Жилой отсек наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов

Изобретение относится к области наземного моделирования факторов космического полета и может использоваться для подготовки экипажей пилотируемых космических аппаратов к длительным перелетам на другие планеты, в частности на Марс. Предлагаемый жилой отсек выполнен в виде горизонтального полого цилиндра и содержит шесть жилых кают, кухню-столовую, салон для отдыха и общих сборов, помещение, оснащенное главным пультом управления, два туалета. Предусмотрено помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами, а также три люка для стыковки жилого отсека с рабочими модулями указанного комплекса. Жилой отсек оснащен системами вентиляции и кондиционирования, освещения, водоснабжения и канализации, видеонаблюдения и двухсторонней связи. Техническим результатом изобретения является возможность проведения с его помощью сверхдлительных экспериментов при моделировании космических полетов и экспедиций (например, не менее 500 суток - при имитации полета на Марс). 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

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, в частности на Марс, а также для медико-биологических исследований влияния условий длительного космического полета на космонавтов.

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 сложными электронными устройствами для моделирования космического полета, в состав которого входят жилой отсек, модуль управления, медико-технический модуль и т.д. Большую часть времени космонавты проводят в жилом отсеке, где они могут спать, принимать пищу, проводить досуг, выполнять отдельные работы и т.п. В связи с этим одним из наиболее значимых этапов разработки наземного экспериментального комплекса для моделирования космического полета является процесс разработки конструкции жилого отсека.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является жилой 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 жилой 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 плохопригодным 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. Так 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 должен составлять не менее 6 человек, среди которых должна быть по крайней мере одна женщина.

Таким образом, техническим результатом от реализации предлагаемого технического решения является возможность его использования для сверхдлительных экспериментов (например, моделирования полета на Марс - не менее 500 суток), в процессе которого будет обеспечена возможность решать необходимые для этого сложные научно-технические и организационно-управленческие задачи. Базовым условием для выполнения указанной задачи является то, что экипаж, который планируется разместить в предложенном жилом отсеке, будет составлять по меньшей мере шесть человек. При таком количестве можно будет наладить эффективное взаимодействие между членами экипажа для решения задач, которые стоят перед космонавтами в процессе реального сверхдлительного полета, в частности полета на Марс.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известном жилом отсеке наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов, выполненном в форме горизонтально ориентированного полого цилиндра, содержащем четыре жилые каюты, кухню-столовую, салон для отдыха и общих сборов, помещение, оснащенное главным пультом управления, 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, два люка выполнены в торцах жилого отсека, а один - в его стенке вблизи центральной части жилого отсека, при этом жилой отсек оснащен системой вентиляции и кондиционирования, системой освещения, системой водоснабжения и канализации, системой видеонаблюдения и системой двухсторонней связи, согласно предложенному изобретению в состав жилого отсека дополнительно введены еще две жилые каюты, дополнительный туалет, а также помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами, при этом три жилые каюты расположены с одной стороны от помещения, оснащенного главным пультом управления, а три другие жилые каюты расположены с другой стороны от помещения, оснащенного главным пультом управления, помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами, расположено у одного из торцов жилого отсека, а дополнительный туалет примыкает непосредственно к данному помещению.

В предпочтительном варианте предложенного технического решения жилой отсек наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов может быть выполнен с длиной 20,03 м и внешним диаметром 3,6 м с обеспечением полезного объема жилого отсека не менее 150 м³. Как правило, внешние стены жилого отсека выполняют из легкого алюминиевого сплава, внутренние стенки и перегородки выполнены из листов нержавеющей стали и/или гипсокартона, двери в жилые каюты и остальные помещения жилого отсека выполнены из многослойной фанеры, а потолок в жилых каютах и остальных помещениях выполнен из подвесных панелей. При этом пространство между листами внутренних стенок и перегородок может быть заполнено звукоизолирующим материалом.

Жилые каюты могут быть выполнены с площадью 2,8-3,2 м². Люки для стыковки жилого отсека с рабочими модулями наземного экспериментального комплекса могут быть выполнены с диаметром не менее 0,6 м. Жилой отсек может быть дополнительно оснащен системой газового анализа, системой пожарной сигнализации и пожаротушения, локальной вычислительной сетью с возможностью контролируемого подключения к Интернету.

