Специфика медико-биологического обеспечения пилотируемой экспедиции на Марс во многом обусловлена факторами и условиями марсианской экспедиции.

Участники экспедиции будут подвергаться воздействию комплекса одновременно или последовательно действующих факторов, присущих динамике межпланетного полета, космической среде, условиям жизнедеятельности в замкнутом пространстве и непосредственного пребывания на планете. Основными из них являются следующие.

• Общие условия экспедиции:

- большая продолжительность,

- автономность,

- задержки и перерывы информационного обмена с Землей.

• Физические факторы межпланетного пространства:

- высокие уровни космической радиации,

- гипомагнитная среда,

- метеоритная опасность.

• Динамические факторы межпланетного полета:

- невесомость (микрогравитация),

- перегрузки при взлетах, посадках и маневрах.

• Факторы замкнутой среды обитания:

- ограниченное жизненное пространство,

- присутствие в атмосфере токсических веществ,

- повышенная микробная обсеменённость среды,

- шум.

• Психосоциальные факторы:

- социальная изоляция,

- отрыв от привычной земной жизни,

- высокие психоэмоциональные нагрузки,

- ответственная операторская деятельность,

- внутригрупповое и межгрупповое взаимодействие,

- деятельность в составе интернационального экипажа.

• Условия пребывания на Марсе:

- гипогравитация 0,38 g,

- высокие уровни ионизирующей радиации,

- гипомагнитная среда,

- низкие температуры со значительными суточными и сезонными колебаниями,

- низкое атмосферное давление,

- высокое содержание в атмосфере СО₂ низкое содержание O₂,

- пылевые бури (токсикологические и др. аспекты), сильные ветры,

- возможность встречи с экзобиологическими проблемами.

Первостепенное значение среди условий и факторов марсианской экспедиции имеют ее продолжительность и автономность. С увеличением продолжительности экспедиции у космонавтов могут усиливаться неблагоприятные физиологические и психологические изменения, возрастать дозы радиационного облучения, повышаться риск возникновения опасных ситуаций (аварии, технические отказы, столкновение с метеоритами, заболевания и др.). Минимальная продолжительность марсианской экспедиции, включая межпланетные перелеты и кратковременное пребывание на Марсе, при современных технических возможностях составляет около 450 суток. Этот срок сопоставим с рекордным по длительности орбитальным полетом космонавта В.В. Полякова на станции «Мир».

Автономность марсианской экспедиции предполагает независимость ее систем жизнеобеспечения, медицинского и психологического обеспечения от наземных служб и обусловливает необходимость принятия самостоятельных решений возникающих проблем. Автономность значительно повышает требования к системам медицинского и психологического обеспечения, жизнеобеспечения, радиационной безопасности, к надежности медико-технических систем и информационного обеспечения и является основанием для создания бортового медицинского центра.

В межпланетном полете космонавтам предстоит адаптироваться к широкому диапазону различных уровней силы тяжести. Во время межпланетных перелетов космонавты значительное время будут находиться в условиях невесомости (0 g), в период пребывания на Марсе будут подвергаться воздействию пониженной силы тяжести величиной 0,38 g, при стартах и посадках на них будут оказывать действие перегрузки величиной в несколько единицу (до 3-4,5 g); g= 9,81 м/с² - величина земного ускорения силы тяжести.

В настоящее время эффекты длительного воздействия на организм человека невесомости и влияния перегрузок изучены достаточно хорошо. Невесомость останется главным фактором межпланетного полета и детренирующее влияние эффектов невесомости на гравитационно зависимые функции организма будет оставаться в центре внимания космической медицины с целью создания усовершенствованных и новых средств профилактики.

Другим важнейшим фактором марсианской экспедиции является космическая радиация, которая потребует создания специальных мер радиационной защиты и безопасности. Радиационная обстановка в межпланетном пространстве и на поверхности Марса значительно отличается от обстановки на околоземных орбитах. Она является более опасной и может в определенных условиях (при крупных солнечных вспышках) представлять реальную угрозу для жизни и здоровья космонавтов. Радиационные условия в марсианской экспедиции в основном будут определяться галактическими и солнечными космическими лучами, а также вторичными нейтронными излучениями, возникающими на поверхности Марса и при взаимодействии космических излучений с материалами корабля и радиационного убежища. Суммарные дозы, которые получат космонавты за время экспедиции, могут оказаться примерно в 4-10 раз выше, чем в орбитальных полетах большой продолжительности (доза, которую получил В.В. Поляков за 14 мес. полета равнялась 14 сЗв), но они не должны превышать предельно допустимые стандартами дозы облучений, за исключением случаев возникновения крупных солнечных событий.

В марсианской экспедиции космонавты впервые столкнутся с продолжительным воздействием нового мало изученного фактора - гипомагнитной среды. На Земле все живые организмы подвергаются воздействию постоянного магнитного поля (МП), его естественных колебаний и наложенных на них переменных магнитных полей, обусловленными изменениями в ионосфере и магнитосфере. Величина МП в межпланетном пространстве и на поверхности Марса будет соответственно в 10^-4 и 10^-3 раз меньше, чем на Земле. Имеются данные о неблагоприятном влиянии пониженного МП на жизнедеятельность человека, животных и микроорганизмов. В частности, выявлены неблагоприятные функциональные сдвиги в нервной, сердечно-сосудистой и иммунной системах. Эти данные, а также результаты исследований молекулярных механизмов биологического действия МП позволяют предположить, что длительное отсутствие привычного МП может оказывать негативное влияние на биологические и физиологические процессы. Рассматривается возможность создания на борту марсианского корабля МП близкого по величине к среднему значению Земли.

Жизнь и профессиональная деятельность космонавтов будут проходить в условиях замкнутой искусственной среды ограниченного объема. Присущие такой среде физические, физико-химические и микробиологические факторы будут оказывать неблагоприятное влияние на организм человека и потребуют разработки соответствующих защитных и гигиенических мер.

Отдельный комплекс психосоциальных факторов связан с условиями и особенностями психической деятельности космонавтов. Необходим глубокий анализ влияния этих факторов, учет высокой уязвимости и хрупкости человеческой психики в экстремальных условиях межпланетной миссии.

Период пребывания на Марсе потребует от космонавтов большого напряжения и ответственности. Деятельность на планете, перемещение и передвижение, эмоциональный стресс и возможность возникновения непредвиденных ситуаций делают этот период экспедиции не только чрезвычайно насыщенными, но и потенциально весьма рискованным. Потребуется создание специальной системы медико-биологического обеспечения, адекватной этим условиям.

Рассмотрение факторов и условий проведения марсианской экспедиции позволяет сделать вывод о том, что пилотируемая экспедиция на Марс по сложности и уровню риска будет значительно превосходить орбитальные полеты сопоставимой продолжительности.

12.2. Задачи и структура медико-биологического обеспечения экспедиции

Основными задачами медико-биологического обеспечения марсианской экспедиции являются обеспечение медицинской безопасности, здоровья и работоспособности членов экипажа на всех этапах подготовки и проведения экспедиции, а также после ее завершения. Выполнению этих задач должна отвечать соответствующая структура медико-биологического обеспечения, которая будет включать в качестве отдельных компонентов системы медицинского обеспечения, психологического обеспечения, жизнеобеспечения, радиационной безопасности и информационного обеспечения.

Система медицинского обеспечения позволит осуществлять текущий и углубленный контроль состояния здоровья членов экипажа, диагностику и лечение заболеваний и травм и проведение реабилитационных мероприятий на борту.

Система психологического обеспечения включает психологический мониторинг, психологическую поддержку, регулирование внутригрупповых и межгрупповых отношений, поддержание профессиональных навыков операторской деятельности, и оптимального режима труда и отдыха.

Система жизнеобеспечения включает комплекс регенеративных устройств для обеспечения кислородом и водой. В функции системы жизнеобеспечения входят также обеспечение питанием, создание нормальной среды обитания, стабилизация и удаление отходов, обеспечение санитарно-гигиенических процедур и микробиологической безопасности. Регенеративные физико-химические устройства в первой марсианской экспедиции могут быть дополнены биологическим звеном - высшими растениями.

Система радиационной безопасности должна обеспечить радиационный мониторинг, своевременный прогноз и оповещение о радиационной опасности, эффективную защиту при воздействии опасных доз радиации, профилактику, выдачу рекомендаций и лечение.

Необходимым условием медицинского обеспечения в марсианской экспедиции будет наличие бортового медицинского центра.

Основными компонентами медицинского центра будут специализированные аппаратурные комплексы медицинского обеспечения, информационно-аналитический центр, автоматизированное место врача, блок телемедицины, клиника. Важное место будет занимать блок телемедицины, при помощи которого будет осуществляться обмен медицинской информации бортового медицинского центра с Центром управления полетом, взлетно-посадочным комплексом (ВПК) и жилым марсианским модулем.

