12 апреля Россия и ещё ряд стран отмечают День космонавтики. Именно в этот день 1961 года Советский Союз совершил первый пилотируемый космический полёт, а Юрий Гагарин стал самым известным человеком мира.
Наш журнал достаточно специфичен, поэтому День космонавтики мы решили рассказать читателям, как происходит взвешивание на орбите.
Взвешиваются в космосе в основном космонавты. Дело в том, что в невесомости организм перестраивается под новые условия. В частности происходит перераспределение потоков жидкостей в теле, в том числе крови. Без гравитации, значительная часть крови остается в грудной клетке. Происходит обезвоживание, которое, если теряется пятая часть жидкости в организме, может закончиться серьёзными проблемами и даже смертью.
Учитывая, что в теле человека примерно 60% – это именно жидкости, с помощью взвешивания можно определить, как быстро они уходят. Но возникает вопрос – как взвешиваться, если нет силы тяжести?
Классические весы определяют вес груза, то есть силу тяжести, с которой он давит на прибор. Это справедливо для планеты, но на орбите и человек, и микроскоп, и любой другой объект веса не имеют, так как невесомость. Поэтому приходится измерять массу. Прибор, с помощью которого взвешиваются космонавты называется массметром.
Принцип действия массметра
Прибор очень отдалённо напоминает табурет, основание которого крепится к полу, а на плоскую верхнюю часть ложится грудью космонавт. К подковообразному основанию прикреплён измерительный блок. Внутри цилиндрической стойки движется металлический шток, заделанный одним концом в верхней площадке; на противоположном конце штока установлена тарелка, по обе стороны которой прикреплены две пружины, устанавливающие подвижную систему прибора в среднем положении при нахождении в условиях невесомости. В нижней части стойки закреплён магнитоэлектрический датчик, фиксирующий период колебания подвижной системы.
Проще говоря, советские инженеры придумали колеблющуюся платформу на пружинах, работающую по принципу гармонического осциллятора.
Работу прибора можно представить в виде формулы:
Где Т – период колебаний, К – коэффициент упругости пружины, а М – масса взвешиваемого груза. Зная величину К и измерив Т вычисляется М.
Объект, массу которого нужно измерить, помещается на плоскую верхнюю часть прибора и фиксируется, максимально сжав пружину. Затем космонавт отпускает ручки и устройство измеряет период колебаний, который напрямую зависит от массы объекта.
Вот как описал процесс космонавт Валентин Лебедев.
«Перед взвешиванием опускаю платформу, сжимая пружины, до фиксаторов, ложусь на неё, плотно прижимаясь к поверхности, и фиксируюсь, группирую тело, чтобы не болталось, обхватывая профильный ложемент платформы ногами и руками. Нажимаю спуск. Легкий толчок, и ощущаю колебания. Частота их высвечивается на индикаторе в цифровом коде. Считываю его значение, вычитаю код частоты колебания платформы, замеренных без человека, и по таблице определяю свой вес. Получилось 74 кг.»
Обычно процедура занимает не более 30 секунд.
Справка
Этот прибор был создан в СКТБ «Биофизприбор» (Ленинград) ещё до 1976 года. Первый массметр установили на орбитальной станции «Салют-5». Из-за непонятно составленной инструкции первые испытания были неуспешными. Однако, когда космонавтам изложили правила пользования прибором на понятном языке, оказалось, что он измеряет массу очень точно, даже точнее, чем вемы на земле. На станции «МИР», в российской блоке, установлен усовершенствованный прибор.