«Техника-молодежи» 1962 №9, с.25-26

КОСМИЧЕСКАЯ БИОТЕЛЕМЕТРИЯ

Врачи непрерывно следили за психофизиологическим состоянием летчиков-космонавтов А. Николаева и П. Поповича во время их героических полетов на кораблях «Восток-3» и «Восток-4». На верхнем рисунке схематически показана расположение датчиков и электродов на теле космонавта, а на нижнем — характер кривых, отображающих состояние различных органов. Сверху вниз расположены записи биотоков мозга (электроэнцефалограмма — ЭЭГ), мышц глазного яблока (электроокулограмма — ЭОГ), сердечных мышц (электрокардиограмма — ЭКГ), а затем кривые дыхательных движений легких (пневмограмма — ПГ) и кожно-гальванических рефлексов (КГР). Высококачественная советская аппаратура дает возможность всесторонне и оперативно оценивать состояние человека в космосе.

Биотелеметрия может быть простой — одноканальной, и сложной — многоканальной. Каждый канал начинается с цепей источников импульсов информации и заканчивается регистрирующим или запоминающим устройством. Между началом и концом биотелеметрического канала находятся приемное и передающее устройства, усилители, коммутаторы, модуляторы и другие узлы.

При длительных межпланетных полетах радиосвязь космического корабля с Землей будет непостоянной. Для обеспечения непрерывного врачебного контроля необходимо применение устройств, накапливающих информацию и передающих ее по команде во время полета над наземными станциями. Таким образом, биотелеметрическая система должна работать в режиме прямой передачи и в режиме накопления информации.

Как же практически осуществляется биотелеметрия? На определенные участки тела приклеиваются датчики — приборы, предназначенные для преобразования показателей дыхания, пульса и других неэлектрических величин в электрические импульсы.

В качестве датчика пульса, например, может быть применен фотоэлемент с миниатюрной лампочкой. Пульсирующая кровь будет изменять степень освещенности фотоэлемента н, следовательно, величину напряжения на выходе датчика. Для превращения механических воздействий в электрические импульсы в датчиках могут использоваться пьезокристаллы. Датчиком температуры тела с успехом может служить термистор — электрическое сопротивление, изготовленное из полупроводниковых материалов. При изменении температуры термистор меняет величину сопротивления, соответственно меняется величина напряжения на выходе измерительного узла.

Для регистрации дыхания с помощью специального пояса на груди человека или животного крепится омический датчик, в котором изменения окружности груди влияют на величину сопротивления.

В описанных случаях физиологический процесс вызывает определенные электрические сигналы, которые как бы «наносятся», наслаиваются на излучаемую передатчиком частоту с помощью специального модулирующего устройства. В таком виде несущая частота достигает приемной станции.

В неземных устройствах происходит усиление и преобразование сигналов и выделение из них переданного зашифрованного процесса. Последняя операция осуществляется либо посредством обычного детектора, либо с помощью более сложных устройств. Из детектора интересующий нас сигнал через предварительный усилитель подается на регистрирующий прибор, где и документируется в виде соответствующих кривых.

Однако ряд физиологических показателей: электрокардиограмма, электромиограмма, электроэнцефалограмма — отражает собственную биоэлектрическую активность различных органов (сердца, мышц, мозга) н поэтому не нуждается в специальных датчиках-преобразователях. Для их регистрации вместо датчиков используются электроды в виде металлических или иных проводящих пластинок, которые снимают или отводят с заданных участков тела электрические сигналы. Но энергетически они выражаются ничтожной величиной, составляя, например, в мышце менее 0,00001 части всего количества энергии, освобождаемой при ее сокращении. Необходимо с помощью специальных приборов усиливать эти сигналы и их «транспортировать» на пункт приема — на Землю. Чтобы иметь сведения одновременно о многих показателях, применяются радиотелеметрические системы, работающие на различных принципах.

„МЫ ЗНАЛИ, ЧТО ТОВАРИЩИ, ИМЕЯ ВСЕ ДАННЫЕ О ПОЛЕТЕ, В ЛЮБУЮ МИНУТУ СМОГУТ ОКАЗАТЬ ПОМОЩЬ... КОРАБЛЬ „ВОСТОК-3" ЧЕТВЕРО СУТОК БЫЛ ДЛЯ МЕНЯ РОДНЫМ ДОМОМ". Летчик-космонавт АНДРИЯН НИКОЛАЕВ

Летчик-космонавт Герман Титов проходит лабораторные исследования. Укрепленные на его теле датчики позволяют врачам судить о работе различных органов.