Предложенное изобретение характеризуется следующими чертежами.

На фиг.1 показана конструктивная схема жилого отсека наземного экспериментального комплекса.

На фиг.2 показано положение жилого отсека в общей схеме наземного экспериментального комплекса.

Показанный на фиг.1 жилой отсек выполнен в форме горизонтально ориентированного полого цилиндра 1 длиной 20,03 м и с внешним диаметром 3,6 м, при этом полезный объем жилого отсека составляет не менее 150 м³. Жилой отсек содержит шесть жилых кают 2 с площадью 2,8-3,2 м², кухню-столовую 3, салон для отдыха и общих сборов 4, помещение, оснащенное главным пультом управления 5, туалет 6, примыкающий с одной своей стороны к кухне-столовой 3, а с другой стороны - к одной из жилых кают 2, помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами 7, а также дополнительный туалет 8, который примыкает непосредственно к данному помещению. Три жилые каюты 2 расположены с одной стороны от помещения, оснащенного главным пультом управления 5, а три другие жилые каюты 2 расположены с другой стороны от помещения, оснащенного главным пультом управления 5. Помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами 7, расположено у одного из торцов жилого отсека 1. Кроме того, в предложенном жилом отсеке выполнено три люка 9 диаметром не менее 0,6 м для стыковки жилого отсека с рабочими модулями наземного экспериментального комплекса (медико-техническим модулем 10, хозяйственным модулем 11 и взлетно-посадочным модулем 12, показанным на фиг.2), два люка 9 выполнены в торцах жилого отсека 1, а один - в его стенке вблизи центральной части жилого отсека 1.

Жилой отсек оснащен системой вентиляции и кондиционирования, системой освещения, системой водоснабжения и канализации, системой видеонаблюдения, системой двухсторонней связи, а также системой газового анализа, системой пожарной сигнализации и пожаротушения, локальной вычислительной сетью с возможностью контролируемого подключения к Интернету (на фиг. не показаны). В качестве указанных систем используются те же самые модификации соответствующих систем, которые используются в современных пилотируемых космических аппаратах.

В связи с тем, что по сравнению со своим прототипом предложенный жилой отсек 1 рассчитан на большее число членов экипажа, соответственно возросло и количество жилых кают 2, а также вводится дополнительный туалет 8. Управление моделируемым процессом полета осуществляется при помощи главного пульта управления, при этом каждый из участников эксперимента может осуществлять процедуру управления моделируемым процессом полета в рамках своей компетенции. За время такого длительного эксперимента (более 500 дней) каждому из участников эксперимента придется в среднем пройти от своей жилой каюты 2 до помещения, оснащенного главным пультом управления 5, и обратно в среднем 2500 раз, а это между прочим составляет более 25 км. Для того чтобы минимизировать время, затрачиваемое на хождение от жилой каюты 2 до помещения, оснащенного главным пультом управления 5, три жилые каюты 2 расположены с одной стороны от указанного помещения, а три другие жилые каюты 2 расположены с другой стороны от помещения. Помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами 7, по существу является вспомогательным пультом управления и предназначено для того, чтобы отрабатывать моделируемую процедуру стыковки наземного экспериментального комплекса с внешними космическими аппаратами, которая также может быть предусмотрена программой полета. Учитывая, что в процессе эксперимента его участники посещают помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами 7, гораздо реже, чем помещение, оснащенное главным пультом управления 5, то помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами 7, будет целесообразно расположить у одного из торцов жилого отсека 1. Как показали наблюдения, около торца жилого отсека 1 члены экипажа появляются примерно в три раза реже, чем в его центральной части. Там же может быть расположен и дополнительный туалет 8, поскольку с точки зрения рациональной эксплуатации предложенного жилого отсека дополнительный туалет 8 целесообразно разнести с туалетом 6 на как можно большее расстояние.

