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.The life and work of astronauts in zero gravity on the ISS (International Space Station) or during an inertial flight of a spacecraft brings numerous threats to their health, which lead to a number of occupational diseases. This begins with the syndrome of space adaptation and then manifests itself through a violation of the flow of blood and fluid in the body, with a prolonged stay of the astronaut in zero gravity conditions, due to the absence of load on the body, atrophy of muscle mass occurs, accompanied by the development of osteoporosis. The health problems of astronauts are significant enough to be ignored. Some of these problems are already being solved (simulators for combating muscle atrophy), another part of the problems (impaired blood and fluid flow, osteoporosis) is awaiting solution. The invention proposed by me relates to the field of ensuring the normal life of astronauts in zero gravity and is a compact centrifuge with a diameter of about 3-4 meters for creating artificial gravity. The use of artificial gravity created by a centrifuge can significantly reduce the negative effect of weightlessness on the astronaut's body: 1) during the adaptation period, 2) adjust the flow of blood and fluid as necessary by creating a gradient (difference) in the pressure of blood and fluid in the body, 3) ensure normal or close to normal gravity during the cosmonaut's nighttime rest. The following options for using artificial gravity are considered as prototypes: 1) patent RU 2586747 "Sleeping place for cosmonauts", 2) patent RU 2662643 "Inflatable disk bed for astronauts". The proposal of the author of the patent RU 2586747 is a cylindrical element rotating about its axis in which two cosmonauts are placed against each other around its circumference, experiencing the action of centrifugal force. For the sake of compactness, the diameter of the cylindrical element is 2 meters. The disadvantages of this proposal are the following: 1) discomfort in the arrangement of astronauts in the device, who are in the embryo position and cannot change this position due to the small radius of the device during the night rest. 2) the inability to normalize the flow of blood and fluid in the body since there is no pressure difference between the head and legs of the astronaut. The whole effect of the proposal is reduced to the creation of a centrifugal force of a load on the body, comparable to the action of gravity. The proposal of the author of patent RU 2662643 "Inflatable disc bed for astronauts" is a flat inflatable disc rotating around its center with astronauts' heads located on it toward the center of the disc and feet toward its circumference. Disadvantages of this design: 1) the effect of centrifugal force on the cosmonaut is similar to the effect of gravity on a person standing vertically relative to the earth's surface, that is, on this disk the astronaut sleeps in the position of a standing person. It is unlikely that such a rest will be complete, 2) the result of a significant difference in the magnitude of the centrifugal force in the area of the head and in the area of the legs will be a large difference in the pressure of blood and fluid in the body, which is not inherent in the normal state of a person. The above disadvantages of prototypes are absent in my invention. The action of the centrifuge I propose differs from prototypes in the following features: 1) artificial gravity created by centrifugal force acts like earth's gravity on a person who is in a horizontal position relative to the earth's surface, that is, his normal position during a night's rest, 2) capsules 7 for accommodating astronauts are located under an angle to the axis of rotation of the centrifuge providing different values of centrifugal force in the area of the astronaut's head and legs, which results in a difference in the pressure of blood and fluid in the body, that is, normalization of blood circulation. The design of the centrifuge is: 1) a rotation shaft 6 with an electric drive 8, 2) two rings 2 and 3 perpendicular to the rotation shaft with different diameters located at a distance from each other and rigidly connected to the rotation shaft by diametrical plates 4 and 5, 3) capsules 7 for placement of astronauts located between rings 2 and 3 and symmetrically around the circumference of the rings, the required number of capsules is determined by a specific application project, 4) electric drives 9 for rotation of capsules 7 relative to the centrifuge rings, 5) supporting surfaces 1 and 10 of the centrifuge.
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.Description of work: The centrifuge is rotated by an electric drive 8, while a centrifugal force of different magnitude occurs at points A and B of the capsule with the astronaut in it due to the difference in the radii of these points relative to the center of rotation. Point A defines the area of the astronaut's head, and point B determines the area of the legs. Centrifugal force of different magnitude at points A and B will lead to a difference in the pressure of blood and fluid in the body from the head area to the leg area, thereby contributing to the normalization of blood and fluid flow. The speed of rotation of the centrifuge can adjust the magnitude of the centrifugal force and centrifugal acceleration in the range from 0 to 1 g (g = 9.8 m / sec. Sq.), That is, create conditions in zero gravity similar to the action of gravity. At the same time, the astronaut's body, having previously only mass, acquires the weight and load on the body corresponding to those of the earth. The angle of inclination of the capsule in relation to the axis of rotation of the centrifuge should correspond to the creation of a gradient (difference) of pressure of blood and liquid similar to the earth. It is possible to rotate the capsule with the astronaut relative to the centrifuge rings, synchronous with the rotation of the centrifuge (but with the direction of rotation opposite to the rotation of the centrifuge itself) to stabilize the position of the astronaut in relation to the room in which the centrifuge is installed. This possibility can be used for the purpose of uniform action of centrifugal acceleration on the astronaut's body from all sides. The therapeutic effect of the centrifuge is that the artificial gravity created by it acts on the astronaut in the capsule similarly to the effect of gravity on a person who is in a position of rest at night, that is, lying down. Therefore, it would be quite logical to use a centrifuge for night rest of astronauts with simultaneous normalization of blood circulation. Both on the ISS and on the spacecraft, the centrifuge can be installed in a separate inflatable compartment.
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.The technical result of the invention is the following: 1) gradual adaptation of the astronaut to weightlessness with periodic use of the centrifuge, 2) creation of a long-term load by the action of centrifugal force during the night rest on the astronaut similar to gravity and contributing to the reduction of muscle mass atrophy and the risk of osteoporosis, 3) normalization the flow of blood and fluid in the body with its inertial prolongation through the creation of a gradient (difference) in the pressure of blood and fluid by tilting the capsule to the axis of rotation of the centrifuge, 4) the simultaneous action of the load and normalization of blood circulation, 5) the magnitude of artificial gravity as well as the pressure and direction of the flow of blood and fluid in the cosmonaut's body created by the centrifuge will correspond to the terrestrial parameters.
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.Essential features of the invention: 1) obtaining, due to the rotation of the centrifuge, artificial gravity acting on the astronaut's body like gravity and creating a load on it to reduce atrophy of muscle mass and reduce the development of osteoporosis, 2) the location of capsules for placing astronauts at an angle to the axis of rotation of the centrifuge in order to create gradient (difference) of pressure of blood and fluid in the body to maintain normal blood and fluid flow of the astronaut.
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.The operating parameters of the centrifuge, which include the rotation speed and the centrifugal force generated by the rotation, should be adjustable in order to determine the optimal operating mode of the centrifuge during the adaptation period and during the night rest period, as well as taking into account the personal qualities of the astronauts.
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.The invention can be implemented on the basis of existing and proven technologies and using a set of products and materials available in the country. The design of the centrifuge should be as lightweight as possible. A preliminary calculation of the centrifuge was carried out with an encouraging result.
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.Description of the drawings: FIG. 1 and FIG. 2 shows and denotes the following elements of the centrifuge design: 1) 1 and 10 - support surfaces of the centrifuge, 2) 6 - centrifuge rotation shaft, 3) bearing rings 2 and 3 that determine the difference in centrifugal forces, 4) 4 and 5 - plates connecting rings 2 and 3 with a rotation shaft 6, 5) 7 - capsules for accommodating astronauts, 6) 8 - centrifuge rotation drive, 7) 9 - capsule rotation drives 7.