В межпланетной экспедиции потребуется создание специализированных аппаратурных комплексов, использующих современные компьютерные технологии для получения специализированной информации, ее автоматизированной обработки и анализа. Аппаратурные комплексы могут представлять собой отдельные блоки и системы для медицинского контроля, проведения медицинских исследований, оценки операторской деятельности, профилактики, контроля радиационной обстановки и мониторинга среды обитания.

В функции информационно-аналитического центра будут входить: поддержание информационной базы медицинских знаний и медицинских данных (в том числе архивных), получение и анализ многопараметрических информационных данных, получаемых от аппаратурных комплексов системы медицинского обеспечения и системы жизнеобеспечения, поддержка принятия решений по оптимизации здоровья и деятельности и прогноз динамики состояния здоровья.

Предлагаемая структура медико-биологического обеспечения марсианской экспедиции требует верификации в условиях модельных наземных экспериментов.

12.3. Медицинское обеспечение экспедиции

12.3.1. Цели и задачи медицинского обеспечения

Важнейшим условием успешного проведения пилотируемой марсианской экспедиции является ее надежное медицинское обеспечение.

Основной целью медицинского обеспечения является сохранение здоровья и работоспособности членов экипажа на всех этапах подготовки, проведения и после ее завершения.

Задачами медицинского обеспечения марсианской экспедиции являются:

• мониторинг состояния здоровья;

• лечение наиболее вероятных заболеваний;

• решение медицинских и физиологических проблем, обусловленных длительным пребыванием в условиях невесомости, воздействием гравитационных перегрузок, гипогравитации на Марсе и реадаптацией к земной силе тяжести;

• обеспечение психологической устойчивости, работоспособности, надежности операторской деятельности и оптимального взаимодействия членов экипажа;

• формирование и поддержание полноценной среды обитания;

• обеспечение радиационной безопасности участников экспедиции.

(Две последние задачи и подходы к их решению будут рассматриваться отдельно).

Для решения указанных задач необходимо создать систему медицинского обеспечения, учитывающую особенности межпланетной экспедиции, способную эффективно функционировать на всех этапах ее проведения.

В разработке и создании такой системы, наряду со специалистами в области космической медицины, будут участвовать специалисты по проектированию космических кораблей, систем жизнеобеспечения и радиационной защиты, а также специалисты в области информационных технологий.

12.3.2. Факторы риска в марсианской экспедиции

Одной из наиболее важных проблем при создании системы медицинского обеспечения является определение степени приемлемого риска для экипажа и успеха экспедиции в целом. Риск в любом полете не может быть нулевым, поскольку он связан с наличием физической опасности и возможностью нарушения здоровья. Источники риска в условиях космического полета многочисленны и не всегда могут быть учтены.

К факторам риска в условиях космического полета принято относить такое состояние космического корабля, бортовой системы и любого члена экипажа, при котором существует угроза здоровью и жизни человека [12.1]. Многие факторы межпланетного полета будут способствовать развитию нарушений в состоянии здоровья членов экипажа, вследствие чего будет возрастать вероятность возникновения неблагоприятных состояний или заболеваний. На основе анализа данных, полученных в длительных орбитальных полетах, представляется возможным определить наиболее вероятные источники медицинского риска в марсианской экспедиции.

К ним относятся в первую очередь длительное пребывание в невесомости, приводящее к развитию детренированности организма и других неблагоприятных состояний, воздействие на организм перегрузок после продолжительного пребывания в условиях невесомости, недостаточное использование средств профилактики, нарушения режима труда и отдыха, сна; режима питания, дисбактериоз.

Факторами риска могут стать нарушения среды обитания при недостаточно эффективной работе систем жизнеобеспечения, включая отклонения от нормы параметров газовой среды и микроклимата, превышение допустимых концентраций вредных токсических веществ в атмосфере; повышение уровня микробной обсеменённости покровных тканей человека и окружающей среды.

Опасные ситуации могут возникать при разгерметизации корабля или отдельных отсеков в результате столкновения с метеоритами.

Психологические факторы риска могут быть обусловлены напряженной, жестко регламентированной деятельностью и длительным пребыванием в условиях изоляции, стрессорными факторами, психологической несовместимостью и конфликтами.

Значительный риск представляет космическая радиация (галактические и солнечные космические лучи), которые потребуют создания надежной радиационной защиты экипажа.

Во время пребывания на Марсе факторами риска могут быть воздействие пониженной силы тяжести в 0,38 g, интенсивные физические нагрузки, связанные с большим объемом деятельности вне жилого модуля, влияние гипе-роксической среды при работе в скафандре и психоэмоциональный стресс, связанный с воздействием условий пребывания на малознакомой планете.

Источником риска во время пребывания на Марсе может быть попадание пыли или частиц грунта в атмосферу жилых отсеков, что может оказать непосредственное влияние на микрофлору кожи и слизистых оболочек. Нельзя также исключить контакт человека с микроорганизмами в том случае, если они существуют на Марсе. Отмеченные факторы могут приводить к развитию аллергических реакций и других неблагоприятных состояний или неизвестных заболеваний.

12.3.3. Влияние невесомости

Особого внимания в марсианской экспедиции заслуживают эффекты длительного влияния невесомости. Анализ данных, полученных в космических полетах и в модельных экспериментах, позволил выяснить основные механизмы влияния невесомости на организм человека [12.2].

Первичным запускающим фактором является исчезновение в невесомости веса тела. Затем включаются вторичные механизмы - изменение сенсорного входа с гравирецепторов, устранение гидростатического давления жидких сред организма, снятие весовой нагрузки на опорные структуры скелета и мышечную систему и др.

Основные изменения (симптомокомплексы), развивающиеся в организме человека в условиях длительного влияния невесомости, представлены в табл. 12.1.

Изменение сенсорного входа проявляется в уменьшении афферентной им-пульсации. В результате развивается функциональная деафферентация ото-литового аппарата и опорных зон стопы, снижается активность мышечных рецепторов (проприоцепторов). Дефицит проприоцептивной информации приводит к нарушению взаимодействия сенсорных систем, что является причиной развития зрительных иллюзий, симптомов болезни движения и глубоких изменений в функционировании системы управления движениями.

Снятие гидростатического давления сопровождается перераспределением крови и других жидких сред организма. В невесомости происходит перемещение крови из вен нижних конечностей в верхнюю часть тела, которое приводит к переполнению кровью головы, отёку тканей в области шеи и головы и другим реакциям. В дальнейшем развиваются процессы адаптации, приводящие к установлению нового уровня функционирования сердечно-сосудистой системы и водно-солевого баланса и других систем организма.

Отсутствие в условиях невесомости весовой нагрузки на опорно-двигательный аппарат сопровождается функциональной недогрузкой мышц и опорной разгрузкой, что приводит к снижению мышечного тонуса, развитию атрофии антигравитационных мышц и уменьшению их силы.

В результате воздействия невесомости в организме развивается комплекс изменений белкового и водно-солевого и энергетического обмена.

Табл. 12.1. Реакции основных систем организма на пребывание в невесомости

Функциональные системы	Симптоматика
Сенсорная	Снижение активности опорного и проприоцептивного входа. Уменьшение статической и повышение динамической возбудимости вестибулярных рецепторов. Нарушение взаимодействия сенсорных систем, возникновение иллюзий, развитие космической болезни движения
Двигательная	Атония антигравитационной мускулатуры, атрофия, изменение сократительных свойств антигравитационных мышц. Нарушение деятельности систем управления движениями
Костная	Остеопения костей, несущих опорную нагрузку (поясничный отдел позвоночника, тазовые и бедренные кости). Снижение минеральной плотности костей
Сердечно-сосудистая	Тенденция возникновения сердечных аритмий при нагрузках. Снижение ортостатической и физической устойчивости
Водно-солевой баланс	Гипогидратация организма. Уменьшение объёма плазмы крови и межклеточной жидкости. Отрицательный баланс ряда минералов, включая кальций
Система крови	Функциональная эритроцитопения, развитие морфологических и метаболических изменений в эритроцитах
Метаболизм	Преобладание процессов распада над процессами синтеза, отрицательный азотистый баланс. Прогрессирующее замедление утилизации глюкозы
Иммунная система	Уменьшение активности Т-клеточной системы иммунитета и противовирусного иммунитета

В костях, несущих опорную нагрузку, снижается минеральная насыщенность, процессы распада в костной ткани начинают преобладать над процессами синтеза. В целом, в невесомости изменения в костно-мышечной системе приводят к утрате ряда свойств и качеств, приобретенных организмом человеком в гравитационном поле Земли.

