Русская Википедия:Измеритель массы тела в невесомости
Измеритель массы тела в невесомости (ИМТ, ИМ, массметр) — прибор для измерения массы тела и малых масс в невесомости[1].
Задача
С увеличением длительности космических полётов медики поставили вопрос о необходимости наблюдения за весом космонавтов[2].
Переход в другую среду обитания непременно ведёт к перестройке организма, в том числе и к перераспределению в нём потоков жидкости[2].
В невесомости изменяется ток крови — из нижних конечностей значительная её часть поступает к грудной клетке и голове[2].
Стимулируется процесс обезвоживания организма и человек теряет в весе[2].
Однако потеря даже пятой части воды, которая составляет у человека 60-65 %% весьма опасна для организма[2].
Поэтому медикам понадобился надёжный прибор, для постоянного мониторинга массы тела космонавтов в полёте и при подготовке к возвращению на Землю[2].
Обычные «земные» весы определяют массу или вес тела за счёт гравитационного притяжения Земли определяя силу тяжести, с какой оно давит на прибор[2].
В невесомости такой принцип неприемлем — и пылинка, и контейнер с грузом, при различной массе, имеют равный — нулевой вес[2].
При создании измерителя массы тела в невесомости инженерам пришлось использовать другой принцип[2].
Принцип действия массметра
Измеритель массы тела в невесомости построен по схеме гармонического осциллятора.
Как известно, период свободных колебаний груза на пружине зависит от его массы[2]. Таким образом система осциллятора пересчитывает на массу период колебаний специальной платформы с размещённым на ней космонавтом или каким-нибудь предметом[1].
Тело, массу которого надо измерить, закрепляют на пружине таким образом, чтобы оно могло совершать свободные колебания вдоль оси пружины.
Период <math>T</math> этих колебаний связан с массой тела <math>M</math> соотношением:
- <math>T= 2 \pi \sqrt{\frac{M}{K}}</math>
где К — коэффициент упругости пружины.
Таким образом, зная <math>K</math> и измерив <math>T</math>, можно найти <math>M</math>.
Из формулы видно, что период колебаний не зависит ни от амплитуды, ни от ускорения свободного падения.
Устройство
Выглядящий как «стул» прибор состоит из четырёх частей: площадки для размещения космонавта (верхняя часть), основания, которое крепится к «полу» станции (нижняя часть), стойки и механической средней части, а также электронного блока измерения показаний[3].
Размер прибора: 79,8 х 72 х 31,8 см[3]. Материал: алюминий, резина, стекло органическое[3]. Вес устройства — около 11 килограммов[2].
Верхняя часть устройства, на которую грудью ложится космонавт, состоит из трёх частей[3]. К верхней площадке прикреплён прямоугольный лист оргстекла[3]. Из торца площадки на металлическом стержне выдвигается упор для подбородка космонавта[3].
Нижняя часть прибора представляет собой подковообразное основание, к которому прикреплена механическая часть прибора и блок измерения показаний[3].
Механическая часть состоит из вертикальной цилиндрической стойки, по которой снаружи на подшипниках перемещается второй цилиндр[3]. Снаружи на подвижном цилиндре имеются два маховика со стопорами для фиксации подвижной системы в среднем положении[3].
Сверху к торцу подвижного цилиндра при помощи двух трубчатых кронштейнов прикреплена фигурная площадка для тела космонавта, определяющего свою массу[3].
На нижней половине подвижного цилиндра прикреплены две рукоятки, имеющие на концах курки, с помощью которых стопора подвижной системы утапливаются в рукоятках[3].
Внизу на наружном цилиндре установлена подставка для ног космонавта, имеющая два резиновых колпачка[3].
Внутри цилиндрической стойки движется металлический шток, заделанный одним концом в верхней площадке; на противоположном конце штока установлена тарелка, по обе стороны которой прикреплены две пружины, устанавливающие подвижную систему прибора в среднем положении при нахождении в условиях невесомости[3]. В нижней части стойки закреплён магнитоэлектрический датчик, фиксирующий период колебания подвижной системы[3].
Датчик автоматически учитывает длительность периода колебаний с точностью до тысячной доли секунды[2].
Как показано выше, частота колебаний «стула» зависит от массы груза. Таким образом космонавту достаточно немного покачаться на таких качелях, и через некоторое время электроника посчитает и выдаст результат измерений.
Для измерения массы тела космонавта достаточно 30 секунд[2].
Впоследствии оказалось, что «космические весы» значительно точнее, чем медицинские, которыми пользуются в обиходе[2].
Валентин Лебедев описывает процедуру взвешивания в «Дневнике космонавта» (1982) следующим образом[4]:
Шаблон:Начало цитаты
Первый раз приходится взвешиваться в космосе. Понятно, что обычные весы здесь работать не могут, так как нет веса. Наши весы в отличие от земных необычные, они работают на другом принципе и представляют собой колеблющуюся платформу на пружинах. Перед взвешиванием опускаю платформу, сжимая пружины, до фиксаторов, ложусь на неё, плотно прижимаясь к поверхности, и фиксируюсь, группирую тело, чтобы не болталось, обхватывая профильный ложемент платформы ногами и руками. Нажимаю спуск. Легкий толчок, и ощущаю колебания. Частота их высвечивается на индикаторе в цифровом коде. Считываю его значение, вычитаю код частоты колебания платформы, замеренных без человека, и по таблице определяю свой вес. Получилось 74 кг. Шаблон:Конец цитаты |
История
Прибор для измерения массы тела космонавта был создан не позднее 1976 года в ленинградском специальном конструкторско-технологическом бюро «Биофизприбор» (СКТБ «Биофизприбор»)[3].
Первый массметр был установлен на орбитальной станции «Салют-5»[2][3].
Первыми испытателями прибора в условиях реальной невесомости стали космонавты Борис Волынов и Виталий Жолобов[2][3].
В процессе первых испытаний оказалось, что вес Волынова в Жолобова на борту станции совпал, хотя перед полётом разница составляла почти десять килограммов[2]. Управление полётом предположило, что это ошибка «космических весов»[2]. Однако инженеры разобрались, что инструкция по эксплуатации прибора составлена не совсем ясно[2]. После того, как космонавты воспользовались отправленными на «Салют» разъяснениями, прибор стал показывать результаты точнее, чем обычные земные весы[2].
Разработанный СКТБ «Биофизприбор» измеритель массы действовал много лет в условиях невесомости на борту орбитальных станций «Салют» и «Мир»[3][1].
Модернизированный вариант измерителя массы поставлен на Международную космическую станцию[1].
Примечания
Ссылки
- Видео с демонстрацией работы прибора на МКС: Mass Measurement Шаблон:Wayback.
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокbiofizpribor.ru.im-01m
не указан текст - ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокpravda.1981.19-1
не указан текст - ↑ 3,00 3,01 3,02 3,03 3,04 3,05 3,06 3,07 3,08 3,09 3,10 3,11 3,12 3,13 3,14 3,15 3,16 3,17 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокvm1.culture.ru.0002900183
не указан текст - ↑ Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>
; для сносокvalentinlebedev.livejournal.com.1982.06.11
не указан текст