Томск, Томская область, Россия
Томск, Томская область, Россия
УДК 001.891 Научно-исследовательские работы. Методы исследований
В данной работе проанализированы жилые модули Российской орбитальной станции (РОС). На основе изученных научных исследований выявлены основные физиологические, психические и эмоциональные проблемы космонавтов в условиях длительных полетов Авторами статьи предложены принципы комплексного подхода к решению эргономических задач в условиях космических модулей. Показано что, исследование космического пространства является перспективной проблемой для всего человечества, при этом следует учесть временные промежутки пребывания человека в космосе, которые будут увеличиваться. Полеты за пределы околоземного пространства будут значительно превышать длительность текущих миссий космонавтов. Своевременное изучение проблемы длительного нахождения человека в космосе потребует сотрудничества учёных космических корпораций со специалистами по эргономическому проектированию систем «человек-машина-среда». Разработанные и предложенные принципы эргономических и дизайнерских решений для жилого модуля Российской орбитальной станции в условиях длительного воздействия микрогравитации могут стать одним из этапов плодотворного сотрудничества учёных космических корпораций с молодыми исследователями в сфере эргодизайна.
эргономика, микрогравитация, дизайн-проектирование, космическая станция, космос, Российская орбитальная станция (РОС)
Введение
Космос является экстремальной и непривычной средой для пребывания человека, вследствие чего встает вопрос о необходимости создания безопасных и эргономичных условий, которые помогут астронавтам сохранить здоровье и продуктивность в течение всей миссии. Одним из ключевых аспектов эргодизайна в космосе является обеспечение адаптации к гравитационным условиям: важно создавать особые условия, которые будут способствовать сохранению физического и психоэмоционального здоровья астронавтов. В условиях длительной изоляции и ограниченных возможностей общения с внешним миром, создание комфортной и стимулирующей среды может значительно повлиять на психическое состояние членов экипажа.
Одной из основных проблемой данного исследования является то, что проектирование внутреннего устройства жилого модуля космической станции в наибольшей степени ориентировано на ее технический функционал, чем на длительное нахождение человека внутри.
В 2020 космическая корпорация «Энергия» сделала заявление о том, что в российском сегменте Международной космической станции некоторые из модулей изношены, вследствие чего, после 2025 года начнется постепенный выход из строя частей российского сегмента МКС,
Данное заявление стало ключевым фактором для подписания в 2022 году контракта на проектирование самостоятельной Российской орбитальной станции.
При разработке проекта отечественной станции следует особое внимание обратить на эргономику пространства, так как создание комфортных условий при длительном нахождении в космосе позволит сохранить здоровье членов экипажа, а также поможет сохранить их продуктивность на протяжении всей миссии.
Влияние микрогравитации на психофизиологическое состояние человека рассмотрены во многих научных трудах.
Так, Мунипов В.М., Зинченко В.П [4], исследуют ориентированное на человека проектирование техники, Куклина А.В., Кухта М.С. [2] рассматривают вопросы влияния микрогравитации на физиологическое и психологическое состояние человека, Мясников В.М., Степанова С.И. [1] выявляют факторы риска развития психической астенизации у космонавтов в длительном полете.
Цель данной работы: выявлении основных психофизиологических проблем, возникающих у человека при длительном пребывании в условиях микрогравитации и закрытом пространстве; разработка принципов эргономических и дизайнерских решений для жилого модуля РОС.
Решение обозначенных целей позволит обеспечить комфортное нахождение космонавтов на новой Российской станции и повысит эффективность выполнения поставленных задач.
В данном исследовании применялся метод системного анализа и компаративный метод.
1. Российская орбитальная станция: жилые модули РОС
Космическая корпорация представила эскизный проект. Согласно вышеуказанным статьям, орбитальная станция будет сочетать в себе семь модулей [5] (рис.1): узловой модуль, шлюзовой модуль, базовый или научно-энергетический модуль (НЭМ), целевой производственный модуль, модуль материального обеспечения, коммерческий модуль, платформа-модуль для обслуживания космических аппаратов.
Каюты планируется располагать в двух из семи модулей станции – базовом (НЭМ) (рис.2) и коммерческом модулях (рис.3) [5].
В настоящей статье рассмотрены модули, в которых планируется размещение кают для членов экипажа, так как они представляют интерес с точки зрения эргодизайна и обустройства пространства станции.
Рис. 1. Схема целевых модулей РОС, изображение РКК «Энергия»/РИА Новости
Fig. 1. Scheme of ROS target modules, image of RRS Energia/RIA News
Базовый модуль (научно-энергетический модуль) станции планируют вывести на орбиту после 2025 года. Целью создания базового модуля является обеспечение осовы и функционирования станции. Через данный модуль будут решаться различные задачи, такие как управление станцией, обеспечение электроэнергией, обеспечение связи, размещение кают экипажа, хранение топлива и др. (рис.2) [5].