Применение в полете комплекса физических средств профилактики может в значительной мере компенсировать неблагоприятные эффекты невесомости.

12.3.4. Заболеваемость в космических полетах

Наиболее важным источником сведений о возможных заболеваниях в космосе являются данные о заболеваемости, выявленной в длительных космических полетах.

Во время полетов на российских орбитальных станциях выявлены случаи нарушения сна, головные боли, мелкие травмы кожных покровов, симптомы простуды, заболевания зубов и другие незначительные симптомы, а также в одном случае почечные колики и в другом - урологическое заболевание [12.3]. Вместе с тем имели место и более серьезные проблемы, приводившие к досрочному прекращению полета с последующим обследованием и лечением.

Анализ данных о заболеваемости у 12 российских космонавтов и 7 астронавтов США, принимавших участие в полетах по программе «Мир-НАСА» в период с 1995 по 1998 гг., показал, что наиболее частыми медицинскими инцидентами являлись травмы кожной поверхности, воспаление слизистых оболочек и нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы [12.4].

Наиболее типичными для космических полетов заболеваниями, нарушениями и травмами являются: космическая болезнь движения, заложенность носовых пазух, запоры, головная боль, раздражение кожи и её сухость, абсцессы, небольшие ссадины и ушибы, воспаление роговицы или её ссадины, инфекция верхних дыхательных путей, бессонница, отит [5]. К заболеваниям и травмам, которые были зарегистрированы один или несколько раз, относятся инфекция мочевого тракта, простатит, почечнокаменная болезнь, сердечные аритмии различного характера, «химическая» пневмония, вдыхание инородного тела, гастроэнтерит, суставная форма декомпрессионной болезни, травмы глаз, контактный дерматит, дезориентация в пространстве, серозный отит [12.5].

12.3.5. Возможные реакции организма во время марсианской экспедиции

На основе анализа результатов медико-физиологических исследований, проведенных в длительных полетах и модельных экспериментах, с учетом условий марсианской экспедиции можно прогнозировать определенные особенности реакций основных систем организма [12.6].

Можно предположить, что во время межпланетного перелета от Земли к Марсу изменения основных систем организма в целом будут во многом сходны с изменениями, отмечаемыми в длительных орбитальных полетах около Земли.

Во время пребывания на поверхности Марса определяющее значение будут иметь реакции на воздействие силы тяжести 0,38 g после длительного пребывания в условиях невесомости. Постепенная нормализация функций организма будет зависеть от длительности периода адаптации и физических нагрузок. При выполнении деятельности на поверхности планеты реакции организма, по-видимому, будут более выраженными по сравнению с наблюдаемыми во время внекорабельной деятельности (ВКД). Это может быть связано со значительными физическими усилиями при передвижении и выполнении рабочих операций в условиях марсианской гравитации и более выраженным утомлением по сравнению с такими же операциями на околоземной орбите. При этом могут отмечаться более частые нарушения сердечного ритма и возможно проявление симптомов ортостатической неустойчивости.

При полете по трассе «Марс-Земля» возможны два варианта развития событий. В первом из них изменения показателей ряда систем организма могут быть такими же, как и на трассе полета «Земля-Марс», благодаря возможному тренирующему влиянию марсианской гравитации, нагрузкам при работе на поверхности планеты и положительному эмоциональному настрою. Во втором варианте возможно развитие переутомления во время работ на поверхности Марса, а также из-за возросшей радиационной угрозы Солнечных вспышек на траектории возвращения к Земле, так как межпланетный корабль приближается к Солнцу. В этом случае резервы организма могут быть сниженными, что будет особенно проявляться при нагрузках.

В период реадаптации после завершения марсианской экспедиции реакции основных систем организма в целом, вероятно, будут более выраженными, чем это отмечается после орбитальных полётов. Проведение карантинных, обсервационных, реабилитационных и профилактических мероприятий на околоземной орбите может в определенной мере сгладить неблагоприятные реакции в послеполетном периоде.

12.3.6. Основные принципы медицинского обеспечения

Общими подходами к медицинскому обеспечению экспедиции являются:

• создание автономного бортового медицинского центра;

• включение в состав экипажа высококвалифицированного врача и помощника (парамедика), медицинская подготовка остальных членов экипажа;

• возможность проведения самостоятельной диагностики, профилактики и оказания медицинской помощи;

• участие экспертов Центра управления полетом ЩУП) в телемедицинских консультациях;

• использование при создании методов диагностики, профилактики и лечения новейших достижений медицины, биологической науки и нанотехнологий;

• применение экспертных систем для анализа и управления состоянием космонавтов;

• снижение времени проведения лечебно-диагностических и профилактических мероприятий.

12.3.7. Медицинский бортовой центр и оказание медицинской помощи

Автономный характер межпланетной экспедиции потребует создания бортового медицинского центра, предназначенного для оказания экстренной и специализированной медицинской помощи и лечения наиболее вероятных заболеваний и состояний.

Медицинский центр должен быть оснащен аппаратурой и средствами для клинической диагностики, неотложной и специализированной помощи, хирургического лечения, анестезии, интенсивной терапии, реанимации и реабилитации [12.7]. В медицинском центре наряду с оказанием медицинской помощи будут проводиться медицинский мониторинг, диагностические и профилактические мероприятия.

Многие методы, которые будут применяться в медицинском центре, потребуют специальной разработки с целью их адаптации к условиям невесомости. Среди них можно отметить методы парентерального и ингаляционного введения лекарств, инфузионно-трансфузионной терапии, сорбционной очистки крови, лимфы и плазмы, способы стерилизации средств оказания медицинской помощи, высокоэффективные лечебные препараты с широким спектром действия и длительным (до 3 лет) сроком хранения.

Основными компонентами медицинского центра являются терапевтический и хирургический блоки.

Терапевтический блок предназначен для лечения заболеваний терапевтического профиля, консервативного лечения хирургических и других заболеваний, а также для оказания помощи при стоматологических, отоларингологических и глазных заболеваниях. В терапевтическом блоке должна быть предусмотрена диагностическая аппаратура для проведения рентгенологических, ультразвуковых, гематологических и биохимических исследований и регистрации таких физиологических показателей как частота сердечных сокращений (ЧСС), электрокардиограмма (ЭКГ), артериальное давление (АД) и частота дыхания.

В хирургическом блоке будут проводиться хирургические операции. Блок должен быть оборудован для оказания специализированной помощи при наиболее вероятных хирургических заболеваниях и при состояниях, представляющих опасность для жизни, а также при различных травмах. В нем должны находиться средства для анестезии, реанимации (дефибриллятор, устройства для оксигенации и вентиляции легких и др.), стерильные перевязочные материалы; банк крови и кровезаменителей длительного хранения; тромболитические препараты.

12.3.7.1. Требования к хирургическим операциям.

Показано, что в условиях невесомости возможно проведение различных хирургических манипуляций. Однако их выполнение потребует решения целого ряда проблем [12.7-12.9]. К ним относятся:

• ограничение движений медицинского персонала, фиксация пациента;

• фиксация инструментов и принадлежностей;

• защита операционного поля от загрязнения;

• защита атмосферы космического корабля от хирургических отходов;

• предпочтительное использование локальной, региональной и внутривенной анестезии;

• управление артериальным и венозным кровотечением.

Для соблюдения стерильности целесообразно использовать специальные хирургические камеры, изготовленные из полимерных материалов и снабженные встроенными рукавами [12.7, 12.8].

12.3.7.2. Информационные технологии медицинского центра

Обязательным компонентом медицинского центра будут информационные технологии, включающие компьютерную базу данных и автоматизированные экспертные системы. Экспертные системы позволят осуществлять автоматизированную оценку и прогнозирование состояние здоровья, работоспособности и тренированности космонавтов, психологический статус и поддержание профессиональных навыков, анализ радиационной обстановки с выдачей рекомендаций.

При создании компьютерной базы данных потребуется провести предварительное накопление и анализ информации об индивидуальных медицинских показателях членов экипажа, полученных в ходе различных обследований и физических тестов. В базе данных должны содержаться электрокардиограммы, рентгенограммы, ультразвуковые скенограммы членов экипажа, алгоритмы диагностических, профилактических и лечебных мероприятий; а также наглядные пособия по оказанию разнообразной медицинской помощи [12.10-12.12]. Медицинский центр должен быть связан интерфейсами с телемедицинской аппаратурой и с бортовыми компьютерными системами.

