История космических «фантомов»

Прежде чем человек вышел в открытый космос, действие ионизирущего облучения на его организм было изучено на манекенах-фантомах.
Фото NASA

Недавним рейсом космического транспортного корабля «Прогресс М1-11» на Международную космическую станцию (МКС) были доставлены так называемые фантомы – устройства для проведения российско-европейского эксперимента «Матрешка-Р». Заведующий отделом Института медико-биологических проблем РАН (ИМБП) Владислав Петров пояснил в интервью агентству ИТАР-ТАСС: «На МКС направлены два манекена – российский шаровой фантом «Матрешка-Р» и европейский манекен, которого германские изготовители назвали «Господин Рэндо». Эти устройства, начиненные детекторами, позволяют определить дозы радиации, которые получают жизненно важные органы человека во время длительного пребывания в космосе».

Интересна история создания этих устройств.

Дело в том, что разные виды излучений по-разному взаимодействуют с биологическими тканями и органами человека. С развитием знаний о свойствах радиации и ее биологическом действии совершенствовались и фантомы. Вначале тело человека представлялось в виде плоской пластины, затем шара и набора цилиндров. (Кстати, наша «Матрешка» на МКС – шар диаметром 35 см и весом около 30 кг – сделана из уникального материала, по химическому составу близкого к человеческому телу.) Необходимость определять дозы в отдельных органах стимулировала появление сложных фантомов, представлявших комбинацию геометрических фигур, каждая из которых имитировала какую-нибудь часть тела.

При создании фантома-манекена, предназначенного для изучения влияния космических лучей на человека, главное – материал, из которого он изготовлен. Наиболее важными требованиями к материалу являются, во-первых, близость по химическому составу к биологической ткани, во-вторых, он должен выдерживать перегрузки, возникающие на различных этапах полета. Дополнительно этот материал должен был быть безопасным в пожарном отношении и не создавать токсических выделений при колебаниях температуры и давления в герметичной кабине.

Такой материал был разработан российской исследовательницей Э.В. Литвиновой. Она подобрала соотношение эпоксидной смолы и зерен пшеницы, которое наилучшим образом удовлетворяло поставленным требованиям. В свое время Ленинградский государственный институт комплексного проектирования разработал конструкцию и изготовил фантом-манекен, имевший подвижность в суставах, а также каналы в голове, туловище и конечностях для размещения детекторов ионизирующих излучений.

Дело было за немногим: оставалось запустить фантом в космос. Но запуск каждого килограмма стоит больших денег, а фантом-манекен, изготовленный в соответствии с рекомендациями Международной комиссии по радиационной защите, весил семьдесят килограмм! На помощь пришел случай.

Как раз в то время стало известно, что в программу пребывания в нашей стране президента Франции Жоржа Помпиду включена и демонстрация запуска искусственного спутника Земли. Оперативно нами были подготовлены и представлены предложения по проведению полетного эксперимента с фантомом-манекеном. Фантом был одет в высотный костюм пилота, согласовано его размещение в кресле космонавта, в специальных каналах мы разместили термолюминесцентные детекторы ионизирующих излучений и ядерные эмульсии.

Как и предполагалось, спутник получил официальное название «Космос-368», хотя специалисты, проводившие подготовку и запуск, называли его «Помпидушкой». Это был первый запуск фантома-манекена с целью изучения действия космических лучей на человека. В результате были получены данные о распределении доз в теле человека при орбитальном полете. Другим результатом, который оказался не менее значимым, явилось доказательство возможности использования этого фантома при экспериментах в космосе.

Последнее обстоятельство оказалось решающим при проведении следующего эксперимента.

Вопрос о радиационной опасности при полете к Луне в то время стоял особенно остро. Советский Союз уже посылал сборки дозиметров и наборы ядерных эмульсий на аппаратах «Зонд-5» и «Зонд-6». На очередном корабле проектанты планировали установить кресло космонавта и посадить в него манекен. Испытание фантома на ИСЗ «Космос-368» послужило решающей рекомендацией, и полет с фантомом состоялся. Космический корабль вошел в каталог космических объектов в качестве автоматической станции «Зонд-7». В результате были получены данные о распределении доз и их физических характеристиках в теле космонавта при полете по трассе Земля–Луна–Земля, которые позволили утверждать: «При отсутствии солнечных вспышек радиация на этой трассе полета не страшна».

В 1983 году на станции «Салют-7» при полете второй экспедиции, космонавтами А.П. Александровым и В.А. Ляховым проводились исследования с фантомом, имевшим форму шара. Оригинальный фантом был разработан совместно конструкторами КБ Королева и группой научных сотрудников Института медико-биологических проблем во главе с Ю.А. Акатовым. Достоинством этого фантома являлось то, что на орбиту доставлялась только оболочка шара, в которую был вмонтирован канал с детекторами. В качестве тканеэквивалентного материала, составлявшего основной вес, в этом фантоме применяли воду, она закачивалась в оболочку фантома прямо на борту станции. После окончания эксперимента эта вода использовалась в системах жизнеобеспечения.

В дальнейшем исследования с этим фантомом проводились космонавтами и на станции «Мир».