Проект "Марс-500"

Целью эксперимента является изучение взаимодействия в контуре «человек – окружающая среда» и получение экспериментальных данных о состоянии здоровья и работоспособности человека, находящегося в условиях изоляции в герметично замкнутом пространстве ограниченного объема при моделировании основных отличий и ограничений, присущих марсианскому полету.

Особенности марсианской экспедиции (большая продолжительность; высокая степень автономности, что предполагает самоконтроль всей жизнедеятельности экипажа, включая контроль состояния здоровья, психологического состояния и работоспособности; длительное пребывание экипажа в условиях социальной изоляции, ограниченного пространства и отрыва от земных условий жизни; высокая степень ответственности за успех миссии в сочетании со значительным риском) моделируются в условиях наземного медико-технического экспериментального комплекса ГНЦ РФ-ИМБП РАН с учетом задержек коммуникации и ограничения информации.

Изучению влияния моделируемых условий пилотируемой марсианской экспедиции на здоровье и работоспособность экипажа посвящены исследования, включенные в клинико-физиологическое и физиологическое, психологическое и психофизиологическое направления.

Отработка организации деятельности экипажа и его взаимодействия с наземным центром управления решается с помощью ряда исследований, включенных в психологическое и психофизиологическое, операционно-технологическое направления, предложенным и реализуемым в эксперименте регламентом связи.

Отработке принципов, методов и средств контроля и мониторинга среды обитания служат ряд исследований, включенных в санитарно-гигиеническое и операционно-технологическое направления.

Отработке принципов, методов и средств контроля, диагностики и прогнозирования состояния здоровья и работоспособности, оказания медицинской помощи, средств сбора, обработки и анализа медицинской и физиологической информации, средств профилактики посвящены исследования, включенные клинико-физиологическое и физиологическое, психологическое и психофизиологическое, биохимическое, иммунологическое и биологическое направления.

Апробация элементов справочно-информационной системы проводится в рамках использования систем контроля, управления и документооборота.

Отработке средств и методов телемедицины для дистанционного контроля за состоянием здоровья человека посвящены два эксперимента в операционно-технологическом направлении.

Апробация методов и автономных средств психологической поддержки обеспечивается исследованиями в психологическом и психофизиологическом направлении и анализом использования согласованных с членами экипажа средств.

Оценка современных технологий систем и средств обеспечения жизнедеятельности и защиты человека проводится использованием разработанной системы контроля и управления и исследованиями в операционно-технологическом направлении.

Организация режима труда и отдыха экипажа осуществляется с учетом посменного дежурства одного члена экипажа на главном пульте управления.
Члены экипажа живут по следующему режиму:

Основными видами деятельности экипажа являются:

1. Выполнение научной программы эксперимента, планирование и организация исследований осуществляется самим экипажем на основе примерной циклограммы, составленной Центром управления экспериментом.
2. Поддержание физического и психического здоровья, работоспособности членов экипажа, которые осуществляются посредством регулярного медицинского контроля и физических тренировок с использованием имеющихся тренажных средств. На основе данных медицинского контроля врач экипажа принимает решение о проведении профилактических и лечебных мероприятий, при необходимости в экстренных ситуациях обращается за помощью в Центр управления экспериментом.
3. Контроль параметров регулируемой среды гермообъекта, который проводится по регламенту в течение рабочего дня. Экипаж осуществляет также регулярный токсикологический и микробиологический контроль состояния гермообъекта.
4. Контроль и учет потребляемых ресурсов – пищи, воды, расходных материалов, запасных частей, ресурсов СОЖ.
5. Регулярные профилактические и ремонтные работы по поддержанию нормального функционирования систем гермообъекта, проведение в гермообъекте санитарно-гигиенических мероприятий, поддержание в гермообъекте оптимальных бытовых условий.
6. Повышение уровня квалификации членов экипажа, освоение смежных профессий, совершенствование языковой подготовки.

Физические параметры среды обитания

Во время эксперимента поддерживаются и постоянно контролируются основные параметры среды обитания, включающие температуру газовой среды, ее состав и запыленность, шум и освещенность в различных зонах, относительную влажность и пр.

Значения параметров среды обитания, содержание микроорганизмов в атмосфере и на поверхностях, концентрация вредных примесей в воздухе модулей не должны превышать значений, указанных в ГОСТ Р 50804-95 «Среда обитания космонавта в пилотируемом космическом аппарате».

Контроль за динамикой показателей среды обитания в экспериментальных модулях осуществляется испытателями и наземной службой. Регистрация параметров атмосферы в табличной форме производится каждые два часа.

