Измеритель массы тела в невесомости (ИМТ, ИМ, массметр) — прибор для измерения массы тела и малых масс в невесомости .

Задача

С увеличением длительности космических полётов медики поставили вопрос о необходимости наблюдения за весом космонавтов .

Переход в другую среду обитания непременно ведёт к перестройке организма, в том числе и к перераспределению в нём потоков жидкости .

В невесомости изменяется ток крови — из нижних конечностей значительная её часть поступает к грудной клетке и голове .

Стимулируется процесс обезвоживания организма и человек теряет в весе .

Однако потеря даже пятой части воды, которая составляет у человека 60-65 %% весьма опасна для организма .

Поэтому медикам понадобился надёжный прибор, для постоянного мониторинга массы тела космонавтов в полёте и при подготовке к возвращению на Землю .

Обычные «земные» весы определяют массу или вес тела за счёт гравитационного притяжения Земли определяя силу тяжести , с какой оно давит на прибор .

В невесомости такой принцип неприемлем — и пылинка, и контейнер с грузом, при различной массе, имеют равный — нулевой вес .

При создании измерителя массы тела в невесомости инженерам пришлось использовать другой принцип .

Принцип действия массметра

Измеритель массы тела в невесомости построен по схеме гармонического осциллятора .

Как известно, период свободных колебаний груза на пружине зависит от его массы . Таким образом система осциллятора пересчитывает на массу период колебаний специальной платформы с размещённым на ней космонавтом или каким-нибудь предметом .

Тело, массу которого надо измерить, закрепляют на пружине таким образом, чтобы оно могло совершать свободные колебания вдоль оси пружины.

Период ${\displaystyle T}$ этих колебаний связан с массой тела ${\displaystyle M}$ соотношением:

${\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {M}{K}}}}$

где К — коэффициент упругости пружины.

Таким образом, зная ${\displaystyle K}$ и измерив ${\displaystyle T}$ , можно найти ${\displaystyle M}$ .

Из формулы видно, что период колебаний не зависит ни от амплитуды, ни от ускорения свободного падения.

Устройство

Выглядящий как «стул» прибор состоит из четырёх частей: площадки для размещения космонавта (верхняя часть), основания, которое крепится к «полу» станции (нижняя часть), стойки и механической средней части, а также электронного блока измерения показаний .

Размер прибора: 79,8 х 72 х 31,8 см . Материал: алюминий, резина, стекло органическое . Вес устройства — около 11 килограммов .

Верхняя часть устройства, на которую грудью ложится космонавт, состоит из трёх частей . К верхней площадке прикреплён прямоугольный лист оргстекла . Из торца площадки на металлическом стержне выдвигается упор для подбородка космонавта .

Нижняя часть прибора представляет собой подковообразное основание, к которому прикреплена механическая часть прибора и блок измерения показаний .

Механическая часть состоит из вертикальной цилиндрической стойки, по которой снаружи на подшипниках перемещается второй цилиндр . Снаружи на подвижном цилиндре имеются два маховика со стопорами для фиксации подвижной системы в среднем положении .

Сверху к торцу подвижного цилиндра при помощи двух трубчатых кронштейнов прикреплена фигурная площадка для тела космонавта, определяющего свою массу .

На нижней половине подвижного цилиндра прикреплены две рукоятки, имеющие на концах курки, с помощью которых стопора подвижной системы утапливаются в рукоятках .

Внизу на наружном цилиндре установлена подставка для ног космонавта, имеющая два резиновых колпачка .

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 .

Датчик автоматически учитывает длительность периода колебаний с точностью до тысячной доли секунды .

Как показано выше, частота колебаний «стула» зависит от массы груза. Таким образом космонавту достаточно немного покачаться на таких качелях, и через некоторое время электроника посчитает и выдаст результат измерений.

Для измерения массы тела космонавта достаточно 30 секунд .

Впоследствии оказалось, что «космические весы» значительно точнее, чем медицинские, которыми пользуются в обиходе .

описывает процедуру взвешивания в «Дневнике космонавта» (1982) следующим образом :

Первый раз приходится взвешиваться в космосе. Понятно, что обычные весы здесь работать не могут, так как нет веса. Наши весы в отличие от земных необычные, они работают на другом принципе и представляют собой колеблющуюся платформу на пружинах. 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.

История

Прибор для измерения массы тела космонавта был создан не позднее 1976 года в ленинградском специальном конструкторско-технологическом бюро « » (СКТБ «Биофизприбор») .

Первый массметр был установлен на орбитальной станции « Салют-5 » .

Первыми испытателями прибора в условиях реальной невесомости стали космонавты Борис Волынов и Виталий Жолобов .

В процессе первых испытаний оказалось, что вес Волынова в Жолобова на борту станции совпал, хотя перед полётом разница составляла почти десять килограммов . Управление полётом предположило, что это ошибка «космических весов» . Однако инженеры разобрались, что инструкция по эксплуатации прибора составлена не совсем ясно . После того, как космонавты воспользовались отправленными на «Салют» разъяснениями, прибор стал показывать результаты точнее, чем обычные земные весы .

Разработанный СКТБ «Биофизприбор» измеритель массы действовал много лет в условиях невесомости на борту орбитальных станций « Салют » и « Мир » .

Модернизированный вариант измерителя массы поставлен на Международную космическую станцию .

Примечания

Ссылки

• Видео с демонстрацией работы прибора на МКС: от 10 апреля 2016 на Wayback Machine .