RU2733730C1

RU2733730C1 - Preventive vacuum suit control system

Info

Publication number: RU2733730C1
Application number: RU2020110671A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Всеволодович Волковицкий; Герман Степанович Парадизов; Виктор Михайлович Синигин; Евгений Петрович Тихомиров; Иван Иванович Чистяков; Борис Харлампиевич Левов
Original assignee: Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Звезда" имени академика Г.И. Северина"
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-03-13
Publication date: 2020-10-06

Abstract

FIELD: astronautics.SUBSTANCE: invention refers to devices creating negative pressure on human body lower part, mainly under zero gravity conditions. Disclosed system comprises a pump with a control handle, a control device and a vacuum control, a pressure sensor, a control unit and an electric pneumatic valve. Pressure sensor input is connected to the additional output of the suit, and its output is connected to the input of the control unit. Output of control unit is connected to inlet of electropneumatic valve, which is structurally arranged in hole on suit body. Pressure control is possible both in manual mode and automatic mode (including by program), as well as in their combinations.EFFECT: technical result consists in simplification of process of training and reduction of psychophysical load on astronaut in conditions of its operation, for example, on space station.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области космической техники, в частности, к устройствам, создающим отрицательное давление вокруг нижней части тела человека в процессе проведения научных исследований и экспериментов в условиях невесомости, при выполнении бортовых тренировок с целью профилактики неблагоприятного воздействия невесомости на человека и может быть использовано в космонавтике и медицине.The invention relates to the field of space technology, in particular, to devices that create negative pressure around the lower part of the human body in the process of scientific research and experiments in zero gravity, when performing onboard training to prevent the adverse effects of weightlessness on a person and can be used in astronautics and medicine.

Известен комплект «Чибис» («Комплект «Чибис». Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2АП-9000-00 ТО, ОАО «НЛП «Звезда» (п/я А-3927), 1975 г.), содержащий профилактический вакуумный костюм (ПВК) и систему управления ПВК, которая принята за прототип.Known set "Chibis" ("Set" Chibis ". Technical description and operating instructions 2AP-9000-00 TO, JSC" NLP "Zvezda" (p / box A-3927), 1975), containing a preventive vacuum suit ( PVC) and the PVC control system, which is taken as a prototype.

ПВК предназначен для проведения профилактических тренировок космонавтов на борту космической станции. ПВК создает задержку крови в нижней части тела космонавта, имитируя земное состояние кровеносной системы, и позволяет снизить последствия длительного пребывания космонавта в условиях невесомости.PVK is intended for preventive training of cosmonauts on board the space station. PVK creates a blood retention in the lower part of the astronaut's body, imitating the terrestrial state of the circulatory system, and makes it possible to reduce the consequences of a long stay of the astronaut in zero gravity.

Система управления известного ПВК состоит из насоса, ручки управления насосом (тангенты), прибора контроля разрежения внутри ПВК (манометра) и регулятора разрежения.The control system of the well-known PVC consists of a pump, a pump control knob (tangent), a vacuum control device inside the PVC (pressure gauge) and a vacuum regulator.

При проведении профилактической тренировки космонавт надевает ПВК, вручную с помощью тангенты включает насос, а затем на основании показаний манометра устанавливает и непрерывно поддерживает величину разрежения внутри ПВК, заданную программой тренировки.During preventive training, the cosmonaut puts on the PSC, manually turns on the pump using a tangent, and then, based on the readings of the pressure gauge, sets and continuously maintains the vacuum inside the PSC set by the training program.

В процессе проведения тренировки происходит незначительный естественный приток наружного воздуха внутрь ПВК, что объясняется невозможностью обеспечения полной герметизации ПВК в районе прилегания герметизирующей шторки, располагаемой в области пояса космонавта. Следствием этого является постепенное отклонение измеряемой величины разрежения внутри ПВК от величины разрежения, заданной программой тренировки. Космонавт должен вручную компенсировать данное отклонение путем периодического включения или выключения насоса. Также, для поддержания заданного уровня разрежения внутри ПВК, космонавт может использовать регулятор разрежения, подбирая оптимальную степень открытия его входного отверстия.During the training process, there is an insignificant natural inflow of outside air into the PWC, which is explained by the impossibility of ensuring complete sealing of the PWC in the vicinity of the sealing curtain located in the area of the astronaut's belt. The consequence of this is a gradual deviation of the measured value of the vacuum inside the PVK from the value of the vacuum specified by the training program. The astronaut must manually compensate for this deviation by periodically turning the pump on or off. Also, in order to maintain a given level of vacuum inside the PVC, the astronaut can use a vacuum regulator, choosing the optimal degree of opening of its inlet.

Как правило, каждая тренировка включает в себя несколько последовательных ступеней с различными величинами разрежения. Каждая ступень имеет длительность 1…5 минут, а вся тренировка может длиться до 60 минут. В процессе тренировки, помимо контроля величины разрежения внутри ПВК, космонавт должен выполнять физические упражнения, заданные программой его работы.As a rule, each workout includes several successive stages with different vacuum values. Each step has a duration of 1 ... 5 minutes, and the entire workout can last up to 60 minutes. In the process of training, in addition to controlling the vacuum inside the PVC, the cosmonaut must perform physical exercises specified by the program of his work.