12.3.8. Медицинский мониторинг

Опыт, приобретенный в длительных орбитальных полетах [12.13, 12.14], позволяет сформулировать следующие требования к медицинскому мониторингу в марсианской экспедиции:

• патогенетический подход к диагностике наиболее вероятных состояний и заболеваний;

• применение неинвазивных методов мониторинга;

• создание компьютеризованных диагностических систем для обработки и анализа данных о состоянии здоровья космонавтов;

• использование методов визуализации кардиореспираторной системы, внутренних органов, опорно-двигательного аппарата и других систем организма;

• использование автоматических анализаторов и методов «сухой химии» для проведения биохимических исследований.

Диагностическая система должна обеспечивать оценку функциональных показателей, степени напряжения регуляторных систем, резервных возможностей организма, выявление патологических состояний и прогноз возможных изменений состояния организма. Члены экипажа будут информироваться о результатах их индивидуальных медицинских обследований. Предполагается использование возможностей телемедицинских технологий для передачи рентгеновских снимков, скенограмм.

Медицинский мониторинг предполагает проведение оперативного медицинского контроля на активных участках полета и периодических углубленных обследований состояния здоровья и тренированности космонавтов.

Модуль оперативного медицинского контроля должен обеспечивать непрерывную регистрацию частоты сердечных сокращений, электрокардиограммы в 12-ти стандартных отведениях, артериального давления и частоты дыхания на участках выведения и спуска, а во время выхода в открытый космос - дополнительно регистрировать температуру тела и показатели теплового статуса организма. Для обеспечения безопасности при проведении выхода в открытый космос потребуется решить проблему определения содержания газовых пузырьков в крови и других тканях тела, а также создать для лечения декомпрессионных расстройств рекомпрессионную камеру с автономными средствами жизнеобеспечения и медицинского контроля.

Обследование сердечно-сосудистой системы включает анализ электрокардиограммы, оценку центральной и регионарной гемодинамики в покое и при функциональных пробах (нагрузка на велоэргометре и воздействие отрицательного давления на нижнюю половину тела для определения ортостатической устойчивости). Должны быть обеспечены визуализация и измерение объёмов полостей сердца, исследование регионарного кровообращения в области головы, конечностей, легких и органов брюшной полости, а также регистрация артериального давления и показателей газообмена.

Обследование двигательной системы включает измерение массы тела, определение объема голени и тестирование состояния различных групп антигравитационных мышц с помощью аппаратуры типа «изокинетический динамометр», а также оценку режимов физических тренировок на основе выполнения локомоторных тестов на тредбане и велоэргометре.

Оценка состояния сенсорных систем и системы регуляции движений потребует установки на борт специального диагностического комплекса, прототипом которого может служить использовавшаяся на борту станции «Мир» аппаратура «Оптоверт» и «Монимир».

Периодический контроль функции сна будет осуществляться с помощью регистрации нистагомограммы, электроэнцефалограммы и электромиограммы при использовании компьютерной обработки данных.

Обследование костной системы включает оценку минеральной насыщенности и визуализацию исследуемых участков костной ткани, выявление переломов или трещин с помощью ультразвукового прибора или портативного рентгеновского аппарата.

Использование бортовых автоматических анализаторов позволит провести широкий комплекс клинико-лабораторных, биохимических, эндокринологических и иммунологических обследований.

Исследование состояния водно-солевого обмена будет включать определение концентрации основных ионов в сыворотке крови и моче, содержание в крови активных осмотических веществ, а также исследование ионо-регулирующей функции почек.

Исследования метаболизма будут направлены на оценку энергетического и белкового обмена и других биохимических показателей на основе определения показателей азотистого, углеводного и липидного обмена, перекисного окисления липидов и активности основных ферментов.

Исследование системы крови обеспечит проведение клинических анализов крови, определение состава и морфологии клеточных элементов крови, массы эритроцитов и концентрации гемоглобина, определение показателей свертывающей и антисвертывающей систем крови, что важно в случае проведения операционных вмешательств.

Исследование иммунитета позволит определить состояние клеточного и гуморального иммунитета и сенсибилизацию к аллергенам различной природы.

Медицинский мониторинг на поверхности Марса будет включать самый необходимый минимум обследований. При длительном пребывании на Марсе будут проводиться периодические углубленные обследования, включая снятие электрокардиограммы, исследование гемодинамики в покое и при функциональной пробе на велоэргометре с регистрацией объёмов полостей сердца, артериального давления и показателей газообмена. Большое значение имеет оценка физической тренированности. В случае возникновения костных переломов необходимо иметь возможность исследований с помощью портативного рентгеновского аппарата. Необходимо также предусмотреть проведение клинических и биохимических исследований крови и мочи, а также иммунологических исследований. В связи с возможностью развития декомпрессионных нарушений, целесообразно осуществлять ультразвуковую локацию наличия газовых пузырьков в крови и других тканях тела.

Большое значение в медицинском обеспечении будет иметь использование телемедицинских технологий для оценки экспертами ЦУПа результатов проводимых обследований.

12.3.9. Средства профилактики

Подходы к профилактике в марсианской экспедиции основываются на опыте медицинского обеспечения длительных орбитальных полётов и современных представлений о механизмах влияния невесомости на организм человека [12.14, 12.15]. Основными требованиями к системе профилактики будут:

• выбор оптимального режима тренировок на основе оценки уровня тренированности и работоспособности космонавта и их соответствия текущей и планируемой деятельности;

• информирование членов экипажа о результатах их индивидуальных обследований;

• индивидуализация профилактики с учетом исходного и текущего физического состояния, работоспособности, тренированности и специфики программы на различных этапах полёта;

• снижение монотонности и дискомфорта при проведении профилактических мероприятий;

• использование компьютерной системы управления тренировочным процессом.

Реализация этих требований предполагает усовершенствование существующих средств профилактики, рис. 12.1, а также разработку новых средств профилактики, включая центрифугу короткого радиуса.

В настоящее время разрабатывается и испытывается ряд новых средств профилактики. Создан, например, опытный образец комплексного многофункционального тренажера, в состав которого входят велотренажер, электромагнитные силовые нагружатели и беговая дорожка без электропривода. Отличительными особенностями тренажера являются его небольшой вес, автономное питание и низкая потребляемая мощность. Российскими и австрийскими специалистами разработан новый тип миоэлектростимулятора, который успешно испытан в космическом полёте. Используемые в настоящее время нагрузочные костюмы типа «Пингвин» оснащаются индивидуальными тензодатчиками, что облегчает их подгонку и расширяет возможности выбора наиболее эффективных режимов их использования. Проводятся разработка и испытания компенсатора опорной разгрузки - специальной обуви, создающей регулируемую нагрузку на рефлекторные зоны стопы (см. фото механостимулятора «Искусственная опора»), С целью тренировки систем точностного управления движениями планируется создание координационного тренажера.

Рис. 12.1 Средства профилактики в космическом полете

Профилактический комплекс пилотируемого марсианского корабля будет включать активные и пассивные средства профилактики [12.15]. К первым относятся бегущая дорожка и велотренажер, эффективность которых может быть увеличена при использовании резистивных и силовых нагружателей. Пассивные средства включают нагрузочные костюмы, компенсатор опорной разгрузки, электро- и вибростимуляторы и устройства для пассивного растяжения мышц.

Объем профилактических мероприятий на поверхности Марса будет определяться длительностью пребывания на планете. В первые дни пребывания на Марсе целесообразно проведение реабилитационных мероприятий и непродолжительных выходов на поверхность планеты. При пребывании на Марсе до 50 суток потребуются физические тренировки с эспандерами, постоянное ношение нагрузочных костюмов и электростимуляция мышц. При нахождении на поверхности Марса в течение 100 суток профилактические мероприятия будут расширены за счет тренировок на бегущей дорожке. При нахождении на Марсе до 500 суток, возможно, потребуется использование искусственной силы тяжести в комплексе с негравитационными средствами профилактики, а также создание Марсианской базы с целью оптимизации жизненных условий и предотвращения развития гипокинетического синдрома.

Механостимулятор «Искусственная опора»

Предполагается, что во время марсианской экспедиции может использоваться самостоятельно или в сочетании с негравитационными средствами профилактики центрифуга короткого радиуса [12.6, 12.14, 12.16]. Целями ее применения являются:

• противодействие неблагоприятному влиянию невесомости;

• проведение тренировок во время полета при уровнях гравитации 0,38 g и 1 g для подготовки к встрече с марсианской и земной силой тяжести;

• отработка рабочих навыков и локомоций в условиях различных уровней гравитации.

Использованию в космических полетах центрифуги короткого действия в качестве профилактического средства будут предшествовать разносторонние наземные исследования с целью обоснования эффективных режимов искусственной гравитации при минимальных побочных эффектах.

12.3.10. Телемедицинское обеспечение экспедиции

В настоящее время накоплен большой опыт использования телемедицинских технологий для решения задач медицинского обеспечения орбитальных космических полетов. Ведутся работы по созданию системы телемедицинского обеспечения (ТМО) Российского сегмента МКС.

