ГЛАВА VI Связь с космонавтом

Будущее биотелеметрии

Возникшая на раннем этапе полетов в космос потребность в миниатюрных, прочных и точных биодатчиках привела к развитию новых принципов создания этих электронных приборов. Многие из них были действительно разработаны, но, как это ни парадоксально, в будущем они, вероятно, космонавтам не понадобятся. Причина этого достаточно проста. Заключается она в том, что по мере того, как космические полеты будут превращаться во все более обычное явление нашей жизни, а космические корабли будут становиться все надежнее, отпадет необходимость оснащать их биотелеметрическим оборудованием в таком большом объеме, как это делается сегодня. Например, в состав экипажа орбитальной космической станции обязательно будут включать врача и другой медицинский персонал, так что снабжать биодатчиками каждого члена такого экипажа и загружать связь передачей соответствующих сигналов не будет никакой надобности.

Аналогичным образом нецелесообразно будет снабжать биотелеметрической аппаратурой космонавтов, находящихся, например, на спутнике Урана, поскольку их телеметрические сигналы бедствия будут приняты на Земле лишь сутки спустя. Даже на значительно меньших расстояниях затраты энергии для обслуживания телеметрического оборудования достигнут ужасающей величины. Так, передача с Марса только электрокардиографических данных для двух космонавтов потребует радиопередатчика мощностью 13 квт.

Однако пока наступит время, когда космические исследования достигнут столь высокого уровня, разрабатываемые сегодня датчики и системы биотелеметрии могут быть использованы, особенно если они будут совершенствоваться по мере выявления в полетах их несовершенств и моментов, когда они могут выходить из строя. Отдельные датчики и системы можно будет использовать для сбора физиологических данных в целях чисто медицинских исследований или для того, чтобы их импульсы приводили в действие автоматические сигнальные системы в космическом корабле.

Советские ученые предложили проводить в дальнейшем разработку бесконтактных биодатчиков (для которых не требуется непосредственного контакта с телом человека). В качестве таких датчиков могут быть использованы пряжки, пуговицы, застежки-молнии и другие части одежды космонавта. Они могут питаться энергией миоэлектричества, вырабатываемого мышцами космонавта, или термоэлектричеством, которое генерируется теплом, выделяемым телом космонавта. Как считают ученые, такие датчики могут передавать свои сигналы прямо на бортовое вычислительное устройство, которое будет непрерывно регулировать работу системы жизнеобеспечения космического корабля. Кроме того, импульсы тех же самых датчиков могут одновременно включать автоматические сигнальные устройства.

В настоящее время в области биотелеметрии актуальна разработка метода «сжатия» сигналов, позволяющая уменьшить объем передаваемой информации, особенно электрокардиограмм и электроэнцефалограмм. Этот процесс в основном заключается в уменьшении до минимума количества данных, которое достигается исключением излишних выборок сигналов. Отношение общего числа выборок данных к числу действительно используемых называется коэффициентом сжатия. Современными методами можно получить коэффициент сжатия 4:1 и 6:1. В дальнейшем можно будет добиться того, что эти коэффициенты для электрокардиограмм, например, составят 200:1 и 1800:1. Применение статистических и оптических методов обработки информации с использованием голограмм и «мыслящих» вычислительных машин, способных распознавать образы, позволит получить почти невероятные коэффициенты сжатия — 10 000:1 и 150 000:1.

Помимо работы над созданием миниатюрных и более эффективных биодатчиков и советские и американские ученые заняты разработкой долгодействующих приборов, которые можно имплантировать в тело человека. Они станут применяться в будущих программах продолжительных пилотируемых космических полетов и освободят космонавта от проводов, привязывающих его к системе биотелеметрии космического корабля. Такие датчики, называемые эндорадиозондами, позволяют измерять различные физические параметры, их очень легко приспособить для использования в качестве внутренних термометров, фоно— и пневмокардиографов и даже манометров для измерения кровяного давления.

Эти эндорадиозонды снабжены собственными источниками питания и излучателями радиосигналов. Одни эндорадиозонды имеют источники питания, требующие замены через несколько лет работы. В других эндорадиозондах источники питания можно подзаряжать через слой кожи и мышц, используя высокочастотный источник энергии. Эндорадиозонд последнего типа изображен на снимке (стр. 165) рядом с обычной таблеткой, что позволяет судить о размерах современных датчиков.

Определенные успехи достигнуты в использовании для имплантированных электронных устройств природной электрической энергии тела человека. Доказано, что биопотенциал человеческого тела можно использовать для питания имплантированного транзисторного электростимулятора сердца. Использование этой энергии для питания эндорадиозондов позволит еще больше уменьшить их размеры, которые и в настоящее время не превышают размера 10-центовой монеты.

Рис. 77. Эндорадиозонд [с защитным пластмассовым покрытием и без него] для измерения давления и температуры. Такие эндорадиозонды являются биодатчиками с автономным источником питания, их можно имплантировать в тело. О размерах этого радиозонда дает представление помещенная на снимке обычная таблетка лекарственного препарата

Удобно применять на практике и другие виды беспроволочной биотелеметрии, но эти биодатчики, как и обычные, крепятся к поверхности тела. Типичным биодатчиком такого рода является небольшой ЧМ-радиопередатчик, который непрерывно передает радиосигналы, соответствующие температуре кожи, измеряемой термистором. Кроме термисторного датчика, в этот прибор входят преобразователь, ЧМ-передатчик и источник питания, который использует для подзарядки энергию от бортовой системы. Эти четыре звена объединены в один интегральный блок, имеющий форму пластины толщиной 0,02 мм и площадью 3,12 см₂. Преимуществами такой системы являются минимальный уровень радиошумов, которые обычно наводятся в соединительных проводах, отсутствие опасности электрического пробоя через систему фиксации датчиков, больший срок службы; кроме того, эти датчики обеспечивают космонавту большую подвижность. В настоящее время такого рода биодатчики используют для измерения различных физиологических параметров у обитающих на воле, в естественной природной среде, животных. Итак, мы располагаем технологией, с помощью которой можно создавать очень сложные биотелеметрические системы для будущих космических полетов, однако сегодня неизвестно, будут ли эти системы необходимы. Но даже и при отрицательном ответе на этот вопрос разработка таких систем не является простой потерей времени и средств. Помимо того, что подобные телеметрические системы стимулируют развитие технологии, они расширяют перечень тех достижений авиационно-космической техники, которые, как об этом будет рассказано в следующей главе, с успехом используются человеком на Земле.

Далее…