Все действия по управлению ПВК в процессе тренировки выполняются космонавтом полностью вручную.All actions to control the PVC during training are performed by the cosmonaut completely manually.

Существенными недостатками известного прототипа, отмеченными при эксплуатации, являются следующие.Significant disadvantages of the known prototype, noted during operation, are as follows.

1. Повышенная психофизическая нагрузка на космонавта вследствие постоянной концентрации его внимания на контроле и поддержании заданного разрежения внутри ПВК в течение всего времени тренировки.1. Increased psychophysical load on the astronaut due to the constant concentration of his attention on the control and maintenance of a given vacuum inside the PVC during the entire training period.

2. Отсутствие средства регистрации значений текущего разрежения в ПВК, вследствие чего невозможно в полном объеме выполнить последующий анализ медико-биологических показателей космонавта без знания характера фактического протекания процесса выполнения разрежения в процессе тренировки.2. The lack of a means of registering the values of the current vacuum in the PVC, as a result of which it is impossible to complete the subsequent analysis of the medical and biological parameters of the cosmonaut without knowing the nature of the actual course of the rarefaction process during training.

3. Отсутствие средства сигнализации космонавту в случае возникновения нештатной ситуации, например, отклонения величины разрежения в ПВК относительно заданного разрежения на величину, превышающую допустимый порог, что может нанести вред здоровью космонавта.3. Absence of a means of signaling the astronaut in the event of an emergency situation, for example, deviation of the vacuum value in the PSC relative to the specified vacuum by an amount exceeding the permissible threshold, which can harm the health of the astronaut.

Задачей изобретения является повышение эксплуатационных характеристик системы управления ПВК с целью упрощения процесса проведения тренировки и снижения излишней нагрузки на космонавта в условиях его работы на космической станции.The objective of the invention is to improve the operational characteristics of the control system of the PVC in order to simplify the training process and reduce the unnecessary load on the astronaut in the conditions of his work at the space station.

Поставленная задача решается тем, что в систему управления ПВК дополнительно введены датчик давления, блок управления, электропневмоклапан. ПВК дополнительно оснащен технологическим выходом для подключения датчика давления и отверстием для размещения электропневмоклапана, причем технологический выход для подключения датчика давления подключен к входу датчика давления, выход датчика давления подключен к входу блока управления, выход блока управления подключен к входу электропневмоклапана, который конструктивно размещен в отверстии на корпусе ПВК.The task is solved by the fact that a pressure sensor, a control unit, and an electro-pneumatic valve are additionally introduced into the PVC control system. The PVK is additionally equipped with a process outlet for connecting a pressure sensor and a hole for placing an electro-pneumatic valve, and a process outlet for connecting a pressure sensor is connected to the input of a pressure sensor, the output of a pressure sensor is connected to the input of the control unit, the output of the control unit is connected to the inlet of the electro-pneumatic valve, which is structurally located in the hole on the PVC case.

Изобретение поясняется фигурами 1, 2, 3.The invention is illustrated by figures 1, 2, 3.

На фиг. 1 представлена структурная схема известной системы управления ПВК.FIG. 1 shows a block diagram of a known control system for PVC.

На фиг. 2 представлена структурная схема заявляемой системы управления ПВК.FIG. 2 shows a block diagram of the claimed control system of the PVC.

На фиг. 3 представлен пример профиля изменения давления одной из тренировок.FIG. 3 shows an example of the pressure profile of one of the workouts.

Заявляемая система управления ПВК состоит из ручки управления (тангенты) 1, насоса 2, прибора контроля разрежения внутри ПВК (манометра) 3, регулятора разрежения 4, датчика давления 5, блока управления 6, электропневмоклапана 7.The claimed control system of the PVK consists of a control knob (tangent) 1, a pump 2, a vacuum control device inside the PVC (manometer) 3, a vacuum regulator 4, a pressure sensor 5, a control unit 6, an electric pneumatic valve 7.

Блок управления 6 реализован на базе персонального компьютера планшетного типа со специальным программным обеспечением, включающим в себя функции ввода данных, управления, регистрации и архивации полученных результатов тренировок.The control unit 6 is implemented on the basis of a tablet-type personal computer with special software, which includes the functions of data entry, control, registration and archiving of the obtained training results.

Работа заявляемой системы управления ПВК может происходить в ручном или автоматическом режимах.The operation of the claimed control system of the PVC can take place in manual or automatic modes.

В ручном режиме блок управления 6 выключен, и тренировка выполняется в порядке, описанном выше для известной системы управления.In the manual mode, the control unit 6 is turned off and the exercise is performed in the manner described above for the known control system.

В автоматическом режиме блок управления 6 включен, причем для тренировки космонавт может выбрать в нем любую из заранее заданных тренировок или создать произвольный дополнительный вид тренировки.In the automatic mode, the control unit 6 is turned on, and for training the astronaut can choose any of the predefined trainings in it or create an arbitrary additional type of training.