Однако существующие системы телеметрической поддержки и внедряемые телемедицинские системы для орбитальных полетов не смогут обеспечить необходимый контроль состояния здоровья экипажа в условиях марсианской экспедиции, которая предполагает независимость телемедицинской системы от ЦУПа и автономность бортового информационного комплекса. Это делает необходимым разработку специфической системы телемедицинского обеспечения межпланетной экспедиции, опирающейся главным образом на возможности бортовых информационных ресурсов [12.17, 12.18].

Возможные компоненты телемедицинского обеспечения марсианской экспедиции приведены на рис. 12.2.

Рис. 12.2. Структура телемедицинского обеспечения марсианской экспедиции

12.3.10.1. Телемедицинская система обеспечения экипажа МОК

Телемедицинское обеспечение экипажа межпланетного орбитального корабля (МОК) строится на основе получения медицинской информации во время обследования членов экипажа с последующей обработкой данных в бортовой информационно-аналитической системе. Для полноценного функционирования такой системы может понадобиться специальный телемедицинский инструментарий, в том числе, средства съема аудиовизуальной информации, средства дистанционного контроля физиологических параметров и др.

Медицинский мониторинг с использованием телемедицинских средств может оказаться необходимым в следующих ситуациях:

• оценка состояния оператора по показаниям;

• скрытый мониторинг (при решении этических аспектов данного контроля);

• оценка аудиовизуальной информации, например, в целях контроля психологической обстановки на борту и при нештатных ситуациях. Перспективным представляется также разработка вопроса об активной роли телемедицинской системы в медицинском обеспечении полета в случае:

• дистанционной, независимой от космонавта корректировки применения лечебных средств;

• применения технологии управляемого лечебно-диагностического процесса в бортовом медицинском центре;

• использования робототехники при оказании хирургической помощи;

• воздействия на экипаж по команде служб наземного сопровождения, исключающей участие врача экипажа.

12.3.10.2. Телемедицинское обеспечение динамических операций

Во время выполнения операций взлета и посадки, при внекорабельной деятельности (ВКД) и управлении марсоходом будет осуществляться оперативный контроль динамики жизненно важных медицинских показателей и, при необходимости, оказываться экстренная медицинская помощь для стабилизации состояния космонавта и завершения операции. Анализ динамики функциональных данных позволит получать оперативную оценку текущего состояния и давать текущий прогноз состояния космонавта. При оказании экстренной медицинской помощи должны быть предусмотрены средства для активного воздействия на организм космонавта. При этом, как минимум, необходима возможность дистанционного управления введением лекарственных средств. Могут рассматриваться и более сложные устройства, например, для остановки кровотечения.

12.3.10.3.Телемедицинское обеспечение экипажа взлетно-посадочного комплекса ВПК

Систему телемедицинской поддержки ВПК можно рассматривать по аналогии с телемедицинским обеспечением орбитальных полетов [12.18]. При этом роль базового компонента будет выполнять МОК.

Применение технологии обмена видео- и аудиоинформацией делает возможным внедрение на борту взлетно-посадочного комплекса ряда современных методов диагностики заболеваний.

Медико-биологическая информация, полученная во время пребывания на поверхности Марса, является важным источником данных для анализа и прогнозирования состояния здоровья в общей структуре медицинского обеспечения экспедиции.

12.3.10.4. Функциональная структура системы телемедицинского обеспечения

Общая схема взаимодействия подсистем телемедицинского обеспечения марсианской экспедиции представлена на рис. 12.3.

Важное значение в телемедицинском обеспечении будут иметь компоненты наземной структуры обеспечения полета, имеющие отношение к поддержке телемедицинской инфраструктуры.

Одной из задач данной структуры может стать проведение опережающего по времени модельного исследования с участием человека. Обеспечение такого эксперимента будет строиться по тому же принципу, что и на борту МОК. Создание информационно-экспериментальной модели полета может существенно повысить качество прогностических оценок и позволит моделировать многовариантность развития событий, что должно увеличить степень достоверности выдаваемых рекомендаций.

Рис. 12.3 Общая схема взаимодействия подсистем телемедицинского обеспечения марсианской экспедиции: ВПК - взлетно-посадочный модуль, ЖМ - жилой модуль, ПМ - пилотируемый марсоход, МОК - пилотируемый межпланетный орбитальный корабль, ЦУП - Центр управления полетом, УТК - учебно-тренировочный комплекс

Особенностями наземной части информационного комплекса должно стать дублирование бортовой информационной системы и реализация стенда контроля перспективного моделирования и текущего состояния бортового комплекса. Предлагаемый подход позволит реализовать систему тройного контроля принимаемых решений: бортовой комплекс - наземный комплекс - служба медицинского обеспечения ЦУПа.

Обработка и оценка медицинской информации, а также оперативное и перспективное прогнозирование осуществляются в составе интеллектуального телемедицинского контура (ИТК).

При сложном построении управляемого процесса, каким является медико-биологическое обеспечение марсианской экспедиции, управляющая часть будет иметь многоуровневую инфраструктуру. Каждому уровню управления в информационной системе соответствует определенная информационная технология, реализующая его задачи. Функциональное взаимодействие различных комплексов информационной поддержки средств медико-биологического обеспечения полета подразумевает сохранение относительной автономности оперативного уровня управления с передачей большей части функций обработки на централизованные информационные ресурсы в составе ИТК.

Функциональное построение ИТК в силу возлагаемых на него задач подразумевает использование в полной мере преимуществ современных информационно-коммуникационных технологий (проактивные и «адаптивные» компьютерные системы, «ГРИД-технологии») и современных систем искусственного интеллекта.

Реализация телемедицинской системы зависит от большого количества факторов обеспечения экспедиции. Поэтому для оптимизации подготовки телемедицинской составляющей экспедиции представляется необходимым:

• проведение опережающих исследований в области функционально-ситуационного проектирования медико-биологического обеспечения экспедиции;

• учет телемедицинской составляющей при проектировании всех компонентов системы медико-биологического обеспечения;

• включение телемедицинских параметров в исходные требования системы медико-биологического обеспечения.

Телемедицинские системы обеспечения межпланетных полетов представляют принципиально новый подход в оценке влияния факторов и условий полета на каждого космонавта и в целом на экипаж. При создании телемедицинского компонента в структуре медико-биологического обеспечения марсианской экспедиции качественно улучшится обоснованность принятия решений, направленных на снижение влияния неблагоприятных факторов полета, повысится уровень оценки наступающих отклонений, а также возможность корригирующего воздействия на организм космонавта. Дальнейшее развитие телемедицины в направлении интеграции информационных технологий с достижениями биологии, физики и химии определит перспективы медицинского обеспечения космических программ.

12.4. Психологическое обеспечение экспедиции

12.4.1 Основные задачи психологического обеспечения экспедиции

Основными задачами психологического обеспечения марсианской экспедиции являются поддержание в ходе полета психического здоровья, высокой профессиональной надежности экипажа и проведение восстановительных мероприятий для здоровья экипажа после завершения экспедиции.

Существующая в настоящее время система психологического отбора, подготовки и комплектования космических экипажей ориентирована на осуществление орбитальных полетов около Земли. Участники орбитальных экспедиций находятся под непрерывным наблюдением наземного медицинского персонала (в том числе специалистов-психоневрологов), что делает необязательным присутствие врача на борту космического объекта.

Практический опыт подтвердил эффективность сложившейся системы психологического отбора, подготовки и комплектования экипажей условиям орбитальных полетов. Однако данная система не будет достаточной для обеспечения полета к Марсу. Высокая степень риска и ответственности, невозможность эвакуации и ограниченность наземного мониторинга предъявляют повышенные требования к нервно-психической сфере участников межпланетного полета. Соответствие этим требованиям должно закладываться уже в процессе отбора, подготовки и комплектования экипажей и дополняться необходимыми мероприятиями в ходе полета. Для марсианской экспедиции потребуется создать собственную систему отбора, подготовки и комплектования экипажа. В ее основу должна быть положена существующая система, которую следует отчасти сохранить, отчасти модифицировать и дополнить новыми подходами, учитывающими специфику межпланетного полета.

Используемые в настоящее время средства и методы психологического отбора космонавтов и астронавтов могут быть положены в основу психологического отбора участников марсианской экспедиции. В настоящее время в процессе психологического отбора учитываются:

• состояние психического здоровья;

• профессионально значимые качества личности;

• особенности поведения и деятельности в составе малой группы;

• переносимость пребывания в экстремальных условиях (изоляция, экстремальные климатические условия; длительное бодрствование с режимом непрерывной деятельности);

• радиационная чувствительность организма.