Рис. 2. Схема базового модуля РОС, изображение РКК «Энергия»/РИА Новости
Fig. 2. Scheme of the ROS base module, image of RRS «Energia»/RIA News
Коммерческий модуль создается с целью коммерциализации космической деятельности. Основными задачами данного модуля являются создание зон для комфортного размещения непрофессиональных участников полета, обеспечение участников полета средствами соц. коммуникации, размещение коммерческой целевой аппаратуры. Внутри планируется размещение до четырех человек [5] (рис.3).
Рис. 3. Схема коммерческого модуля РОС, изображение РКК «Энергия»/РИА Новости
Fig. 3. Scheme of the ROS commercial module , image of of RRS «Energia»/RIA News
Согласно позиции «Роскосмос» и «Энергия», модульная архитектура РОС позволяет производить почти неограниченное число модулей, что позволит решать различные целевые задачи Государства.
Кроме того, возможна не только интеграции модуля в основу конструкции станции, но и создание отдельно летящего обслуживаемого модуля. (рис.4).
Рис.4. Архитектура РОС, изображение «Роскосмос»
Fig.4. The architecture ROS, image of «Roscosmos»
2. Физиологические, психические и эмоциональные проблемы космонавтов в условиях длительных полетов
Воздействие микрогравитации на психофизиологическое состояние человека, риски развития психической астенизации в условиях продолжительного полета, а также проблемы космической эргономики являются ключевой проблемой в условиях активного освоения космоса и второй лунной гонки, участником которой является Россия.
Во время полета космонавтов сопровождает воздействие ряда неблагоприятных факторов: внешних и внутренних [6], [7],(табл.1).
Таблица 1.
Внешние и внутренние неблагоприятные факторы, влияющие на космонавтов в условиях длительных полетов
Table 1.
External and internal adverse factors affecting astronauts during long-term flights
|
Внешние факторы |
Внутренние факторы |
|
Вибрации |
Новизна обстановки |
|
Перегрузки |
Ответственность за исход полета |
|
Микрогравитация |
Ограничение общения |
|
Шумы |
Одиночество |
|
Ограничение подвижности |
Принудительный порядок работы |
|
Замкнутое/ограниченное пространство |
Дефицит разнообразия досуга |
|
Дефицит/избыток времени и информации |
Ограничение общения с близкими |
|
Радиация |
Дефицит информации с Земли |
|
Повторяемость формализованных операций |
Работа по жесткому графику |
Вышеупомянутые неблагоприятные факторы, воздействующие на космонавтов, создают проблемы, с которыми сталкиваются космонавты в условиях длительного нахождения человека в невесомости, - физиологические и психо-эмоциональные проблемы [1,2] (табл.2).
Таблица 2.
Физиологические и психо-эмоциональные проблемы космонавтов в условиях длительных полетов
Table 2.
Physiological and psycho-emotional problems of astronauts during long-term flights
|
Физиологические проблемы |
Психо-эмоциональные проблемы |
|
Синдром космической адаптации |
Конфликты внутри экапажа |
|
Снижение остроты зрения |
Тревога |
|
Снижение способности к передвижению |
Гнев |
|
Нарушение координации |
Страх |
|
Увеличение роста (около 3%) |
Астенический синдром |
|
Атрофия мышц |
Эмоциональная напряженность |
|
Нарушение циркадного ритма |
Снижение мотивации |
|
Потеря ориентации в пространстве |
Депривация сна |
|
Слабость, утомляемость |
Раздражительность |
|
Отсутствие привычной гигиены |
Снижение концентрации и внимания |
Сегодня отсутствует комплексный подход к вопросам эргономического дизайн-проектирования модулей станции. Вышеуказанный комплексный подход помог бы спроектировать такое пространство, в котором даже при условии длительного полета и долгого воздействия микрогравитации, члены экипажа могли сохранять физическое и психическое здоровье и наиболее эффективно выполнять поставленные задачи.
На данном этапе проектирования, основное внимание при разработке и проектировании станции уделяется ее технической стороне.
Обустройство российского сегмента МКС практически повторяет те проекты, которые разработала Балашова Г., создавшая интерьеры советских космических кораблей и орбитальных станций, такие как "Союз", "Салют" и "Мира".
Однако, в условиях современного быстроразвивающегося мира прошлым проектам необходима актуализация и современные технологии. Вместе с тем, необходимо решать задачи по эрго-дизайну жилых модулей проектируемой станции.
В 2023 году студенты РГХПУ им. С.Г. Строганова представили на защиту дизайн-проект станции, который разрабатывали совместно с «Роскосмос», РКК «Энергия». Студенты представили на защиту дизайн-проект интерьера одного из модулей (рис.5).
Задачу по вышеуказанному дизайн-проекту студентам поставили "Роскосмос" и РКК "Энергия", данный факт подтверждает актуальность работы над жилым пространством и улучшением эргономических и дизайнерских решений жилых модулей. Студенты занимались проектированием, жилой зоной (согласно проекту, у космонавтов будет стол, велотренажер, беговая дорожка) и зоной наблюдений.
