Центрифуга для адаптации и для ночного отдыха космонавтов в условиях невесомости Российский патент 2021 года по МПК B64G1/60 

Жизнь и работа космонавтов в условиях невесомости на МКС (Международной Космической Станции) или во время инерционного полета космического корабля доставляет многочисленные угрозы их здоровью, которые приводят к ряду профессиональных заболеваний. Начинается это с синдрома космической адаптации и далее проявляется через нарушение тока крови и жидкости в организме, при длительном нахождении космонавта в условиях невесомости вследствие отсутствия нагрузки на организм происходит атрофия мышечной массы сопровождаемая развитием остеопороза. Проблемы с нарушением здоровья космонавтов достаточно значительны чтобы не обращать на них внимания. Часть этих проблем решается уже в настоящее время (тренажеры для борьбы с атрофией мышечной массы), другая часть проблем (нарушение тока крови и жидкости, остеопороз) ожидает своего решения. Предлагаемое мной изобретение относится к области обеспечения нормальной жизнедеятельности космонавтов в условиях невесомости и представляет собой компактную центрифугу диаметром около 3-4 метров для создания искусственной гравитации. Применение искусственной гравитации создаваемой центрифугой может значительно снизить негативное действие невесомости на организм космонавта: 1) в период адаптации, 2) корректировать по мере необходимости ток крови и жидкости посредством создания градиента (разности) давления крови и жидкости в организме, 3) обеспечить нормальную или близкую к нормальной гравитацию в период ночного отдыха космонавта. В качестве прототипов рассмотрены следующие варианты применения искусственной гравитации: 1) патент RU 2586747 «Спальное место космонавтов», 2) патент RU 2662643 «Надувная дисковая кровать для космонавтов». Предложение автора патента RU 2586747 представляет собой цилиндрический вращающийся относительно своей оси элемент в котором по его окружности размещены друг против друга два космонавта испытывающие действие центробежной силы. В целях компактности диаметр цилиндрического элемента составляет 2 метра. Недостатками данного предложения является следующее: 1) дискомфорт расположения в устройстве космонавтов находящихся в позе эмбриона и не могущих изменить вследствие малого радиуса устройства эту позу в процессе ночного отдыха. 2) невозможность нормализовать ток крови и жидкости в организме поскольку нет разности давления между областью головы и областью ног космонавта. Весь эффект предложения сводится к созданию центробежной силой нагрузки на организм, сопоставимой с действием земного тяготения. Предложение автора патента RU 2662643 «Надувная дисковая кровать для космонавтов» представляет собой плоский надувной вращающийся вокруг своего центра диск с расположенными на нем космонавтами головами к центру диска и ногами к его окружности. Недостатки этой конструкции: 1) действие центробежной силы на космонавта аналогично действию земного тяготения на человека стоящего вертикально относительно поверхности земли, то есть на этом диске космонавт спит в положении стоящего человека. Вряд ли такой отдых будет полноценным, 2) следствием значительной разности величины центробежной силы в области головы и в области ног будет большая разность давления крови и жидкости в организме не присущая нормальному состоянию человека. Вышеуказанные недостатки прототипов отсутствуют в моем изобретении. Действие предлагаемой мной центрифуги отличается от прототипов следующими признаками: 1) создаваемая центробежной силой искусственная гравитация действует подобно земному тяготению на человека находящегося в горизонтальном положении относительно земной поверхности, то есть его нормальном положении в период ночного отдыха, 2) капсулы 7 для размещения космонавтов расположены под углом к оси вращения центрифуги обеспечивающим разные величины центробежной силы в области головы и ног космонавта результатом чего является разность давления крови и жидкости в организме, то есть нормализация кровообращения. Конструкция центрифуги представляет собой: 1) вал вращения 6 с электроприводом 8, 2) два перпендикулярных валу вращения кольца 2 и 3 с различными диаметрами расположенных на расстоянии друг от друга и жестко соединенных с валом вращения диаметральными пластинами 4 и 5, 3) капсулы 7 для размещения космонавтов расположенные между кольцами 2 и 3 и симметрично по окружности колец, потребное количество капсул определяется конкретным проектом применения, 4) электроприводы 9 вращения капсул 7 относительно колец центрифуги, 5) опорные поверхности 1 и 10 центрифуги.