Научная программа

Осуществление опережающей серии наземных исследований и экспериментов по отработке элементов, направлений и задач марсианской экспедиции, включая исследования физиологических систем и организма в целом, отработке научных, методических, инструментальных и аппаратно-информационных средств системы обеспечения здоровья является важнейшим этапом подготовки реальной марсианской миссии.

В настоящее время главной приоритетной задачей опережающих модельных исследований, включая текущий 520-суточный эксперимент, является дальнейшее развитие и отработка систем и биомедицинских средств, направленных на сохранение здоровья, достижение длительного высокого уровня физической и психической работоспособности, оптимальных условий жизнедеятельности, адекватного социального пространства, стабильного психофизиологического комфорта в ходе всех этапов марсианской экспедиции, эффективной реабилитации с сохранением оптимальных параметров соматического и психического здоровья.

Научная программа проводящегося эксперимента отражает следующие требования:

При подготовке и реализации программы 520-суточного эксперимента реализуется следующая последовательность изучения:

Продолжительность эксперимента к настоящему времени составляет 1 год (3 июня 2010 – 3 июня 2011). Научная программа 520-суточного эксперимента разработана и реализуется в рамках 5-ти разделов (более 100 исследований)

Психология

Психологи выделили 3 основных направления исследований при полете пилотируемой экспедиции к Марсу:

Исходя из этого были сформулированы основные задачи психологической программы эксперимента Марс-500:

В соответствии с задачами, в программу эксперимента «Марс-500» включено 26 научных проектов по психологии.

Из них – 16 российских, 7 – ЕКА, 1 – КЦПК, 1 – США (NSBRI), 1 – Испания. При реализации программы применяются как методы, хорошо себя зарекомендовавшие в полетах орбитальных космических станций, так инновационные подходы, например, технологии виртуального моделирования и компьютерного анализа общения.

В психологических и психофизиологических исследованиях регулярно изучаются состояние высших психических функций, механизмы психоэмоционального стресса, эффективность методов контроля психической работоспособности, особенности внутригруппового и межличностного взаимодействия и динамика коммуникаций экипажа с внешним миром, состояние и динамика профессиональных навыков управления точными процессами, стендами и симуляторами.

Исследуется состояние операторских функций, устойчивость типов реагирования на стресс-факторы деятельности (эксперименты “Пилот”, “Рекорд”, “Виртуал”, “PRET”, “СОПР-мониторинг” и др.).

Изучается эффективность влияния проведения регулярным аутогенных тренировок по классическим методикам на психофизиологическое состояние операторов при проведении сеансов тестового контроля на всех этапах эксперимента.

В настоящий момент психологическое состояние экипажа соответствует прогнозам специалистов. При этом отмечаются проявления “проблемы обратного пути”, усугубляемые психической астенизацией на фоне сенсорной депривации и монотонии.

Клинические и лабораторно-диагностические исследования

В клинических и лабораторно-диагностических исследованиях изучается динамики состояния важнейших органов и тканей и обменных процессов. Изучается система крови (компонентный состав, морфология, баланс свертывающей и противосвертывающей систем).

В биохимических анализах жидких сред организма (кровь, слюна и урина) изучается содержание различных биологически активных веществ, состояние обменных процессов, ферментных систем и гормонов).

Получены и анализируются данные о важнейших элементах водно-электролитного, белкового, углеводного и жирового обмена и состоянии нейроэндокринных механизмов регуляции.

Изучается метаболический статус нефрона, динамика иммунной системы, моторная и секреторная функция желудочно-кишечного тракта и пищевой статус организма, микробиологический и генетический статус организма.

Физиология

В физиологических исследованиях проводится изучение динамики состояния физиологических систем, особенностей и состояния механизмов их регуляции.

Изучается сердечно-сосудистая система. В экспериментах “Экосан”, “Кардиосон”, “Кардиовизор” и “Регуляция АД” проводится комплексное изучение динамики состояния сердца и центрального кровообращения на различных этапах изоляции, оценивается эффективность профилактических мероприятий. Получаемые данные дополняются данными регулярно проводимых телеэхографии и телеаускультации.

В эксперименте по изучению поток-зависимой дилатации плечевой артерии и динамики лодыжечно-плечевого индекса артериального давления получены важные данные о состоянии эндотелия магистральных артериальных сосудов и эндотелеальных функций и состоянии регионарного русла нижних конечностей.

