Технические науки/3. Отраслевое машиностроение

Дудников В. С.

Днепропетровский Национальный университет, Украина

Инкубатор-центрифуга

Разработан прибор для изучения биологического действия фактора вращения при искусственном создании гравитационного поля в условиях невесомости космического полета. Актуальность таких исследований очевидна, однако, тем не менее, приводим ряд выдержек из научных публикаций.

«Многочисленные работы посвящены физиологическому действию постоянной и кратковременной гравитационной перегрузок или невесомости… Проблема возможного влияния гравитационных сил на микроуровне, остается нерешенной» [1, с. 661].

«Экспериментальный материал, полученный с помощью биоспутников Земли, указывает на большую зависимость ряда биологических явлений от кратковременного влияния невесомости, хотя еще невозможно исключить действие других факторов космического полета». «…требуются специальные эксперименты в земных и космических условиях» [1, с. 664].

«Результаты наблюдений на кораблях типа «Союз» окончательно не ответили на вопрос о прямом влиянии невесомости…» «Однако в этих исследованиях указывается что, невесомость способствует повышению частоты повреждений, вызванных облучением. Все же эти данные пока недостаточны для окончательной оценки роли тяготения в радиочувствительности клеток и тканей». «Эксперименты в наземных условиях с использованием центрифуг до допустимых величин ускорений и наблюдения у космонавтов выявили изменения в мышечных волокнах: …детренированность, которые предупреждаются специальным тренировочным режимом» [1, с. 665].

«Гравитационное поле на Земле – постоянно действующий фактор среды и потому длительные драматические изменения его величины могут вызывать глубокие сдвиги в физико-химических параметрах, обмене веществ и в молекулярной структуре тканей животного организма в результате нарушения принципов, основанных на необходимости сохранения геометрического подобия. Решение вопросов практического характера требует дальнейшего детального исследования действия длительных космических полетов, в частности фактора невесомости и гравитационных перегрузок, на животный и растительный мир» [1, с. 670].

«3 августа 1977 г. в СССР был осуществлен запуск очередного специализированного биологического спутника «Космос-936». Программой исследований проводимых на биоспутнике, предусматривалось, продолжение изучения влияния факторов космического полета на различные биологические объекты, а так же изучение возможности использования исскуственной силы тяжести (ИСТ) в качестве средства профилактики неблагоприятных эффектов невесомости». [2, с. 18].

«В этом эксперименте на млекопитающих воздействовала ИСТ величиной 1g, что проводилось в космосе впервые. С этой целью на борту спутника были установлены 2 центрифуги по 5 животных на каждой. Скорость вращения центрифуг в полете составляла 53, 5 ± 3 об/мин, при этом на радиусе 320 мм величина ИСТ составляла 1g» [2, с. 19].

«Составной частью программы наземных контрольных экспериментов явилось вращение группы животных на короткорадиусной (92 мм) центрифуге со скоростью, равной скорости вращения бортовой центрифуги. Целью эксперимента было выяснение роли фактора вращения в изменении физиологических показателей у животных, находящихся на биоспутнике в условиях ИСТ величиной 1g» [2, с. 21].

«Решение проблемы создания искусственной силы тяжести (ИСТ) сводится в конечном счете к экспериментальному обоснованию минимального уровня силы тяжести, при котором устранялись бы неблагоприятные эффекты невесомости и создавались первичные бытовые условия для экипажа. Параметры ИСТ для пилотируемого полета должны быть получены в прямых исследованиях с участием человека. Вместе с тем эксперименты на животных дают возможность всесторонне обосновать применение ИСТ в качестве средства профилактики неблагоприятных эффектов невесомости и, кроме того, оценить отрицательные действия факторов вращения, сопутствующих созданию ИСТ. В экспериментах на биоспутнике «Космос-782» на растениях и низких позвоночных животных впервые в практике космонавтики было установлено, что биологическое действие ИСТ имеет принципиально такой же характер, что и воздействие земной силы тяжести» [3, с. 22].

«Одной из интереснейших областей космической биологии является гравитационная биология, основной целью которой является изучение силы тяжести в процессе жизнедеятельности земных организмов в их историческом и индивидуальном развитии» [4, с. 119].

«В связи с этим изучение организмов в условиях космического полета, в невесомости составляет значительную трудность» [4, с. 120].

«Вопрос о влиянии невесомости на ранней стадии развития на процесс становления билатеральной симметрии остается открытым» [4, с. 122].

«В этом эксперименте 2 самки были помещены на бортовую центрифугу, 2 другие подвергались воздействию «чистой невесомости» [4, с. 124].

«Есть чувствительные периоды, где отсутствие гравитации может нарушить нормальное протекание формообразовательных процессов. Ближайшие эксперименты в космосе помогут ответить на вопрос о влиянии невесомости и других физических факторов космического пространства на онтогенез позвоночных животных» [4, с. 128].

Известен инкубатор, включающий диски, привод для их вращения, держатели для биологических объектов, например яиц, закрепленных на дисках [5]. Все диски закреплены на одном валу, а потому вращаются с одинаковой угловой скоростью. При вращении дисков на биологические объекты действует исскуственная сила гравитации (тяжести), пропорциональная квадрату угловой скорости дисков и радиусу расположения объектов на дисках. Однако эта конструкция не позволяет изучить влияние величины угловой скорости вращений на развитие биологических объектов при одной и той же интенсивности исскуственной силы тяжести в условиях невесомости космического полета.

Решить эту проблему позволяет предлагаемая конструкция икубатора-центрифуги. Привод позволяет вращать диски с отличающимися друг от друга скоростями, при этом держатели закреплены на дисках на радиусах, связанных с угловой скоростью каждого диска соотношением

*=a ,

где - угловая скорость вращения i-го диска;

– радиус расположения держателей на i-ом диске;

а – нормальное ускорение при вращении или интенсивность силы тяжести.

Привод дисков выполнен в виде вала, вращаемого электродвигателем, на котором жестко закреплены фрикционные или зубчатые колеса различных диаметров, взаимодействующие с соответствующими колесами, соединенными с дисками.

Такое выполнение конструкции позволяет при одной и той же интенсивности создаваемой при вращении исскуственной силы тяжести получить данные о влиянии величины угловой скорости вращения на развитие жизнедеятельности биологических объектов, причем всего за один период инкубации.

Конструкция признана изобретением.

Литература:

1. Оганесян С. С. Биологическое действие гравитационного поля / Биологический журнал Армении. ХХХI. 7. 1978.

2. Адамович Б. А., Ильин Е. А., Носкин А. Д. Научная аппаратура и среда обитания животных в эксперименте на биоспутнике «Космос-936» / Космическая биология и авиакосмическая медицина, том 14, № 2, 1980.

3. Газенко О. Г., Ильин Е. А., Генин А. М. Основные результаты физиологических экспериментов с млекопитающими на биоспутнике «Космос-936» / Космическая биология и авиакосмическая медицина, том 14, № 2, 1980.

4. Пальмбах Л. Р. Некоторые результаты экспериментов по изучению развития позвоночных животных в невесомости (в условиях космического полета) / Экспериментальные исследования по космической биофизике, АН СССР, научный центр биологических исследований, 1976.

5. Авторское свидетельство СССР №694157, А01 К41/00, 1979.