Просмотр кода страницы Измеритель массы тела в невесомости

[[Файл:Massmeter.jpg|thumb|right|250px|Прибор для измерения инертной массы тела человека (массметр) в условиях невесомости ([[Государственный музей истории космонавтики имени К. Э. Циолковского]])]]
'''Измеритель массы тела в невесомости''' (ИМТ, ИМ, массметр) — прибор для измерения массы тела и малых масс в невесомости<ref name="biofizpribor.ru.im-01m" />.

== Задача ==
С увеличением длительности космических полётов медики поставили вопрос о необходимости наблюдения за весом космонавтов<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Переход в другую среду обитания непременно ведёт к перестройке организма, в том числе и к перераспределению в нём потоков жидкости<ref name="pravda.1981.19-1" />.

В невесомости изменяется ток крови — из нижних конечностей значительная её часть поступает к грудной клетке и голове<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Стимулируется процесс обезвоживания организма и человек теряет в весе<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Однако потеря даже пятой части воды, которая составляет у человека 60-65 %% весьма опасна для организма<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Поэтому медикам понадобился надёжный прибор, для постоянного мониторинга массы тела космонавтов в полёте и при подготовке к возвращению на Землю<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Обычные «земные» весы определяют  [[Масса|массу]] или [[вес]] тела за счёт гравитационного притяжения Земли определяя [[Сила тяжести|силу тяжести]], с какой оно давит на прибор<ref name="pravda.1981.19-1" />.

В невесомости такой принцип неприемлем — и пылинка, и контейнер с грузом, при различной массе, имеют равный — нулевой вес<ref name="pravda.1981.19-1" />.

При создании измерителя массы тела в невесомости инженерам пришлось использовать другой принцип<ref name="pravda.1981.19-1" />.

== Принцип действия массметра ==
[[Файл:Animated-mass-spring.gif|thumb|left|150px|Простое гармоническое движение в системе груз-пружина без затухания]]
Измеритель массы тела в невесомости построен по схеме [[Гармонический осциллятор|гармонического осциллятора]].

Как известно, период свободных колебаний [[Гармонический осциллятор#Груз на пружине|груза на пружине]] зависит от его массы<ref name="pravda.1981.19-1" />.
Таким образом система осциллятора пересчитывает на массу период колебаний специальной платформы с размещённым на ней космонавтом или каким-нибудь предметом<ref name="biofizpribor.ru.im-01m" />.

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

Период <math>T</math> этих колебаний связан с массой тела <math>M</math> соотношением:
:: <math>T= 2 \pi \sqrt{\frac{M}{K}}</math>
где К — коэффициент упругости пружины.

Таким образом, зная <math>K</math> и измерив <math>T</math>, можно найти <math>M</math>.

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

== Устройство ==
[[Файл:Kaluga Wikiexpedition (2016-06-11) 0521.jpg|thumb|right|250px|Массметр из другого ракурса]]
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<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Размер прибора: 79,8 х 72 х 31,8 см<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.
Материал: алюминий, резина, стекло органическое<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.
Масса устройства — около 11 килограммов<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Верхняя часть устройства, на которую грудью ложится космонавт, состоит из трёх частей<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.
К верхней площадке прикреплён прямоугольный лист оргстекла<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.
Из торца площадки на металлическом стержне выдвигается упор для подбородка космонавта<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Нижняя часть прибора представляет собой подковообразное основание, к которому прикреплена механическая часть прибора и блок измерения показаний<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Механическая часть состоит из вертикальной цилиндрической стойки, по которой снаружи на подшипниках перемещается второй цилиндр<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.
Снаружи на подвижном цилиндре имеются два маховика со стопорами для фиксации подвижной системы в среднем положении<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Сверху к торцу подвижного цилиндра при помощи двух трубчатых кронштейнов прикреплена фигурная площадка для тела космонавта, определяющего свою массу<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

На нижней половине подвижного цилиндра прикреплены две рукоятки, имеющие на концах курки, с помощью которых стопора подвижной системы утапливаются в рукоятках<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Внизу на наружном цилиндре установлена подставка для ног космонавта, имеющая два резиновых колпачка<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

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<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.
В нижней части стойки закреплён магнитоэлектрический датчик, фиксирующий период колебания подвижной системы<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Датчик автоматически учитывает длительность периода колебаний с точностью до тысячной доли секунды<ref name="pravda.1981.19-1" />.

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<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Впоследствии оказалось, что «космические весы» значительно точнее, чем медицинские, которыми пользуются в обиходе<ref name="pravda.1981.19-1" />.

