, а также небольшой объем проведенных исследований из-за малого жизненного пространства автономных герметичных модулей.

Известен, например, отсек наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов - ЭУ-37, реализованный в процессе эксперимента SFINCSS-99, описанный в книге «Модельный эксперимент с длительной изоляцией: проблемы и достижения» под ред. В.М.Баранова, М.: «Слово», 2001 г., стр.25-29 (конструкция жилого отсека ЭУ-37 приведена на рис.2 на стр.28). Указанный отсек выполнен в форме горизонтально ориентированного полого цилиндра и содержит четыре жилые каюты, кухню-столовую, салон для отдыха и общих сборов, помещение, оснащенное главным пультом управления, мастерскую, туалет, примыкающий с одной своей стороны к кухне-столовой, а с другой стороны - к одной из жилых кают, три люка для стыковки жилого отсека с рабочими модулями наземного экспериментального комплекса, причем два люка выполнены в торцах жилого отсека, а один - в его стенке вблизи центральной части жилого отсека. Три жилые каюты расположены в центральной части жилого отсека, а одна расположена вблизи одного из его торцов. Одним из основных недостатков описанной выше конструкции жилого отсека является то, что он является плохо пригодным для проведения сверхдлительных экспериментов, например порядка 500 суток (примерно таким планируется время полета на Марс). Так в рамках эксперимента SFINCSS-99 жилой отсек ЭУ-37 был задействован на 110 суток. Указанный срок по существу является предельным для пребывания экипажа в указанном жилом отсеке. В том случае, если применительно к рассматриваемому жилому отсеку время его эксплуатации будет увеличено, то, как показали исследования, экипаж не сможет эффективно решать те задачи, которые стоят перед космонавтами в процессе реального полета. Для сверхдлительных экспериментов сроком 1 год и более прежде всего требуется более многочисленный экипаж для того, чтобы выполнять более сложные задания, сопутствующие такому длительному эксперименту.

Известен также способ проведения эксперимента RU 2348572, 2008, G09B 9/00, где описан взлетно-посадочный модуль, снабженный, как и другие модули комплекса, системами обеспечения жизнедеятельности, в котором созданы условия для 21-суточного воздействия гипокинезии для моделирования перехода к инопланетной гравитации.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является наземный экспериментальный комплекс - RU 2329184, 2008, G09B 9/00, являющийся наиболее близким аналогом, где описана тренировочная модель для имитации взлетно-посадочного модуля наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов, в том числе на Марс, выполненный в виде герметичного металлического цилиндра общим объемом 50 м³, содержащего жилой отсек с 3-мя спальными местами, рабочую зону, место для приготовления и приема пищи, санузел, два переходных шлюза с люками для перехода в соседние модули и снабженного люками для аварийной эвакуации из модуля, системами обеспечения жизнедеятельности, управления и контроля технических средств, в том числе системой теленаблюдения, связи и часами, градуированными по марсианскому времени.

Запуску любого космического корабля предшествует длительная процедура моделирования космического полета в соответствующем наземном экспериментальном комплексе, в процессе которой космонавты проходят курс обучения работе и взаимодействию в условиях космического полета, а также исследуется влияние моделируемых условий полета на состояние членов экипажа. Наземный экспериментальный комплекс - сложный многомодульный агрегат, оснащенный различным оборудованием для моделирования космического полета, в состав которого входят жилой отсек, модуль управления, медико-технический модуль и т.д. Определенный период времени космонавты проведут во взлетно-посадочном модуле, где они могут спать, принимать пищу, проводить досуг, выполнять отдельные работы и т.п. В связи с этим, важным этапом разработки наземного экспериментального комплекса для моделирования космического полета является процесс разработки конструкции каждого отсека.

В процессе научно-технических и медико-биологических исследований было установлено, что при планируемом полете на Марс, который по предварительным расчетам составит не менее 500 земных суток, численный состав экипажа взлетно-посадочного модуля должен составлять 3 человека. Таким образом, техническим результатом от реализации предлагаемого технического решения является возможность его использования для создания условия 21-суточного воздействия гипокинезии для моделирования перехода к инопланетной гравитации.

Кроме указанного технический результат предложенного изобретения заключается в следующем:

- возможность разработки конкретного конструктивного решения для увеличения длительности эксперимента, моделирующего пилотируемый полет к Марсу, до 520 дней;

- возможность моделирования ситуаций, связанных с приземлением взлетно-посадочного модуля на поверхность планеты Марс;

- повышение надежности функционирования наземного экспериментального комплекса в условиях полной изоляции внутреннего объема модулей и большой длительности эксперимента, при этом участники эксперимента находятся в моделируемых в течение эксперимента условиях, максимально приближенных к условиям длительного реального космического полета на Марс, в том числе с переходом на марсианское время в модуле, максимально приближенном к посадке и взлету с имитируемой марсианской поверхности.

Указанный технический результат достигается за счет того, что модуль взлетно-посадочный наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов, в том числе на Марс, выполнен в виде герметичного металлического цилиндра общим объемом 50 м³, содержащего жилой отсек с 3-мя спальными местами, рабочую зону, место для приготовления и приема пищи, санузел, два переходных шлюза с люками для перехода в соседние модули и снабженного люками для аварийной эвакуации из модуля, системами обеспечения жизнедеятельности, управления и контроля технических средств, в том числе системой теленаблюдения, связи и часами, градуированными по марсианскому времени, в котором созданы условия для 21-суточного воздействия гипокинезии для моделирования перехода к инопланетной гравитации, модуль выполнен с внешним диаметром 3,6 м, горизонтально расположен на опорах и дополнительно содержит систему связи с поверхностью исследуемой планеты и систему аварийного освещения со светодиодами, а внутренняя часть модуля выполнена из силового каркаса из нержавеющей стали, стены и пол модуля отделаны панелями из натурального дерева, мебель выполнена из дерева с использованием металлических элементов, а потолок выполнен из подвесных панелей.