Специфика марсианской экспедиции требует обратить особое внимание на психиатрические проблемы, которые могут возникнуть в полете. При появлении симптомов психического заболевания в околоземных полетах всегда имеется возможность вернуть космонавта на Землю и подвергнуть его лечению в клинических условиях. В межпланетном полете психически заболевший человек должен рассматриваться не только как профессионально несостоятельное лицо, но и как потенциальный источник конфликтной напряженности в экипаже, что создает серьезную угрозу полноценного выполнения программы полета.

Поэтому проблема психиатрических нарушений в межпланетном полете стоит более остро, чем в орбитальном. Кроме того, условия межпланетного полета будут отличаться большим количеством стрессорных факторов, что будет способствовать возможности развития психических нарушений.

Для марсианской экспедиции необходима разработка собственной, более совершенной системы экспертной психолого-психиатрической оценки с использованием методов углубленного клинического обследования, тестирования и наблюдения [12.19]. Такая система в процессе ее разработки должна непрерывно совершенствоваться за счет постоянного внедрения в практику отбора новых тестов, направленных на оценку текущего состояния и резервных возможностей психической сферы, выявляемых при работе в сложных условиях.

На этапе подготовки марсианской экспедиции необходима разработка методов и средств аппаратурного тестирования на основе новейших научно-технических достижений, что даст возможность повысить эффективность и надежность экспертного обследования.

При подготовке и обучении космонавтов должны в первую очередь оцениваться профессионально значимые качества личности, поведение в малой группе и переносимость экстремальных условий.

Профессионально значимыми качествами при отборе космонавтов являются: хладнокровие, склонность к оправданному риску; устойчивость и быстрое переключение внимания; высокая точность и скорость двигательных реакций; умение ориентироваться в быстро меняющейся обстановке, способность принимать и осуществлять в этих условиях правильные решения; хорошая память, развитое чувство времени, способность к предвидению ближайших событий, наблюдательность; устойчивость к длительному пребыванию в условиях изоляции; способность поддерживать хорошие отношения с партнерами и эффективно работать в составе малых групп [12.20]. Эффективному взаимодействию с партнерами способствуют склонность к самоанализу, умение правильно оценивать свои позитивные и негативные стороны, самокритичность, стремление оказывать помощь, умение избегать конфликтов и стараться их предупреждать, сохранять выдержку в конфликтных ситуациях.

Эти качества должны быть присущи и участникам марсианской экспедиции. При этом особое значение будут иметь такие черты, как стремление к высочайшему мастерству в своем деле, познавательный интерес и творческие способности, которые способствуют повышению психологической и профессиональной надежности членов экипажа.

При подготовке экипажа необходимо знакомить космонавтов с особенностями межличностных отношений и обучать их навыкам формирования отношений на основе взаимоуважения и взаимопомощи, что особенно важно при интернациональном составе экипажа и в экипаже, смешанном по фактору пола.

Дая организации такого обучения в процессе индивидуальной и групповой подготовки членов экипажа потребуется разработка программы, в которой необходимо предусмотреть специальные учебные пособия, прослушивание курса лекций, а также обучение иностранному языку и общению.

Современные подходы к подготовке и комплектованию космических экипажей описаны достаточно подробно [12.20-12.25]. При подготовке марсианской экспедиции они должны использоваться в полном объеме с той особенностью, что подготовка участников экспедиции должна предусматривать необходимость овладения каждым космонавтом двумя или более профессиями. Овладение каждым членом экипажа как минимум двумя специальностями позволит повысить эффективность выполнения научной программы и вероятность успешного осуществления экспедиции в целом.

В этой связи необходимо определить профессиональный состав экспедиции и выбрать оптимальный вариант распределения профессий между ее участниками.

12.4.2. Психологический мониторинг и управление психическим состоянием членов экипажа

В орбитальных полетах космонавты испытывают состояние психического стресса, обусловленного различными факторами, в числе которых одно из первых мест занимает переживание опасности полетной ситуации. Не исключено, что соматические эффекты длительного воздействия невесомости (перемещение жидких сред в направлении к голове, функциональная деафферентация, изменения электролитного баланса и гормонального статуса) могут негативно влиять на состояние психической сферы. Как показывает практика длительных орбитальных полетов, в этих условиях существует реальная опасность развития психической астенизации, проявляющейся в виде нарушений сна, эмоциональных расстройств в виде раздражительности и депрессии, которые могут выливаться в конфликтную напряженность и ухудшение психологического климата в экипаже [12.20]. В итоге это может приводить к снижению работоспособности и нарастанию числа ошибок при выполнении операций.

Опыт полярных зимовок в Арктике и Антарктике и подводных плаваний указывает на то, что пребывание в составе малой группы предрасполагает к развитию психотических расстройств и межличностных конфликтов. Конечно, в трудных и опасных ситуациях небольшие группы людей могут демонстрировать высокую сплоченность, понимая, что взаимопомощь в этих условиях обеспечивает выживание. Известно много случаев, когда в подобных ситуациях на фоне подавленности, раздражительности и недовольства друг другом между людьми возникала взаимная неприязнь и враждебность, переходившая в ссоры, а иногда во вспышки немотивированной ярости, на основании которых это явление получило название «экспедиционного бешенства» [12.26].

Риски, сопутствующие первому межпланетному полету, увеличивают опасность развития психической астенизации. Поэтому одной из важных задач психологического обеспечения должна быть ее ранняя диагностика. Поскольку возможности наземного мониторинга в межпланетном полете будут ограничены, контроль за психическим состоянием членов экипажа будет осуществлять бортовой врач, который должен в совершенстве владеть методами психодиагностики и приемами психокоррекции, что позволит ему управлять психическим состоянием космонавтов. В необходимых случаях должны быть также обеспечены консультации специалистов ЦУПа.

В распоряжении врача должны быть необходимые методические и аппаратурные средства для психодиагностики, которые нуждаются в специальной дополнительной разработке, отдавая приоритет средствам автоматизированного контроля. В частности, целесообразно использовать анализ акустических характеристик речи, позволяющий объективно оценивать эмоциональное состояние космонавтов.

В марсианской экспедиции особое внимание следует уделить проблеме психиатрических нарушений, которые могут возникнуть вследствие длительной изоляции в составе малой группы, а также при индивидуальной предрасположенности к психическим расстройствам, не выявленной в процессе отбора. В случае, если психически заболевший человек обнаружит суицидальные, гомицидальные или параноидальные симптомы, то экспедиции может быть нанесен значительный ущерб [12.19].

Для управления психическим состоянием участников марсианской экспедиции необходима разработка специальной программы с указанием конкретных задач, методов и средств. Обязательным элементом такой программы должен быть комплекс мероприятий по социально-психологической поддержке [12.20, 12.27].

Социально-психологическая поддержка предусматривает использование в космическом полете средств и мероприятий, направленных на смягчение негативных психологических эффектов длительного пребывания в искусственной среде обитания, обусловленных изоляцией, ограничением внешних впечатлений, монотонностью обстановки и отрывом от привычного социума.

Применяемый в настоящее время комплекс социально-психологической поддержки включает наземные и бортовые средства [12.28]. К наземным средствам относятся средства информационного обеспечения по каналам радио-, ТВ- и компьютерной (интернет) связи: передача новостей, сообщений из дома, сообщений из отряда космонавтов, трансляция телевизионных программ и репортажей. К ним относятся также общение с наземными абонентами, радио- и ТВ-встречи с семьями, друзьями, деятелями культуры, искусства, спортсменами.

Бортовые средства психологической поддержки включают библиотеку, фонотеку, видеотеку, компьютерные программы, музыкальные инструменты и т.п.

В процессе околоземного полета средства социально-психологической поддержки могут дополняться новыми поступлениями, доставляемыми на борт экспедициями посещения или грузовыми кораблями.

В отличие от этого условия автономного межпланетного полета исключают возможность пополнения средств социально-психологического обеспечения и ставят новые задачи, решение которых требует специального изучения. Среди них наиболее значимыми являются:

• изучение возможностей и динамики потребностей информационного обеспечения космонавтов в условиях автономного полета;

• оценка продолжительности рабочего дня и свободного времени на различных фазах полета;

• определение целесообразности и возможности создания на космическом корабле управляемой аудиовизуальной среды, изучение психологических эффектов насыщения жизни членов экипажа земными впечатлениями (с использованием средств живописи, видео- и аудиоматериалов и др.);

• определение соотношения объемов творческой и рекреационной деятельности.

Необходима разработка усовершенствованных средств психологической поддержки с учетом прогресса аудио-, видео- и компьютерной техники.

Система управления психическим состоянием членов экипажа будет включать такие средства психопрофилактики и психокоррекции, как аутогенная тренировка и др.