Внешние стены жилого отсека 1 целесообразно выполнить из легкого алюминиевого сплава. Это связано с тем, что в основном алюминиевые сплавы слабо окисляются и не выделяют в окружающее пространство вредных для здоровья человека химических компонентов. Следовательно, указанный материал не будет оказывать негативного воздействия на здоровье участников эксперимента, находящихся в жилом отсеке в течение весьма длительного времени проведения эксперимента. Внутренние стенки и перегородки жилого отсека 1 наиболее целесообразно выполнить из листов нержавеющей стали и/или гипсокартона. Указанные материалы обеспечивают хорошую шумоизоляцию и сохраняют это свойство в течение длительного времени. В целях дополнительного улучшения шумоизоляции пространство между листами внутренних стенок и перегородок может быть заполнено звукоизолирующим материалом, например стекловатой. Двери в жилые каюты и остальные помещения жилого отсека могут быть выполнены из многослойной фанеры, а потолок в жилых каютах и остальных помещениях - из подвесных панелей. Это обеспечивает высокую ремонтопригодность указанных объектов, при необходимости участники эксперимента легко могут заменить сломанные изделия на исправные.

Размеры жилых кают 2 и люков 9 выбраны исходя из габаритов среднего человека. Участникам эксперимента должно быть удобно размещаться в жилых каютах 2 и переходить в другие модули через стыковочные люки 9. В этом случае они могут успешно справляться с поставленными задачами в течение всего эксперимента.

Для того чтобы в течение всего срока сверхдлительного эксперимента были обеспечены надлежащие условия пребывания участников эксперимента внутри жилого отсека, 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 жилой отсек адаптирован для работы с питающим напряжения 27 В постоянного тока. Такое напряжение безопасно для здоровья участников эксперимента.

Таким образом, предложенный жилой отсек наземного экспериментального комплекса позволяет с высокой степенью приближения моделировать процедуру сверхдлительных космических полетов, 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 жилого отсека максимально учитывает те нюансы, которые будут сопутствовать настоящему космическому полету на Марс на пилотируемом космическом аппарате.

1. Жилой отсек наземного экспериментального комплекса для моделирования длительных космических полетов, выполненный в форме горизонтально ориентированного полого цилиндра, содержащий четыре жилые каюты, кухню-столовую, салон для отдыха и общих сборов, помещение, оснащенное главным пультом управления, туалет, примыкающий с одной 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, жилой отсек оснащен системами вентиляции и кондиционирования, освещения, водоснабжения и канализации, видеонаблюдения и двухсторонней связи, отличающийся тем, что в его состав дополнительно введены две жилые каюты, туалет, а также помещение, оснащенное тренажерами для моделирования стыковки наземного экспериментального комплекса с космическими аппаратами, при этом три жилые каюты расположены с одной стороны от помещения, оснащенного главным пультом управления, а три другие жилые каюты расположены с другой стороны от данного помещения, помещение, оснащенное указанными тренажерами, расположено у одного из торцов жилого отсека, а дополнительный туалет примыкает непосредственно к этому помещению.

2. Жилой отсек по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с длиной 20,03 м и внешним диаметром 3,6 м, обеспечивая полезный объем жилого отсека не менее 150 м³.

3. Жилой отсек по п.1, отличающийся тем, что его внешние стены выполнены из легкого алюминиевого сплава, внутренние стенки и перегородки выполнены из листов нержавеющей стали и/или гипсокартона, двери в жилые каюты и остальные помещения жилого отсека выполнены из многослойной фанеры, а потолок в жилых каютах и остальных помещениях выполнен из подвесных панелей.

4. Жилой отсек по п.3, отличающийся тем, что пространство между листами внутренних стенок и перегородок заполнено звукоизолирующим материалом.

5. Жилой отсек по п.1, отличающийся тем, что жилые каюты выполнены с площадью 2,8-3,2 м².

6. Жилой отсек по п.1, отличающийся тем, что люки для стыковки жилого отсека с рабочими модулями наземного экспериментального комплекса выполнены с диаметром не менее 0,6 м.

7. Жилой отсек по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно оснащен системами газового анализа, пожарной сигнализации и пожаротушения, а также локальной вычислительной сетью с возможностью ее контролируемого подключения к Интернету.