Запуск новых советских космических кораблей «Восток-3» и «Восток-4 с космонавтами А. Г. Николаевым и П. Р. Попович открыл новую страницу в летописи достижений советской радиотехники. Впервые две советских космонавте вели между собой разговор непосредственно в мировом пространстве. И можно без преувеличения сказать, что без радиоэлектроники практически было бы невозможно проводить в космосе эксперименты с участием человека и особенно групповые полеты. При полетах кораблей «Восток-3» и «Восток-4» программа биологических измерений была значительно расширена. Одновременно регистрировались: работа сердечной мышцы, дыхательные движения, биотоки мозга, движения глаз и, наконец, кожно-гальванические реакции.

Для записи биотоков сердца электроды располагались с обеих сторон в пятом межреберье по средней подмышечной линии. Для лучшего контакта с телом и устранения наводящих посторонних токов, искажающих биологические сигналы, применялись серебряные электроды, которые предварительно смазывались специальной токопроводящей пастой. Серебряные электроды были вмонтированы также в шлем космонавта, на уровне лба и затылка, для регистрации с этих участков биотоков мозга.

При длительном пребывании в условиях невесомости может нарушаться физиологическое состояние вестибулярного аппарата — основного органа пространственной ориентации. При этом возникают периодические движения глазного яблока (нистагм). Следовательно, по количеству и характеру движения глаз можно судить о функциональном состоянии вестибулярного аппарата. Чтобы регистрировать биотоки мышц глаза, применялись миниатюрные, но весьма надежные серебряные электроды которые располагались справа и слева у наружных углов глаз.

О вегетативных сдвигах и эмоциональном состоянии космонавтов врачи судили также по изменениям кожно-гальванического рефлекса, то есть путем измерения во времени кожного сопротивления. Электроды для этого располагались на столе и в нижней трети голени.

На космических кораблях «Восток-3» и «Восток-4» имелись еще два регистратора: бортовой, обеспечивавший запись всех данных на участке спуска, когда радиопередача невозможна, и автономный — для регистрации пульса, дыхания и некоторых физических параметров после того, как космонавт покидает кабину корабля.

Наши ученые оборудовали корабли и средствами для радиотелевизионной информации. Благодаря этому миллионы людей были как бы соучастниками полетов героев-космонавтов.

Применяемая на космических кораблях медико-биологическая аппаратура весьма устойчива и надежна и сохраняет свою работоспособность при действии перегрузок, вибраций, резких колебаний температуры и при высоком уровне электрических помех. Указанные биотелеметрические системы позволили на приемных пунктах вести оперативный врачебный контроль и максимально гарантировать безопасность длительного полета в космосе.

Анализ радиопереговоров, данные наблюдения за космонавтами и качество выполнения полетного задания позволили судить о состоянии их высшей нервной деятельности на протяжении всего полета.

Оба космонавта хорошо перенесли периоды вывода кораблей на орбиту и при торможении. Их физиологическое состояние даже в эти напряженные минуты было хорошим, и они выполняли различные задания. Из приводимой таблицы видны данные, составленные на основании оперативной обработки части телеметрической информации о частоте пульса и дыхания обоих героев-космонавтов на протяжении 50 часов с момента старта.

Космонавты во время полета освобождались от привязной системы, выходили из кресла и свободно перемещались по кабине. В условиях невесомости сохранялась работоспособность, не отмечалось нарушений функций вестибулярного аппарата. От внимания врачей, осуществлявших оперативный врачебный контроль, не ускользала ни одна деталь физиологического состояния космонавтов. Во время бодрствования и сна организм космонавтов находился под непрерывным контролем. Это огромное достижение науки и техники.

При длительных межпланетных полетах врачи, оставшиеся на Земле, смогут не только следить за состоянием здоровья космонавтов, но при необходимости и активно вмешиваться: давать советы, демонстрировать по телевидению навыки по оказанию взаимопомощи или проведению небольших хирургических вмешательств. Большое место будет отводиться профилактике. При малейшем недомогании, вероятно, будет включено счетно-решающее устройство, установлен точный диагноз и начато эффективное лечение.

Развитие ракетной техники, электроники и кибернетики наряду с успехами биологии и медицины обеспечило реальную базу для длительного пребывания человека в космосе.

Летчик космонавт Павел Попович в летном костюме. На лбу укреплен электрод для записи биотоков мозга, а у наружных углов глаз — электроды для записи биотоков глазодвигательных мышц.