С помощью компьютерной методики изучается состояние капиллярного русла различных регионов, Использование лазерного анализатора позволяет оценивать динамику и особенности капиллярного кровотока.

Динамика состояния респираторной системы и газоэнергообмена изучается в экспериментах “Основной обмен”, “Дыхание-покой”, “Дыхание-велоэргометрия” и “Спиро”

Также функциональные характеристики деятельности сердца и сосудов и состояние внешнего дыхания исследуются при проведении Холтер-мониторирования, стресс-ЭКГ, изучении регуляция АД, при исследовании дыхательных шумов форсированного выдоха.

В электрофизиологических экспериментах изучается состояние электро-эпидермальной активности (электрофизиологический статус базальной мембраны), проводится анализ электроэнцефалограммы, соотношение ее ритмов в покое, после выполнения физической нагрузки и в период ночного сна. Важным и также новым направлением исследований является изучение влияния аудио-визуальной стимуляции на динамику структуры ритмов ЭЭГ и усредненного постоянного потенциала (УПП) в эксперименте “Омега-нейроанализатор”. Изучается состояние ряда анализаторных систем, в частности, слухового анализатора методом аудиометрии и зрительного анализатора при исследовании порогово-частотных характеристик восприятия визуальной информации при регулировании параметров световой среды в эксперименте “Визуальный порог”.

Состояние системы терморегуляции оценивается в эксперименте “Термолаб”.

Изучается динамика физической работоспособности при различных режимах физических профилактических тренировок с использованием нескольких видов тренажерных устройств и проведении периодического тестирования их эффективности.

Кроме отмеченных проводится еще целый ряд важнейших физиологических исследований и экспериментов.

Санитарно-гигиенические и микробиологические исследования

В санитарно-гигиенических и микробиологических исследованиях изучается динамика изменений условий среды обитания, цикличность изменений ее токсиколого-гигиенических характеристик, прогностическое значение сдвигов и их причин.

Операционно-технологические исследования

В операционно-технологических исследованиях проводится изучение роста и жизнедеятельности растений в условиях замкнутого объема с заданными условиями среды путем установки и обслуживания оранжерей с выращиванием ряда растений в качестве элементов психологической поддержки.

Проводится отработка методов и средств оказания неотложной помощи, медицинского, медицинского контроля, телемедицинских средств медицинского контроля и диагностики. Изучается ряд новых средств санитарно-гигиенического контроля среды обитания

Организация работы наземных служб

Ежедневная деятельность экипажа осуществляется на основе циклограммы, разработанной ответственным за планирование исследований. За двое суток до начала планируемых суток циклограмма передается экипажу. В ней отмечены методики, требующие жесткой привязки по времени и условиям (забор крови натощак), что означает необходимость строгого выполнения в указанные часы. Выполнение остальных методик распределяется экипажем самостоятельно в зависимости от реальной ситуации в объекте при обязательном выполнении запланированного суточного объема исследований.

Работает аналитическая группа, в обязанности которой входит: анализ отчетов командира и испытателей, выявление замечаний испытателей и их анализ, доведение информации до методистов, технического персонала, медицинских специалистов; формирование ответов испытателям.

Выполнение научной программы

Средняя повторяемость исследований 1 раз в 60 суток. На рассматриваемый период все запланированные исследования экипажем выполнены. Срывов или переносов исследований на другие сроки нет.

У исследователей, включая зарубежных, нет замечаний по качеству передаваемой первичной научной информации. Они положительно оценивают деятельность экипажа по выполнению научных исследований.

Медицинский контроль и обеспечение эксперимента

Организация медицинского обеспечения эксперимента с 520 суточной изоляцией с участием человека предусматривает соблюдение следующих требований: медицинская безопасность и полная автономность проведения экспериментов, уровень медицинской помощи в объеме квалифицированной медицинской помощи, оказываемый врачом-членом экипажа и расширенная за счет консультативной помощи медицинских служб сопровождения эксперимента, конфиденциальность получаемой медицинской информации.

Медицинское сопровождение экспериментов включает в себя осуществление медицинского мониторинга состояния здоровья участников экипажа путем ежедневного, расширенного ежемесячного и экспертного полугодового контроля; выполнение диагностических процедур в случае развития заболеваний и повреждений, в том числе при неотложных состояний; проведение адекватных лечебно-профилактических мероприятий; создание медицинской документации по методам и средствам оказания лечебно-диагностической помощи.