Рис. 5. Студенты университета им. С.Г. Строганова, защита проекта
Fig. 5. Students of S.G. Stroganov University, project defense
Заключение
Учитывая вышеупомянутые основные проблемы в условиях длительного воздействия микрогравитации, выявляются следующие принципы эргономических и дизайнерских решений для жилого модуля РОС:
- Максимальное использование стен и потолка модуля для жилых целей;
- Разработка кают для одного и двух человек;
- Использование специальных креплений для космонавтов спальных мешков в горизонтальном положении;
- Четкое разграничение верха и низа для удобства ориентации;
- Использование различных способов крепления предметов и перемещения космонавтов;
- Индивидуальное цветовое решение каждого блока жилого модуля в зависимости от его предназначения;
- Создание различных световых и звуковых сценариев в модулях станции;
- Совместная работа дизайнеров и инженеров;
- Разделение функциональных зон;
- Наличие зоны приема пищи, санитарного узла в каждом жилом блоке;
- Обеспечение достаточного количества тренажеров для ежедневных тренировок космонавтов не менее двух часов в день;
- Наличие помещений для эмоциональной разгрузки в жилых модулях для предотвращения психического утомления космонавтов;
- Создание условий временного воздействия света и темноты для выравнивания циркадных ритмов;
- Учет при проектировании нейтрального положения тела космонавта;
- Учет при проектировании смещения зоны видимости космонавта;
- Создание пространства с целью уменьшения многозадачности для космонавтов;
- Размещение достаточного количества ориентиров в жилом модуле;
- Учет статического и динамического положений космонавтов при проектировании.
Рис. 6. Эскизирование на тему жилого модуля РОС, автор – Будянская Е.А.
Fig. 6. Sketching on the theme of the ROS residential module, author – E.A. Budyanskaya
Исходя из вышеизложенного, в космической эргономике аккумулируются результаты эргономических исследований, ставятся новые задачи. Человекоориентированное проектирование жилых и рабочих модулей РОС необходимо для наиболее безопасного пребывания в условиях длительного воздействия микрогравитации и для улучшения выполнения поставленных задач.
Наилучшие результаты в проектировании жилых модулей Российской орбитальной станции будут достигнуты при сотрудничестве космических корпораций и специалистов по эргономике.
Исследование космического пространства является ключевой задачей для всего человечества, с развитием этой области временные промежутки пребывания человека в космосе будут увеличиваться. Полеты за пределы околоземного пространства будут значительно превышать длительность текущих миссий космонавтов. Своевременное изучение вопроса длительного нахождения человека в космосе обеспечит России необходимые знания и опыт для успешного соперничества в освоении космоса.
1. Мясников В.И., Степанова С.И. Факторы риска развития психической астенизации у космонавтов в длительном полете // Вестник Томского государственного педагогического университета (Tomsk State Pedagogical University Bulletin). 2002. Вып. 3 (31). С. 9-18.
2. Куклина А.В., Кухта М.С. Особенности влияния микрогравитации на физиологическое и психологическое состояние человека // Эргодизайн. 2023. №1 (19). С. 62-68. DOIhttps://doi.org/10.30987/2658-4026-2023-1-62-68. EDN XXHUAA.
3. Мунипов В.М., Зинченко В.П. Эргономика: человекоориентированное проектирование техники, программных средств и среды: Учебник. М.: Логос, 2001. 356 с .ISBN 5-94010-043-0.
4. «Роскосмос» [Электронный ресурс]. URL: https://www.roscosmos.ru/# (дата обращения 20.11.2024).
5. Григорьев А.И., Бугров С.А., Богомолов В.В. и др. Обзор медицинских результатов годового полета на станции «Мир» // Космическая биология и авиакосмическая медицина. 1990. Т. 24. № 4. С. 3-11.
6. Мойзер Ф. Галина Балашова. Архитектор советской космической программы / Филипп Мойзер; пер. с нем. Антона Братишко и Ирины Бушуевой. Берлин: DOM Publishers, 2018. 192 с. ISBN 9783869225456.
7. Аким Э.А., Энеев Т.М. Определение параметров движения КЛА по данным траекторных измерений // Космические исследования. 1963. Т.1. № 1. С. 5-50.
8. Pengyan L., Dang Zh., Long X., Yuan L. Human Ergonomics Study in Microgravity Environment. MATEC Web Conf. 2018;221:4-10. DOIhttps://doi.org/10.1051/matecconf/201822104010.
9. Van Ombergen A., Demertzi A., Tomilovskaya E. [et al.] The effect of spaceflight and microgravity on the human brain. Journal of Neurology. 2017;264:18-22. DOIhttps://doi.org/10.1007/s00415-017-8427-x.
10. Jiang A., Yao X., Schlacht I.L., Musso G., Tang T., Westland S. Habitability experiment for the space station´s colour design. Proceedings of the International Conference on Applied Human Factors and Ergonomics. 2020:507-514. DOIhttps://doi.org/10.1007/978-3-030-50943-9_6.