Описание работы: Центрифуга приводится во вращение электроприводом 8, при этом возникает центробежная сила различная по величине в точках А и Б капсулы с находящемся в ней космонавтом вследствие разности радиусов этих точек относительно центра вращения. Точка А определяет область расположения головы космонавта, а точка Б область расположения ног. Разная по величине центробежная сила в точках А и Б приведет к разности давления крови и жидкости в организме от области головы до области ног способствуя тем самым нормализации тока крови и жидкости. Скоростью вращения центрифуги можно регулировать величину центробежной силы и центробежного ускорения в пределах от 0 до 1 g (g=9,8 м/сек. кв.), то есть создавать в невесомости условия подобные действию земного тяготения. При этом тело космонавта обладая до этого только массой приобретает вес и нагрузку на организм соответствующие земным. Угол наклона капсулы по отношению к оси вращения центрифуги должен соответствовать созданию градиента (разности) давления крови и жидкости аналогичного земному. Предусмотрена возможность вращения капсулы с космонавтом относительно колец центрифуги синхронного с вращением центрифуги (но с направлением вращения противоположным вращению самой центрифуги) для стабилизации положения космонавта по отношению к помещению в котором установлена центрифуга. Такая возможность может быть использована с целью равномерного действия центробежного ускорения на тело космонавта со всех сторон. Терапевтический эффект центрифуги состоит в том, что создаваемая ей искусственная гравитация действует на космонавта в капсуле аналогично действию земного тяготения на человека находящегося в позе ночного отдыха, то есть лежа. Поэтому вполне логичным будет использование центрифуги для ночного отдыха космонавтов с одновременной нормализацией кровообращения. Как на МКС так и на космическом корабле центрифуга может быть установлена в отдельном надувном отсеке.

Техническим результатом изобретения является следующее: 1) постепенная адаптация космонавта к невесомости при периодическом пользовании центрифугой, 2) создание действием центробежной силы долговременной нагрузки в период ночного отдыха на космонавта аналогичной земному тяготению и способствующей уменьшению атрофии мышечной массы и и риска развития остеопороза, 3) нормализация тока крови и жидкости в организме с его инерционной пролонгацией через создание градиента (разницы) давления крови и жидкости наклоном капсулы к оси вращения центрифуги, 4) одновременное действие нагрузки и нормализации кровообращения, 5) величина искусственной гравитации а также давление и направление тока крови и жидкости в организме космонавта создаваемые центрифугой будут соответствовать земным показателям.

Существенные признаки изобретения: 1) получение вследствие вращения центрифуги искусственной гравитации действующей на организм космонавта подобно земному тяготению и создающего на него нагрузку для уменьшения атрофии мышечной массы и уменьшения развития остеопороза, 2) расположение капсул для размещения космонавтов под углом к оси вращения центрифуги с целью создания градиента (разности) давления крови и жидкости в организме для поддержания нормального тока крови и жидкости космонавта.

Параметры работы центрифуги к которым относятся скорость вращения и создаваемая вращением центробежная сила должны иметь возможность регулирования с целью определения оптимального режима работы центрифуги в период адаптации и в период ночного отдыха а также с учетом персональных качеств космонавтов.

Изобретение может быть осуществлено на основе существующих и отработанных технологий и с применением имеющегося в стране набора изделий и материалов. Конструкция центрифуги должна быть максимально облегченной. Производился предварительный расчет центрифуги с получением обнадеживающего результата.

Описание чертежей: на фиг. 1 и фиг. 2 изображены и обозначены следующие элементы конструкции центрифуги: 1) 1 и 10 - опорные поверхности центрифуги, 2) 6 - вал вращения центрифуги, 3) несущие кольца 2 и 3 определяющие разницу центробежных сил, 4) 4 и 5 - пластины соединяющие кольца 2 и 3 с валом вращения 6, 5) 7 - капсулы для размещения космонавтов, 6) 8 - привод вращения центрифуги, 7) 9 - приводы вращения капсул 7.

Центрифуга для адаптации и для ночного отдыха космонавтов в условиях невесомости относится к области обеспечения нормальной жизнедеятельности космонавтов в условиях невесомости и представляет собой компактную центрифугу, состоящую из вала вращения с электроприводом, двух перпендикулярных валу вращения колец с различными диаметрами, расположенных на расстоянии друг от друга и жестко соединенных с валом вращения диаметральными пластинами, капсул с электроприводами для размещения космонавтов, расположенных под углом к оси вращения центрифуги и расположенных между кольцами и симметрично по окружности колец. Центрифуга выполнена с возможностью вращения капсул с космонавтами электроприводами относительно колец центрифуги, синхронного с вращением центрифуги, но с направлением вращения, противоположным вращению самой центрифуги. Вращение центрифуги создает искусственную гравитацию действием центробежной силы, а наклон капсулы с находящимся в ней космонавтом к оси вращения центрифуги вследствие создаваемого градиента (разности) давления нормализует ток крови и жидкости в организме космонавта. Особенность действия центрифуги заключается в том, что искусственная гравитация действует на космонавта, находящегося в естественной позе для ночного отдыха. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Центрифуга для адаптации и для ночного отдыха космонавтов в условиях невесомости, состоящая из вала вращения с электроприводом, двух перпендикулярных валу вращения колец с различными диаметрами, расположенных на расстоянии друг от друга и жестко соединенных с валом вращения диаметральными пластинами, капсул с электроприводами для размещения космонавтов, расположенных под углом к оси вращения центрифуги и расположенных между кольцами и симметрично по окружности колец.

2. Центрифуга для адаптации и для ночного отдыха космонавтов в условиях невесомости по п. 1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью вращения капсул с космонавтами электроприводами относительно колец центрифуги, синхронного с вращением центрифуги, но с направлением вращения, противоположным вращению самой центрифуги.