Для проведения медицинского контроля и лечебно-диагностических процедур, а также размещения медицинского оборудования и фармакологических средств был выделен и оснащен набором необходимых средств контроля и оказания медицинской помощи (в том числе с применением средств телемедицины) специальный медицинский модуль. В целях соблюдения конфиденциальности медицинских данных была создана система информационных средств, позволяющая передавать получаемую медицинскую информацию по закрытым каналам связи.

Медицинский контроль в процессе эксперимента включает:

расширенный (ежемесячный) медицинский контроль:

За период с начала 520-суточной изоляцией по данным не было отмечено существенных изменений состояния здоровья участников эксперимента. Ряд медицинских ситуаций, отмеченных у участников эксперимента, потребовали назначения лечебно-профилактических мероприятий, которые были достаточны и адекватны.

По экспертному заключениям Врачебно-экспертной комиссии института от 24.11.2010 г. и 23.05 2011 г. все участники экипажа, по состоянию здоровья, были допущены к дальнейшему участию в эксперименте.

Питание

Режим питания в эксперименте 5-ти разовый: завтрак, второй завтрак, обед, полдник, ужин – т.е. три основных приема пищи и два легких перекуса.

По содержанию необходимых организму человека пищевых веществ рацион питания соответствует принятым физиологическим нормам для контингентов, чья профессиональная деятельность по энерготратам относится к категории средней тяжести (до 3000 ккал). Пищевой состав рациона отвечает рекомендациям Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ).

Замечаний по качеству продуктов питания нет.

В процессе эксперимента на основании результатов оценки состояния испытателей с учетом высказываемых ими замечаний выдавались рекомендации по коррекции продуктового состава рациона питания, предусматривающие уменьшение калорийности путем временного исключения из потребления отдельных продуктов.

Психологическая поддержка

В качестве психологической поддержки экипажа в эксперименте используются те же методы и средства, что и у экипажей МКС (книги, фильмы, музыка, обзоры новостей и т.п.). Средства психологической поддержки сформированы с учетом мнения каждого члена экипажа и загружены до начала эксперимента. Обзоры новостей передаются трижды в неделю по компьютерной сети.

Психологическая и эмоциональная обстановка

Следует отметить, что отработанная в эксперименте МАРС-105 система психологического отбора полностью себя оправдала. Экипаж 520-суточной изоляции прошел данный этап эксперимента как единое целое. Конфликтных ситуаций, тем более, требующих вмешательства наземных служб, не наблюдалось. Трудности при выполнении некоторых сложных исследовательских методик преодолевались экипажем коллективно. Надо отметить, что культуральные различия и языковые трудности не влияют на качество выполняемой деятельности. В общении преобладает конструктивный доброжелательный стиль. Экипаж проводит достаточно времени вместе, для чего запросил фильмы с титрами на разных языках, т.е. возникает возможность совместного обсуждения просмотренного. Экипаж вместе и заранее готовит сюрпризы на дни рождения, большие государственные праздники и неформальные праздники (31 октября отметили Хеллоуин). Можно отметить, что члены экипажа несколько увеличили время, проводимое за индивидуальными занятиями, что не мешает общению. Разделения на группы по языковой принадлежности или каким-либо другим интересам не отмечается.

Командир пользуется авторитетом и является как формальным, так и неформальным лидером.

Каждый член экипажа периодически является дежурным оператором, работающим на главном пульте управления ЭУ-150, что позволяет им осваивать некоторые виды работ, являющихся функцией бортинженера.

Поддержание физической работоспособности

Опыт длительных полетов на орбитальной станции «Мир» и международной космической станции (МКС) позволил сформулировать ряд задач, решение которых важно для обеспечения высокой эффективности профилактических мероприятий по поддержанию физической работоспособности в межпланетных космических полетах.

Участники эксперимента разделены на 3 группы, по два добровольца в каждой. Режимы тренировки чередуются, в настоящее время прошло три этапа.

На первом этапе оценивалась эффективность тренировок, выполняемых с использованием силового тренажера MDS (Австрия), эспандеров и вибротренажера (Германия).

На втором этапе оценивалась эффективность локомоторных тренировок в активном и пассивном режимах беговой дорожки и тренировок на велоэргометре;

На третьем этапе выполнялось предусмотренное экспериментом прекращение тренировок.

Для оценки физического состояния испытателей через каждые тридцать суток эксперимента осуществляется оценка уровня работоспособности, нейромышечного статуса и состояния висцеральных систем с использованием тестов на бегущей дорожке, на силовом тренажере, стабилоплатформе и проведение теста на велоэргометре с газоанализом.