Одной из проблем, влияющих на состояние здоровья и работоспособность космонавтов, является возможность развития в ходе экспедиции десинхроноза.

Известно, что основу временной структуры жизнедеятельности организма составляют циркадианные (околосуточные) ритмы, синхронность которых является условием благополучия организма, его здоровья и работоспособности [12.28, 12.29].

Исследования, выполненные в условиях космического полета, дают основания полагать, что циркадианные ритмы являются гравитационно зависимыми [12.30, 12.31]. Это означает, что изменение уровня гравитации может приводить к нарушению согласованности циркадианных ритмов, получившему название десинхроноза, ведущими симптомами которого являются нарушения сна, сонливость в дневное время, снижение работоспособности, снижение аппетита и невротизация.

В космосе наряду с этим существует возможность развития десинхроноза, обусловленная отсутствием естественных датчиков времени. На Земле функцию датчиков времени выполняют суточные колебания физических факторов (освещенность, температура и др.) и связанные с суточным ритмом явления социальной жизни. Датчики времени обеспечивают устойчивую синхронизацию циркадианных ритмов организма. Экспериментально установлено, что изоляция человека от всех или ведущих датчиков времени предрасполагает к развитию десинхроноза. В космическом полете нарушается естественное чередование света и темноты и отсутствует большинство социальных синхронизаторов, что может стать причиной развития десинхроноза.

Важнейшим средством профилактики десинхроноза является рациональная организация труда и отдыха. В орбитальных полетах поддерживается 24-часовая цикличность режима жизнедеятельности. Однако продолжительность марсианских суток другая и составляет 24 час 36 мин. Можно предположить, что во время пребывания на Марсе экипаж будет жить по марсианским суткам. Сейчас невозможно с уверенностью определить, как это может повлиять на состояние естественных циркадианных ритмов организма и не приведет ли такой режим к развитию десинхроноза.

Поэтому необходимо будет в экспериментальных условиях решить вопрос о целесообразности использования марсианских суток во время пребывания на планете. Для этого потребуется изучить психофизиологические эффекты марсианских суток, определить возможность адаптации к ним и выяснить физиологическую цену этой адаптации.

Одной из основных задач психологического обеспечения марсианской экспедиции является поддержание необходимого профессионального уровня операторов в течение экспедиции и обучение новым алгоритмам управления. /Для ее решения в процессе подготовки экспедиции должны быть разработаны принципы и методы обучения операторским навыкам и их поддержания на основе адаптивных форм обучения, обеспечивающих автоматическое изменение алгоритма обучения в зависимости от динамики становления профессиональных навыков.

В настоящее время разработана компьютерная модель психодиагностического комплекса-тренажера, для оценки и прогнозирования надежности выполнения сложных динамических режимов ручного управления космическими аппаратами, поддержания и сохранения профессиональных навыков, а также для обучения новым алгоритмам управления космическими средствами в условиях длительного межпланетного полета. Результаты испытаний этой модели в условиях длительных орбитальных полетов в эксперименте «Пилот» свидетельствуют о ее эффективности [12.32].

Целью эргономического обеспечения систем «человек-машина» (в том числе, системы «человек-космический корабль») является достижение оптимального согласования возможностей человека и техники.

В процессе эргономического проектирования приоритет должен отдаваться психофизиологическим возможностям и предпочтениям человека. На этой основе будут разрабатываться требования к рабочим местам, средствам информационного обеспечения деятельности, органам управления и др. Обоснованные эргономические решения позволяют повысить надежность систем «человек-машина» и обеспечить успешное выполнение космической миссии [12.20].

Высокая стоимость создания пилотируемых космических аппаратов потребует проведения ранних оценок эффективности эргономических решений с использованием методов математического и полунатурного моделирования и натурных испытаний.

Для эффективного решения задачи оптимизации профессиональной деятельности экипажа с использованием эргономических средств необходимы выбор и обоснование методов оценки надежности профессиональной деятельности при взаимодействии «человек-машина», а также разработка структуры и создание автоматизированной системы сбора и анализа эргономической информации [12.20].

В связи с этим представляется актуальной задача разработки математической модели оценки и прогнозирования надежности профессиональной деятельности как средства эргономического проектирования системы «экипаж - космический корабль». Исходными данными для построения такой модели, наряду с описанием функций и задач, выполняемых экипажем, действующих факторов и характеристик контролируемых процессов должны служить результаты изучения операторской деятельности в космических полетах и модельных экспериментах [12.20].

12.4.3. Социально-психологическая реабилитация членов экипажа после возвращения на Землю

После возвращения из длительного космического полета космонавтам приходится отказываться от «полетных» стереотипов жизнедеятельности, возвращаясь к «земному» образу жизни с характерной для нее системой социальных отношений. Космонавт постепенно включается в сферу общественных интересов, и этот процесс не всегда осуществляется легко. В длительном космическом полете иногда заметно меняется мировоззрение человека. Участники космических полетов, вернувшись на Землю, сообщают о новом понимании Земли, единства человечества, смысла жизни, и окружающие не всегда позитивно воспринимают эти новые представления [12.19]. Не исключено, что такое отношение со стороны окружающих станет одной из ключевых проблем послеполетной психологической реабилитации участников марсианской экспедиции.

Помимо этого, нужно учитывать возможность возникновения после длительного полета семейных трудностей, в частности супружеских проблем, нередко наблюдаемых после длительного отсутствия в семье участников полярных экспедиций и моряков [12.19].

И, наконец, следует иметь в виду, что члены марсианской экспедиции, возвратившись домой, в полной мере испытают «бремя славы», и психологи должны помочь им достойно выйти из этого серьезного психологического испытания.

Необходимо создание программы послеполетной социально-психологической реабилитации членов марсианской экспедиции. Работу целесообразно начать с анализа и обобщения психологических проблем, которые придется решать в процессе реадаптации.

12.4.4. Оценка эффективности психологического обеспечения марсианской экспедиции в условиях модельного эксперимента

Обязательным этапом подготовки марсианской экспедиции должна быть комплексная оценка эффективности всех предложенных методов и средств в модельных условиях с целью определения возможности их использования в реальном полете. Такая постановка вопроса диктует необходимость создания специальной экспериментальной базы, включающей как наземный, так и орбитальный или даже лунный экспериментальные комплексы [12.22, 12.33, 12.34].

Основными требованиями к этой базе будут:

• максимально возможная имитация условий экспедиции к Марсу по всем доступным учету и контролю параметрам;

• оснащенность современной аппаратурой, обеспечивающей решение психофизиологических, социально-психологических, биоритмологических и эргономических задач;

• изоляция обследуемых лиц от внешних факторов физической и социальной природы;

• возможность пребывания в этих условиях экипажа марсианской экспедиции в течение времени полета к Марсу, работы на планете и возвращения на Землю;

• обеспечение визуального контроля за обследуемыми, находящимися в любой точке объекта (за исключением туалета и душевого помещения);

• создание внутри объекта динамической среды обитания на основе возможности ее регулирования в соответствии с земными и марсианскими сутками;

• наличие двусторонней теле- и радиосвязи, обеспечивающей обмен информацией между экипажем и персоналом Центра управления полетом.

Исследования, проводимые на такой базе, позволят решать многие задачи, связанные с подготовкой пилотируемой межпланетной экспедиции на Марс.

12.4.5. Наиболее вероятные психологические проблемные ситуации

Представляется целесообразным провести обобщенный анализ проблем, имеющих отношение к психологическому обеспечению полета, которые могут возникнуть в ходе экспедиции, определить их причины и последствия, указать ориентировочные сроки появления и наметить способы их предупреждения и устранения. К числу таких проблем относятся десинхроноз, острое и хроническое утомление, психическая астенизация, острое психическое расстройство, блокада информационного обеспечения, конфликтная напряженность в экипаже, операторские ошибки, выход из строя бортового тренажерного комплекса, отказ от деятельности или невозможность ее выполнения, трудности общения экипажа с представителями наземных служб [12.35].

1. Десинхроноз. Причинами десинхроноза могут стать: отсутствие на борту привычной системы физических и социальных синхронизаторов, эмоциональный стресс, нерациональная организация труда и отдыха, неблагоприятные характеристики среды обитания, различные заболевания.

Последствиями десинхроноза являются: снижение работоспособности и профессиональной надежности, расстройства сна и астено-невротические расстройства. Ориентировочные сроки появления десинхроноза - с 3-6-го месяца полета и далее - в любой момент (особенно в период пребывания на Марсе) вплоть до завершения полета. Профилактика и купирование десинхроноза должны включать: социально-психологическую поддержку, рациональную организацию труда и отдыха, оптимизацию условий окружающей среды, лечение основного заболевания, коррекция сна и лечение астено-невротических расстройств.