Для выполнения тренировки космонавт должен выполнить запуск выбранной программы тренировки в блоке управления 6.To complete the training, the astronaut must launch the selected training program in the control unit 6.

Задача блока управления 6 заключается в автоматической выработке команд управления электропневмоклапаном 7 на основании сравнения величины текущего разрежения внутри ПВК, измеряемого датчиком давления 5, с величиной разрежения в текущий момент выбранной программы тренировки.The task of the control unit 6 is to automatically generate control commands for the electro-pneumatic valve 7 based on comparing the value of the current vacuum inside the PVC, measured by the pressure sensor 5, with the value of the vacuum at the current moment of the selected training program.

Так, если текущее разрежение выше заданного разрежения, то блок управления 6 выдает на электропневмоклапан 7 команду на его открытие с целью уменьшения разрежения внутри ПВК. И наоборот, если текущее разрежение ниже заданного разрежения, то блок управления 6 выдает на электропневмоклапан 7 команду на его закрытие с целью увеличения разрежения внутри ПВК.So, if the current vacuum is higher than the preset vacuum, then the control unit 6 issues a command to the electric pneumatic valve 7 to open it in order to reduce the vacuum inside the PVC. And vice versa, if the current vacuum is lower than the predetermined vacuum, then the control unit 6 issues a command to the electric pneumatic valve 7 to close it in order to increase the vacuum inside the PVC.

Описанный процесс автоматического управления выполняется непрерывно в течение всей тренировки, длительность которой определяется профилем изменения давления данной тренировки.The described automatic control process is performed continuously throughout the entire workout, the duration of which is determined by the pressure profile of this workout.

Блок управления 6 в дополнение к заданным тренировкам позволяет создавать произвольные дополнительные виды тренировок, не требуя при этом изменения состава или структуры заявляемой системы управления ПВК.The control unit 6, in addition to the specified workouts, allows you to create arbitrary additional types of workouts without requiring a change in the composition or structure of the claimed control system of the PVC.

Также блок управления 6 в процессе тренировки выполняет регистрацию текущей и заданной величин разрежения с их привязкой к временной шкале. По завершении тренировки эти данные сохраняются в файле данных, что позволяет в дальнейшем выполнить сопоставление изменения разрежения внутри ПВК с медико-биологическими показателями космонавта, регистрируемыми в процессе его тренировки.Also, the control unit 6, in the course of training, performs registration of the current and specified vacuum values with their reference to the time scale. Upon completion of the training, these data are saved in a data file, which makes it possible to further compare the change in rarefaction inside the PVC with the medical and biological parameters of the cosmonaut recorded during his training.

Кроме этого, блок управления 6 в процессе тренировки выполняет контроль отклонения текущего разрежения внутри ПВК относительно заданного разрежения. Если данное отклонение превысило допустимый порог, то блок управления 6 включает звуковую и световую сигнализацию для привлечения внимания космонавта с целью устранения возникшей нештатной ситуации.In addition, the control unit 6 in the course of training monitors the deviation of the current vacuum inside the PVC relative to the predetermined vacuum. If this deviation has exceeded the permissible threshold, then the control unit 6 turns on sound and light alarms to attract the attention of the astronaut in order to eliminate the emergency situation that has arisen.

Помимо этого, блок управления 6 дает космонавту возможность выполнить аварийное завершение тренировки путем подачи команды на открытие электропневмоклапана 7, что позволяет восстановить нормальное давление внутри ПВК с максимально возможной скоростью.In addition, the control unit 6 enables the cosmonaut to perform an emergency termination of the training by issuing a command to open the electro-pneumatic valve 7, which allows the normal pressure inside the PVCV to be restored at the highest possible speed.

Также блок управления 6 имеет возможность выполнения обновления специального программного обеспечения, что позволяет изменять алгоритм работы заявляемой системы без ее конструктивной доработки, не требуя изменения состава или структуры заявляемой системы управления ПВК.Also, the control unit 6 has the ability to update the special software, which allows you to change the algorithm of the claimed system without its constructive modification, without requiring a change in the composition or structure of the claimed control system of the PVC.

Таким образом, заявляемая система управления профилактического вакуумного костюма позволяет упростить процесс проведения тренировок и снизить излишнюю нагрузку на космонавта в условиях его работы на космической станции.Thus, the claimed control system of the prophylactic vacuum suit makes it possible to simplify the training process and to reduce the unnecessary load on the cosmonaut in the conditions of his work at the space station.

Claims

Control system of a preventive vacuum suit, consisting of a pump, a pump control knob, a vacuum control device and a vacuum regulator, characterized in that additional elements are introduced into this system: a pressure sensor, a control unit and an electro-pneumatic valve, and the pressure sensor input is connected to an additional process output of the preventive vacuum suit, the output of the pressure sensor is connected to the input of the control unit, the output of the control unit is connected to the input of the electro-pneumatic valve, which is structurally located in the hole on the body of the preventive vacuum suit.