[[w:Лебедев, Валентин Витальевич|Валентин Лебедев]] описывает процедуру взвешивания в «Дневнике космонавта» (1982) следующим образом<ref name="valentinlebedev.livejournal.com.1982.06.11" />:
{|
|-
|{{начало цитаты}}
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.
{{конец цитаты}}
|}

== История ==
Прибор для измерения массы тела космонавта был создан не позднее [[1976 год]]а в [[Ленинград|ленинградском]] специальном конструкторско-технологическом бюро «[[Биофизприбор]]» (СКТБ «Биофизприбор»)<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Первый массметр был установлен на орбитальной станции «[[Салют-5]]»<ref name="pravda.1981.19-1" /><ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

Первыми испытателями прибора в условиях реальной невесомости стали космонавты [[Волынов, Борис Валентинович|Борис Волынов]] и [[Жолобов, Виталий Михайлович|Виталий Жолобов]]<ref name="pravda.1981.19-1" /><ref name="vm1.culture.ru.0002900183" />.

В процессе первых испытаний оказалось, что вес Волынова и Жолобова на борту станции совпал, хотя перед полётом разница составляла почти десять килограммов<ref name="pravda.1981.19-1" />.
Управление полётом предположило, что это ошибка «космических весов»<ref name="pravda.1981.19-1" />.
Однако инженеры разобрались, что инструкция по эксплуатации прибора составлена не совсем ясно<ref name="pravda.1981.19-1" />.
После того, как космонавты воспользовались отправленными на «Салют» разъяснениями, прибор стал показывать результаты точнее, чем обычные земные весы<ref name="pravda.1981.19-1" />.

Разработанный СКТБ «Биофизприбор» измеритель массы действовал много лет в условиях невесомости на борту орбитальных станций «[[Салют (космическая программа)|Салют]]» и «[[Мир (орбитальный комплекс)|Мир]]»<ref name="vm1.culture.ru.0002900183" /><ref name="biofizpribor.ru.im-01m" />.

Модернизированный вариант измерителя массы поставлен на [[Международная космическая станция|Международную космическую станцию]]<ref name="biofizpribor.ru.im-01m" />.

== Примечания ==
{{примечания|2|refs=
<ref name="biofizpribor.ru.im-01m">{{cite web|title=ИЗМЕРИТЕЛЬ МАССЫ ТЕЛА В НЕВЕСОМОСТИ «ИМ-01М»|url=http://biofizpribor.ru/production/im-01m/|publisher=СКТБ «Биофизприбор»|language=ru|access-date=2016-06-17|archive-date=2016-06-04|archive-url=https://web.archive.org/web/20160604182711/http://biofizpribor.ru/production/im-01m/|deadlink=no}}</ref>
<ref name="pravda.1981.19-1">{{публикация
 |1                   = статья
 |автор          = Герасимов В.
 |заглавие    = Весы для невесомости
 |ссылка        = http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/pravda/1981/19-1.html
 |год              = 1981
 |день            = 19
 |месяц          = 1
 |издание      = [[Правда (газета)|Правда]]
 |тип              = газета
 |архив дата = 2017-04-23
 |архив          = https://web.archive.org/web/20170423083039/http://epizodsspace.airbase.ru/bibl/pravda/1981/19-1.html
}}</ref>
<ref name="valentinlebedev.livejournal.com.1982.06.11">{{cite web|author=[[Лебедев, Валентин Витальевич|Валентин Лебедев]]|title=11 июня 1982 года|url=http://valentinlebedev.livejournal.com/1982/06/11/|date=1982-06-11|work=Дневник космонавта|language=ru}}</ref>
<ref name="vm1.culture.ru.0002900183">{{cite web|title=Прибор для измерения массы тела (ИМТ)|url=http://vm1.culture.ru/muzey_imeni_tsiolkovskogo/catalog/small/0002900183/|publisher=Портал культурного наследия России|language=ru|access-date=2016-06-17|archive-date=2016-09-30|archive-url=https://web.archive.org/web/20160930063807/http://vm1.culture.ru/muzey_imeni_tsiolkovskogo/catalog/small/0002900183/|deadlink=no}}</ref>
}}

== Ссылки ==
* Видео с демонстрацией работы прибора на МКС: [https://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 Mass Measurement] {{Wayback|url=https://www.youtube.com/watch?v=8rt3udip7l4 |date=20160410222507 }}.

[[Категория:Весы]]
[[Категория:Космическая техника]]
[[Категория:Осцилляторы]]