2. Острое и хроническое утомление. Возможными причинами развития этих состояний следует назвать работу «на физиологических резервах» во время пребывания на Марсе и на околомарсианской орбите, деятельность по ликвидации нештатных ситуаций, неравномерное распределение обязанностей между членами экипажа, приводящее к перегрузке некоторых участников экспедиции, избыточный объем полетной программы, не соответствующий численности экипажа.

Последствиями утомления и переутомления могут быть снижение работоспособности и профессиональной надежности, расстройства сна, астено-невротические расстройства. Появление признаков утомления можно ожидать, с 3-6-го месяца полета, и впоследствии - в любой момент, вплоть до его завершения и особенно в период пребывания на Марсе.

Для профилактики и купирования утомления необходимо ограничить рабочие нагрузки. В случае хронического утомления возможно временное отстранение космонавта от работы для проведения лечебно-оздоровительных мероприятий.

3. Психическая астенизация (повышенная утомляемость, быстрая истощаемость нервных процессов, уменьшение способности к длительному интеллектуальному напряжению).

Потенциальные источники развития психической астенизации в межпланетном космическом полете многообразны. К ним относятся продолжительное пребывание в составе малой группы и в изолированном пространстве, монотония, неблагоприятные межличностные отношения, чувство повышенного риска в связи с недоверием к технике, удаленность от Земли, автономность полета, ожидание возможных осложнений (метеоритная и радиационная опасность, заболевание и др.), в сочетании с высокой мотивацией, направленной на успешное осуществление экспедиции.

Возможными последствиями психической астенизации будут расстройства сна, снижение работоспособности, конфликтные ситуации, клинически выраженные нервно-психические расстройства.

Признаки психической астенизации могут появиться примерно в сроки с 3-го до 6-го месяца полета, или позже, особенно в период пребывания на Марсе.

Для профилактики психической астенизации очень важно иметь на борту космического корабля индивидуальные каюты. Не менее важным является обеспечение социально-психологической поддержки экипажа, рациональная организация труда и отдыха, а также полетный медико-психологический мониторинг. С целью купирования уже имеющихся признаков психической астенизации должен использоваться комплекс лечебно-оздоровительных мероприятий.

4. Острое психическое расстройство. Причиной подобного осложнения может стать декомпенсация скрыто протекающего психического заболевания, не выявленного в процессе отбора.

Появление среди членов экипажа человека с признаками психического расстройства первоначально может привести к ухудшению психологического климата вплоть до развития конфликтов. Впоследствии, когда факт психического заболевания станет очевидным, придется прибегнуть к изоляции больного и его лечению.

Такая ситуация может возникнуть на любом этапе полета. Основным способом ее предупреждения является отбор членов экипажа с акцентом на психиатрическую диагностику.

5. Блокада информационного обеспечения. Блокада информационного обеспечения может быть связана с выходом из строя бортовых средств реализации социально-психологической поддержки или с отказом системы связи с Землей.

Следствием этого будет невозможность полноценного удовлетворения социально-психологических потребностей членов экипажа, что может повлечь за собой эмоциональные расстройства в виде пониженного фона настроения, апатии, скуки с сопутствующим развитием конфликтной напряженности, ухудшением сна и снижением работоспособности.

Такие случаи могут встретиться на любом этапе полета. Они потребуют ремонта аппаратуры, налаживания связи, а в случае невозможности ремонта - поиска адекватной замены средств социально-психологической поддержки.

6. Конфликтная напряженность в экипаже. Причинами конфликтной напряженности могут стать психическая астенизация, острое психическое расстройство, психологическая несовместимость отдельных членов экипажа, культуральные различия участников экспедиции; неоднородность экипажа по фактору пола.

Последствия этой ситуации могут быть очень серьезными и привести к снижению профессиональной надежности членов экипажа вплоть до невозможности полноценного выполнения экипажем своих обязанностей, проявления агрессии со стороны отдельных лиц, неуправляемость коллектива, распад его на отдельные подгруппы, невозможность осуществления командиром лидерских функций, невыполнение полетной программы.

Устойчивая конфликтная напряженность может возникнуть с 3-6-го месяца полета и далее - в любой момент, вплоть до его завершения.

Профилактика и купирование конфликтной напряженности обеспечиваются дополетными мероприятиями по психологическому отбору, подготовке и комплектованию экипажа. В полете должна осуществляться социально-психологическая поддержка экипажа и в случае необходимости - проведение психокоррекционных и лечебных мероприятий.

7. Операторские ошибки при выполнении динамических режимов ручного управления (ориентация, навигация, стыковка, управление спуском и посадкой и т.п.).

Причинами ошибок могут быть: утрата профессионального навыка, повышенная эмоциональная напряженность (астенизация, страх, конфликты, переживание ранее допущенных ошибок и др.), ухудшение внимания, памяти, мышления; а также нарушение режима труда и отдыха, психическое и соматическое заболевания.

В числе возможных последствий следует назвать снижение качества профессиональной деятельности (увеличение времени выполнения операций и количества расходуемых компонентов, снижение точности регулирования параметров управления), грубые нарушения алгоритма и структуры деятельности вплоть до срыва режима управления; повышение психофизиологической цены деятельности, нарушения речевого репортажа с признаками проблемной ситуации, необходимость повторного выполнения операции.

Детренированность профессионального навыка развивается в течение 30-40 дней, а его разрушение происходит в течение 100-150 дней.

Для профилактики подобных ситуаций необходимы регулярные занятия на бортовом тренажерном психодиагностическом комплексе, а также проведение тренировочных занятий непосредственно перед выполнением ответственных и сложных операций. В целях купирования возникших проблем необходимо проведение психокоррекционных мероприятий, оптимизация режима труда и отдыха, проведение углубленного медико-психологического обследования, а в случае необходимости - лечение основного заболевания.

8. Выход из строя бортового тренажерного комплекса для отработки динамических операций по управлению кораблем.

Причиной такого отказа явится техническая неисправность, которая может возникнуть на любом этапе полета.

Если не предпринять своевременных мер по ремонту и вводу в строй тренажерного комплекса, это может повлечь за собой деструкцию рабочих навыков по выполнению динамических режимов ручного управления и, как следствие, - снижение профессиональной надежности членов экипажа, ответственных за выполнение операций или невозможность ее выполнения.

Такого рода инцидент может быть связан с психическими расстройствами, соматическими заболеваниями или травмами. Эти случаи наиболее вероятны при развитии нештатных ситуаций с угрозой для жизни и, очевидно, потребуют замены оператора и лечения.

9. Трудности общения экипажа с наземными службами. Причинами таких трудностей могут быть психологическая несовместимость членов экипажа и операторов наземных служб, недостаточная психологическая и профессиональная подготовка членов экипажа и/или операторов наземных служб, психологические (психиатрические) проблемы у членов экипажа и/или у операторов наземных служб. Возникновение конфликтов могут произойти на любом этапе полета.

В этой связи необходимо проведение следующих мероприятий: до полета - психологический отбор, психологическая и профессиональная подготовка экипажа и наземных служб, в полете - психокоррекционные мероприятия среди членов экипажа и представителей наземных служб, дополнительная психологическая и профессиональная подготовка операторов наземных служб и, в крайнем случае, замена оператора (операторов) наземных служб.

Были рассмотрены ситуации, возникновение которых представляется возможным. Следует отметить, что опасны не только резкие и внезапные отклонения от нормального хода событий. Часто такие отклонения развиваются из относительно слабых функциональных расстройств, не представляющих прямой угрозы жизни и здоровью. Если речь идет о человеке, оперирующем современной техникой, которая требует не только профессионального совершенства, но и высокого уровня бдительности, интеллектуального и эмоционального напряжения и быстрых ответных реакций, то любая, на первый взгляд, незначительная причина может повлечь за собой операторские ошибки с серьезными последствиями.

Кроме того, необходимо иметь в виду, что так называемым «острым» состояниям часто предшествуют предвестники, доступные вниманию квалифицированного специалиста. Например, сильно выраженному утомлению предшествует стадия с более «мягкой» симптоматикой, и попытка купировать возникшее неблагополучие на этой стадии окажется более эффективной, чем тогда, когда процесс приобрел резкую выраженность. В ряде случаев может помочь и самонаблюдение. Например, можно научить человека предупреждать аффективные вспышки на ранних стадиях их развития, когда психическое состояние поддается самоконтролю и самостоятельному управлению.

И, наконец, очевидно, что одним из действенных способов борьбы с психологическими проблемами, которые могут возникать в полете, является дополетная профилактика: отбор лиц, устойчивых к эмоциональному стрессу, тщательная психологическая и профессиональная подготовка, комплектование экипажа с учетом фактора психологической совместимости и надежное эргономическое обеспечение полета.