Осуществление изобретения.

Модуль взлетно-посадочный наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов, в том числе на Марс, предназначен для имитации экипажем деятельности в процессе полетов.

Модуль выполнен в виде горизонтально расположенного на опорах герметичного металлического цилиндра с внешним диаметром 3,6 м и общим объемом 50 м³. Предназначен для имитации посадочного модуля на марсианскую поверхность с расчетом автономного пребывания и проживания в нем до 3-х членов экипажа в течение 2-3 месяцев и включает в себя:

- жилой отсек с 3-мя спальными местами;

- рабочую зону;

- место для приготовления и приема пищи;

- санузел;

- два переходных шлюза с люками для перехода в модуль ЭУ-150 и в шлюзовую камеру имитатора марсианской поверхности;

- системы обеспечения жизнедеятельности;

- систему контроля и управления модулем ЭУ-50;

- систему связи с имитатором марсианской поверхности.

Внутренний интерьер модуля состоит из стального силового каркаса из нержавеющей стали, стены и пол модуля отделаны панелями из натурального дерева, потолок - подвесными панелями.

Мебель модуля деревянная с использованием металлических элементов.

Система аварийного освещения модуля оснащена экономичными светодиодными светильниками.

Для того чтобы в течение всего срока эксперимента были обеспечены надлежащие условия пребывания участников эксперимента внутри этого модуля, он в обязательном порядке должен быть оснащен рядом систем жизнеобеспечения, а именно системой вентиляции и кондиционирования, системой освещения, системой водоснабжения и канализации, системой видеонаблюдения, системой двухсторонней связи. Однако эксплуатируемые в настоящее время пилотируемые космические аппараты в целях повышения безопасности полетов также оснащены рядом дополнительных систем жизнеобеспечения и контроля параметров полета. Поэтому для того, чтобы приблизить рассматриваемый процесс моделирования космического полета к реальному полету, будет целесообразным дополнительно оснастить предлагаемый комплекс, например, системой газового анализа, системой пожарной сигнализации и пожаротушения, локальной вычислительной сетью с возможностью контролируемого подключения к Интернету. В целях обеспечения электробезопасности модуль адаптирован для работы с питающим напряжения 27 В постоянного тока. Такое напряжение безопасно для здоровья участников эксперимента.

Таким образом, предложенный взлетно-посадочный модуль наземного экспериментального комплекса позволяет с высокой степенью приближения моделировать процедуру посадки и взлета с поверхности иных планет при сверхдлительных космических полетах, в частности полета на Марс. Участники эксперимента будут подвергаться воздействию комплекса одновременно или последовательно действующих факторов, присущих динамике межпланетного полета, космической среде и условиям жизнедеятельности в замкнутом пространстве. Конструкция модуля максимально учитывает те нюансы, которые будут сопутствовать настоящему космическому полету на Марс на пилотируемом космическом аппарате.

Изобретение относится к области наземного моделирования факторов космического полета и может использоваться для подготовки экипажей космических кораблей. Модуль выполнен в виде герметичного металлического цилиндра общим объемом 50 м³ и содержит жилой отсек с тремя спальными местами, рабочую зону, место для приготовления и приема пищи, санузел. Предусмотрены два шлюза с люками для перехода в соседние модули и люками для аварийной эвакуации из модуля, системами обеспечения жизнедеятельности, управления, связи и контроля технических средств (в т.ч. теленаблюдения). Имеются часы, проградуированные по марсианскому времени. Для моделирования перехода к инопланетной гравитации в модуле созданы условия для воздействия гипокинезии в течение 21 суток. Модуль имеет диаметр 3,6 м, горизонтально расположен на опорах и дополнительно снабжен системами связи с поверхностью исследуемой планеты и аварийного освещения со светодиодами. Внутренняя часть модуля выполнена на основе силового каркаса из нержавеющей стали, стены и пол отделаны панелями из натурального дерева. Мебель изготовлена из дерева с использованием металлических элементов, а потолок выполнен из подвесных панелей. Технический результат изобретения состоит в расширении и приближении к реальным комплекса моделируемых условий сверхдлительного космического полета.

Модуль взлетно-посадочный наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов, в том числе на Марс, выполненный в виде герметичного металлического цилиндра общим объемом 50 м³, содержащего жилой отсек с тремя спальными местами, рабочую зону, место для приготовления и приема пищи, санузел, два переходных шлюза с люками для перехода в соседние модули и снабженного люками для аварийной эвакуации из модуля, системами обеспечения жизнедеятельности, управления и контроля технических средств, в том числе системой теленаблюдения, связи и часами, градуированными по марсианскому времени, в котором для моделирования перехода к инопланетной гравитации созданы условия для воздействия гипокинезии в течение 21 сут, отличающийся тем, что модуль выполнен с внешним диаметром 3,6 м, горизонтально расположен на опорах и дополнительно содержит систему связи с поверхностью исследуемой планеты и систему аварийного освещения со светодиодами, а внутренняя часть модуля выполнена из силового каркаса из нержавеющей стали, стены и пол модуля отделаны панелями из натурального дерева, мебель выполнена из дерева с использованием металлических элементов, а потолок выполнен из подвесных панелей.