На данном этапе эксперимента можно утверждать, что экспериментальный режим тренировок позволяет сохранить физическую работоспособность членов экипажа на достаточном уровне. Также сохраняется хорошая точность координации движений, что определяет возможности выполнения операторской деятельности. Перерывы в тренировках вызывают незначительное снижение работоспособности и ухудшение координации движений. Выработаны рекомендации по усовершенствованию бортовой экспертной системой управления физическими тренировками.

Моделированные нештатные ситуации

1-2 декабря 2010 г. была промоделирована нештатная ситуация, имитирующая короткое замыкание и последующее возгорание центрального распределительного щита (ЦРЩ), обеспечивающего электроэнергией весь медико-технический комплекс (МТК).

Действия членов дежурной бригады определялись «Инструкцией о действиях дежурной бригады в аварийной ситуации и в случае пожара», экипажа инструкцией «Действия экипажа испытателей во время пожара и аварийной ситуации».

Общая длительность нештатной ситуации составила 22 часа 48 минут. По завершению нештатной ситуации экипаж был проинформирован о том, что она моделировалась.

Созданная и проигранная нештатная ситуация показала хорошую моральную подготовку экипажа и его способность активно действовать в стрессовой ситуации.

В период с 18 по 25 апреля 2011 г. было проведено моделирование второй нештатной ситуации, имитирующей высокую степень автономности экипажа. Под высокой автономностью понимается продолжительный период времени (в данном случае – одна неделя), в ходе которого экипаж самостоятельно составлял распорядок дня и принимал решения по реализации программы эксперимента.

Перед проведением данной нештатной ситуации экипажу было сообщено, что в связи с перебоями со связью в течение недели не будут работать коммуникационные сети, и полностью прекращается связь с ними. На время проведения данного эксперимента наземные службы поддержки прекратили передачу экипажу радиограмм, видеосообщений, личных писем и информационных новостных блоков. Так же была отключена телемедицинская система. Однако, в целях обеспечения безопасности экипажа, не отключалась аварийная связь и камеры видеонаблюдения.

Экипаж отработал эту ситуацию без осложнений, что позволяет сделать вывод – экипаж находится в хорошей психоэмоциональной форме, которая позволяет им легко справляться с трудными задачами.

Моделирование высадки на Марс и работа экипажа на поверхности

В период с 01.02 по 01.03.2011 был успешно проведено моделирование высадки на Марс и работы экипажа на поверхности. Целью данного этапа было моделирование деятельности экипажа по обеспечению высадки и работы на марсианской поверхности с использованием робототехнических средств, а также компьютерных технологий и технологий виртуальной реальности.

В задачи этапа входило:

На этом этапе было успешно реализовано 4 проекта:

1.«Исследование эффектов краниального перераспределения жидкостных сред на состояние работоспособности и ортостатической устойчивости человека во время работы в скафандре на имитируемой поверхности Марса в наземном эксперименте с длительной изоляцией, моделирующем пилотируемый полет на Марс»

2. «Осуществление 3-х выходов на поверхность Марса и ее изучение с помощью робототехнических средств (ровер «Гулливер)». Выходы были осуществлены 14, 18 и 22 февраля 2011 года.

3. Исследования с применением технологии виртуальной реальности (VIRTU).

4. «Апробация «Средства тренировки и оценки работоспособности PRET (Performance Readiness Evaluation and Training Tool)» в рамках проекта «Марс-500».

Промежуточные итоги

Анализ хода эксперимента по состоянию на 365-е сутки изоляции свидетельствует:

Предварительный анализ хода экспериментов и их результатов показывает правильность и перспективность выбранных направлений исследований и экспериментов, их методического, аппаратного и программного обеспечения с учетом развития и постоянного совершенствования данных средств.

Отдельные нарушения в работе аппаратных и программных средств устраняются по докладу экипажа и его рассмотрения группой анализа с участием ответственных исполнителей исследований с выдачей рекомендаций или алгоритмов действий членам экипажа.

Важным научно-практическим выходом по всем этапам проекта «Марс 500», включая текущий 520-суточный эксперимент, явится разработка общих принципов и проектов МТТ и ТЗ на методическую, аппаратную, программно-математическую и информационную части системы медицинского обеспечения пилотируемой марсианской миссии на основе анализа и изучения полученного в эксперименте опыта и научных результатов.

Продолжительность 520-суточного эксперимента по проекту “Марс 500” составила 1 год (3 июня 2010 – 3 июня 2011). Промежуточные итоги